飛利浦HD11系列超聲診斷儀故障維修實(shí)例

韓葉鋒，董蕊

慈溪市人民醫(yī)院 a. 設(shè)備科；b. 放療中心，浙江 慈溪 315300

引言

超聲檢查是利用超聲波的透射和反射等特性，對人體器官和組織的物理特性、形態(tài)特征與功能狀態(tài)進(jìn)行診斷的無創(chuàng)性檢查方法，是目前醫(yī)學(xué)影像的一種重要診斷技術(shù)。飛利浦HD11系列超聲診斷儀是飛利浦公司推出的新一代智能全數(shù)字彩色超聲波診斷設(shè)備，分為HD11標(biāo)準(zhǔn)版、HD11SE簡化版和HD11XE高配版三個(gè)版本。該系列機(jī)器集SonoCT、XRES、3D/4D、STIC、造影成像、解剖M型、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、全景超聲、Qlab定量分析等眾多先進(jìn)技術(shù)于一身，能滿足高質(zhì)量的臨床診斷需求，是一款擁有較高市場占有量的中高端全身機(jī)設(shè)備。經(jīng)過多年的使用，該系列機(jī)型目前已經(jīng)進(jìn)入故障高發(fā)期[1-2]，掌握其工作原理及維修方法，對快速排除故障，提高開機(jī)率有著重要的意義[3]。核心部分為前端，也稱為E-box，主要包括SP板、TR板、背板、分配板、探頭接口板以及選配的3D MC板。后端為典型的PC主機(jī)，通過PCI卡槽上的E-box Interface板經(jīng)過一條Token ring線與SP板連接進(jìn)行前后端的通信。

圖1 HD11超聲診斷儀的基本結(jié)構(gòu)

1.2 電源分配

如圖2所示，HD11的主電源位于E-box下方，自適應(yīng)

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，HD11超聲診斷儀的基本結(jié)構(gòu)包括：探頭、前端、后端、電源、控制面板、顯示器以及外設(shè)等。其中100～240 V，50～60 Hz交流電壓輸入，通過各種電壓變換電路，為超聲設(shè)備的各個(gè)板卡以及外設(shè)提供各種直流電和120 V交流電。該電源沒有ON/OFF開關(guān)，一旦連接市電便進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，并且輸出一路120 V不間斷交流電供給后端PC主機(jī)。

圖2 電源分配

1.3 啟動(dòng)順序

如圖3所示，當(dāng)按下PC機(jī)的開機(jī)按鈕后，首先PC機(jī)開始啟動(dòng)，ATX電源向主板供電，主板PCI卡槽上的E-box Interface板得電后開始工作，并通過Token ring線經(jīng)過SP板向主電源發(fā)出awake信號，主電源得到喚醒信號后開始輸出各路電壓。E-box得電后開始初始化并通過Token ring線和E-box Interface進(jìn)行通信。PC機(jī)經(jīng)過POST自檢后開始啟動(dòng)操作系統(tǒng)并且加載超聲軟件，超聲軟件通過E-box Interface向E-box發(fā)送指令以及接收數(shù)據(jù)，直到完成全部的啟動(dòng)程序后進(jìn)入二維圖像界面[4]。

圖3 超聲診斷儀啟動(dòng)順序

1.4 成像原理

SP板控制TR板發(fā)射脈沖激勵(lì)信號激發(fā)探頭產(chǎn)生超聲波進(jìn)入人體組織，由組織反射回的帶有組織特征的回波經(jīng)過探頭接收后變成電信號，回波電信號通過TR板接收后，由各個(gè)通道進(jìn)行信號的放大、濾波、補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換等處理。如圖1所示，HD11共有4塊32通道的TR板，連接方式為鏈?zhǔn)竭B接，當(dāng)前TR板處理好的信號會(huì)疊加到下一塊TR板上，最后一塊TR板將全部疊加好的信號傳遞給SP板進(jìn)行進(jìn)一步的信號處理和圖像處理，最終得到回聲圖像數(shù)據(jù)。SP板將處理好的回聲圖像數(shù)據(jù)通過Token ring和E-box Interface傳遞給PC主機(jī)并由PC機(jī)處理后在顯示器上進(jìn)行顯示，由此完成了最基本的超聲成像過程[5]。

2 故障實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

按開機(jī)按鈕后設(shè)備不能啟動(dòng)，顯示器顯示“no signal”，多次開機(jī)嘗試后偶爾可以正常啟動(dòng)，但經(jīng)過短暫的使用后會(huì)自動(dòng)重啟，或者直接死機(jī)。

2.1.2 故障分析

當(dāng)控制面板的開機(jī)鍵被按下后，首先將啟動(dòng)PC機(jī)的ATX電源，當(dāng)ATX電源對主板供電后，PCI卡槽上的E-box Interface板開始啟動(dòng)并向主電源發(fā)出啟動(dòng)信號，此時(shí)主電源開始啟動(dòng)并輸出各路電源，包括顯示器的110 V交流電，此時(shí)顯示器被點(diǎn)亮，如果此時(shí)顯示器得不到視頻輸入信號，就會(huì)顯示“no signal”字樣。SP得電后會(huì)開始初始化并且與E-box Interface通信，PC機(jī)按照BIOS設(shè)置開始啟動(dòng)并檢測各項(xiàng)硬件，隨后啟動(dòng)操作系統(tǒng)及超聲軟件。發(fā)生此故障的原因可以考慮以下幾點(diǎn)：① 前端故障引起E-box Interface異常導(dǎo)致PC機(jī)硬件檢測失敗；② E-box Interface本身的故障導(dǎo)致PC機(jī)硬件檢測失敗；③ PC機(jī)CPU、顯卡、內(nèi)存故障都會(huì)導(dǎo)致無法開機(jī)；④ 主板故障和ATX電源故障會(huì)引起各種無法啟動(dòng)、自動(dòng)重啟、死機(jī)等故障[6-8]。

2.1.3 故障排除

首先對PC機(jī)箱內(nèi)部進(jìn)行除塵，并且拔插內(nèi)存條、顯卡、以及E-box Interface板，然后按下開機(jī)鍵可以聽到“滴”的一聲主板的開機(jī)聲，但顯示器仍然顯示“no signal”，經(jīng)過1～2 min后又可以聽到一聲主板啟動(dòng)聲音，如此往復(fù)。主板發(fā)出啟動(dòng)聲，說明CPU、顯卡以及內(nèi)存檢測都是正常的[9]。單獨(dú)拔掉E-box Interface板，此時(shí)由于與后端隔離，后端將無法得到awark信號，所以必須通過短接主電源的啟動(dòng)端子與地，強(qiáng)制主電源啟動(dòng)，以給顯示器供電。此時(shí)按開機(jī)鍵，PC機(jī)正常啟動(dòng)，加載超聲軟件時(shí)出現(xiàn)“restart”報(bào)錯(cuò)，這是由于前后端無通信導(dǎo)致的，可以通過按Ctrl+Alt+S組合鍵可以進(jìn)入模擬模式，說明此時(shí)后端為正常。但是經(jīng)過多次重復(fù)開機(jī)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，還有會(huì)出現(xiàn)無法開機(jī)的現(xiàn)象，由此懷疑ATX電源是否存在故障。由于ATX電源的供電電壓為100～240 Vac，而主電源供給的是110 V電源，嘗試改用220 V市電直接供給ATX電源，多次開機(jī)測試均啟動(dòng)正常。插上E-box Interface板和連接Token ring線至SP板，可以正常進(jìn)入二維檢查界面，并可以正常工作。由此確定故障是由于ATX電源性能下降導(dǎo)致功率不足所致，從市場上采購一只寬電壓輸入的功率為500 W電源更換后使用正常，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

進(jìn)入二維界面后圖像有兩條較寬的縱向暗道，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。

2.2.2 故障分析

在超聲成像的過程中，每一條獨(dú)立的發(fā)射和接收信號的通路，都被稱為“通道”，每個(gè)通道都會(huì)對應(yīng)著多個(gè)探頭上的晶振，各個(gè)通道上的回波信號進(jìn)行處理并合成后，即形成整個(gè)超聲圖像。通道上的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都有可能引起圖像變異或者缺損[10-11]，根據(jù)故障現(xiàn)象，應(yīng)排查的故障原因有以下幾點(diǎn)：① 超聲換能器部分晶振損壞導(dǎo)致超聲波無法被激發(fā)和接收；② 超聲信號的部分發(fā)射或接收通路發(fā)生斷路，比如線纜部分?jǐn)嗔选⒔涌谔幍牟遽槒澢龋虎?TR板的部分發(fā)射電路發(fā)生故障導(dǎo)致無法產(chǎn)生超聲激勵(lì)脈沖；④ TR板的部分接收電路發(fā)生故障導(dǎo)致回波信號無法被接收、放大或轉(zhuǎn)換；⑤ TR板的增益補(bǔ)償電路發(fā)生故障；⑥ 聲像圖合成電路發(fā)生故障。

2.2.3 故障排除

根據(jù)以上分析，此類故障可以大致定位在探頭部分、接口部分、TR板部分以及SP板四個(gè)方面。首先切換各個(gè)不同的探頭，若有其他相同型號的機(jī)器，也可以將探頭與其對換后觀察圖像變化，發(fā)現(xiàn)故障依舊，此時(shí)可以排除探頭以及接口部分的問題[12-13]。接下來開始進(jìn)行TR板的對換工作，從觀察暗道是否出現(xiàn)位置變化以及位置變化的規(guī)律來幫助判斷是哪一塊TR板故障。將4塊TR板進(jìn)行編號（分別為0、1、2、3），分別進(jìn)行不同組合的對換，當(dāng)對換TR2與TR3時(shí)發(fā)現(xiàn)暗道位置改變，由此可以確定TR2與TR3中有一塊是有問題的。當(dāng)將TR0與TR2對換后，發(fā)現(xiàn)故障暗道消失，設(shè)備工作正常。針對這一現(xiàn)象，我們查閱了維修手冊發(fā)現(xiàn)，檢修過程中所使用的盒式接口的C5-2探頭是64通道的，所以只使用到了TR2和TR3兩塊板子的通道，所以才會(huì)出現(xiàn)當(dāng)TR0與TR2對換后暗道消失的現(xiàn)象，從而也就確定了故障板為TR2板，更換TR2板后故障排除。

3 討論

本文從系統(tǒng)架構(gòu)、電源分配、啟動(dòng)順序以及成像原理四個(gè)方面詳細(xì)分析了飛利浦HD11超聲設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理。在兩個(gè)故障案例中，結(jié)合故障現(xiàn)象和設(shè)備原理，詳細(xì)分析了產(chǎn)生故障的各種可能原因，在故障排查中依據(jù)由簡到難，由外到內(nèi)的原則進(jìn)行逐一排查，最終鎖定并排除了故障。其中，在故障案例二中對超聲設(shè)備成像過程的分析以及互換通道板排查故障的方法具有一定的通用性。因此，我們醫(yī)療設(shè)備工程師在平時(shí)工作中應(yīng)仔細(xì)研究設(shè)備的維修手冊，掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理，經(jīng)常進(jìn)行故障推演，及時(shí)總結(jié)故障經(jīng)驗(yàn)，提高自身的技術(shù)水平，才可能在設(shè)備故障時(shí)快速定位并解決故障，節(jié)省維修成本，提高設(shè)備開機(jī)率，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[14-16]。