彩色多普勒超聲診斷儀的工作原理及故障維修案例

類蒙蒙，肖運(yùn)春（通信作者），陳林霞，江敏

南通市婦幼保健院 （江蘇南通 226001）

超聲診斷設(shè)備為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要的診斷設(shè)備之一。與X 線和CT 計(jì)算機(jī)斷層掃描不同，超聲掃描無(wú)電離輻射、對(duì)人體無(wú)害、設(shè)備便于攜帶，可以實(shí)時(shí)觀察人體軟組織和血流動(dòng)力學(xué)特性。因此，超聲診斷設(shè)備已成為醫(yī)院開(kāi)展工作必不可少的設(shè)備，保障其正常運(yùn)行至關(guān)重要。本文主要介紹彩色多普勒超聲診斷儀的基本組成、工作原理、故障維修案例及維護(hù)保養(yǎng)措施，以供同行參考。

1 彩色多普勒超聲診斷儀的基本組成和工作原理

1.1 基本組成

彩色多普勒超聲診斷儀主要由控制電路（信號(hào)發(fā)生器）、換能器（探頭）、發(fā)射/接收電路、信號(hào)處理單元、圖像處理單元及電源等組成（圖1）[1]。

圖1 彩色多普勒超聲診斷儀的基本組成

1.2 工作原理

彩色多普勒超聲診斷儀依靠換能器產(chǎn)生超聲波輻射到生物體內(nèi)，由生物體內(nèi)不同界面反射出不同波形并形成圖像，從而判斷生物體內(nèi)是否發(fā)生了病變。其工作原理具體如下：控制電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)觸發(fā)發(fā)射電路與掃描發(fā)生器中的時(shí)基掃描電路；發(fā)射電路觸發(fā)產(chǎn)生高壓電脈沖激發(fā)探頭，然后根據(jù)逆壓電效應(yīng)使換能器受到激發(fā)后將電能轉(zhuǎn)化為聲能，發(fā)射脈沖超聲波；脈沖波經(jīng)人體不同界面反射后，換能器接收反射回來(lái)的超聲波，并根據(jù)正壓電效應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為高頻電信號(hào)，繼而經(jīng)信號(hào)處理單元在高頻信號(hào)放大電路中放大信號(hào)；將高頻放大后的回波電信號(hào)作檢波，因其頻率較低，需經(jīng)過(guò)視頻信號(hào)放大器作適當(dāng)?shù)姆糯螅粓D像處理單元利用經(jīng)高頻信號(hào)放大和視頻信號(hào)放大后的回波數(shù)據(jù)構(gòu)建人體圖像，并在顯示電路中掃描發(fā)生器的作用下，使電子束按一定的規(guī)律掃描，最終在顯示器或記錄儀上呈現(xiàn)可見(jiàn)的人體超聲信息圖像；電源部分為整機(jī)工作提供所需的各種電源[1]。

2 故障維修案例

2.1 故障一

故障現(xiàn)象：飛利浦IU22彩色多普勒超聲診斷儀圖像存在干擾，主要表現(xiàn)為在使用腹部探頭和腔內(nèi)探頭進(jìn)行成像時(shí)有波紋狀干擾，見(jiàn)圖2。

圖2 飛利浦IU22彩色多普勒超聲診斷儀干擾圖像

故障分析處理：導(dǎo)致上述故障的可能原因?yàn)橹鳈C(jī)故障、探頭故障或電磁干擾；根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，考慮電磁干擾的可能性較大，遵循由易到難的原則，首先將設(shè)備更換場(chǎng)地，發(fā)現(xiàn)故障消失，故可排除設(shè)備本身故障問(wèn)題，原因應(yīng)為電磁干擾（電磁干擾一般分為兩類：一類是傳導(dǎo)干擾，指耦合在電源線等導(dǎo)體中的電磁干擾；一類是輻射干擾，指通過(guò)無(wú)線途徑耦合到受侵害接收器中的電磁干擾）[2]；首先考慮傳導(dǎo)干擾，加穩(wěn)壓電源無(wú)效果，懷疑可能是外圍設(shè)備的干擾（工作站），更換工作站主機(jī)內(nèi)高級(jí)技術(shù)擴(kuò)展（advanced technology extended，ATX）電源，干擾癥狀減輕但未完全消失；再結(jié)合輻射干擾的影響，發(fā)現(xiàn)可能是設(shè)備附近高頻閃爍的燈引起了故障的發(fā)生，經(jīng)維修后，干擾徹底消失，故障排除。

2.2 故障二

故障現(xiàn)象：日立HI VISION Preirus 彩色多普勒超聲診斷儀在按下開(kāi)機(jī)鍵后顯示器無(wú)反應(yīng)，系統(tǒng)無(wú)法正常啟動(dòng)。

故障分析處理：導(dǎo)致上述故障的可能原因?yàn)殡娫磽p壞（具體表現(xiàn)為設(shè)備完全無(wú)法啟動(dòng)，所有電源指示燈皆不亮，散熱風(fēng)扇不轉(zhuǎn)）、顯示器故障（黑屏）或主機(jī)主板故障（主板電池虧電或內(nèi)存條無(wú)法加載）；經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)設(shè)備下端電源指示燈正常，故排除電源故障；將設(shè)備外接普通顯示器，故障仍存在，推測(cè)主機(jī)無(wú)視頻信號(hào)輸出；結(jié)合彩色多普勒超聲診斷儀的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，根據(jù)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的聲音，判斷故障應(yīng)在主機(jī)主板部分，根據(jù)由易到難的原則，首先測(cè)量主板上3 V 紐扣電池的電壓，發(fā)現(xiàn)電池電壓過(guò)低，將主板電池取下對(duì)接放電，更換電池，重啟后問(wèn)題解決，但使用一段時(shí)間后，問(wèn)題重復(fù)出現(xiàn)；檢查主板部分電子電路及元件，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，由此推斷可能因設(shè)備散熱不佳，主板長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)下，致使內(nèi)存條損壞或內(nèi)存條引腳虛焊，繼而導(dǎo)致內(nèi)存條加載失敗，用替換法更換2 GB 內(nèi)存條，問(wèn)題解決，一段時(shí)間后未出現(xiàn)此類問(wèn)題，故最終判定造成此故障的原因?yàn)閮?nèi)存條損壞。

2.3 故障三

故障現(xiàn)象：日立HI VISION Avius 彩色多普勒超聲診斷儀近場(chǎng)區(qū)域缺波，見(jiàn)圖3。

圖3 日立HI VISION Avius 彩色多普勒超聲診斷儀圖像缺波

故障分析處理：首先我們觀察到缺波現(xiàn)象并非只出現(xiàn)在單一探頭上，所有探頭均出現(xiàn)此現(xiàn)象，故排除探頭問(wèn)題；此類設(shè)備的典型缺陷即散熱不好，所以接收數(shù)字波束形成（receive digital beam forming，RDBF）板上電路在發(fā)熱后容易發(fā)生芯片虛焊，導(dǎo)致芯片供電不正常，引起圖像缺波，因此判斷為芯片故障；拆開(kāi)設(shè)備側(cè)蓋板，測(cè)量橋接板上供電電壓（芯片電壓）確認(rèn)故障點(diǎn)，重新焊接故障點(diǎn)，開(kāi)機(jī)測(cè)試，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 故障四

故障現(xiàn)象：Voluson S6彩色多普勒超聲診斷儀開(kāi)機(jī)后工作站無(wú)法采集圖像。

故障分析處理：工作站中采集圖像異常一般有兩種情況，一種是工作站所采集的圖像為藍(lán)屏，更改視頻制式仍無(wú)圖像顯示，造成這種情況的原因?yàn)楣ぷ髡静杉ü收稀⒃O(shè)備主機(jī)端或視頻傳輸線斷路，另一種為圖像并非完全無(wú)法顯示，具體表現(xiàn)為圖像雜亂、無(wú)彩色、圖像采集區(qū)域過(guò)大或過(guò)小，此故障一般通過(guò)改變OK 采集卡中的視頻制式、飽和度、像素大小等即可排除；通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，故障情況為圖像藍(lán)屏，首先排除視頻傳輸線斷路/工作站采集卡故障，更換數(shù)據(jù)傳輸線（此設(shè)備為S 端子線）/工作站，重新進(jìn)入工作站系統(tǒng)采集圖像，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題未得到有效解決，圖像仍為藍(lán)屏；繼而考慮故障應(yīng)出現(xiàn)在設(shè)備主機(jī)端，根據(jù)設(shè)備視頻轉(zhuǎn)換傳輸原理，考慮問(wèn)題可能出現(xiàn)在設(shè)備主板、高清多媒體接口（high definition multimedia interface，HDMI）轉(zhuǎn)S 端子轉(zhuǎn)換盒上，在主板HDMI 接口處外接1個(gè)顯示器，顯示器圖像正常顯示，故問(wèn)題應(yīng)出現(xiàn)在圖像轉(zhuǎn)換部分，打開(kāi)設(shè)備左側(cè)HDMI 轉(zhuǎn)S 端子轉(zhuǎn)換盒，重啟轉(zhuǎn)換盒，問(wèn)題暫時(shí)解決，一段時(shí)間后重復(fù)出現(xiàn)，故直接更換HDMI 轉(zhuǎn)S 端子轉(zhuǎn)換盒，問(wèn)題徹底解決。

2.5 故障五

故障現(xiàn)象：GE E8彩色多普勒超聲診斷儀移機(jī)后，工作站接收?qǐng)D像異常，見(jiàn)圖4。

圖4 GE E8彩色多普勒超聲診斷儀工作站接收?qǐng)D像

故障分析處理：我們根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，首先更改工作站OK 采集卡配置，改變視頻標(biāo)準(zhǔn)，但問(wèn)題未能有效解決；考慮視頻傳輸線問(wèn)題，更換新的傳輸線后問(wèn)題依舊存在；雖然主機(jī)故障的可能性較小，但為排除主機(jī)問(wèn)題，仍采取外接顯示器的方法將顯示器直接與設(shè)備端視頻圖形陣列（video graphics array，VGA）接口相連，視頻輸出正常；因移機(jī)過(guò)程中可能會(huì)有不穩(wěn)定因素，故判斷可能S 端子電路板松動(dòng)，拆開(kāi)后蓋插拔板子，問(wèn)題仍未解決；將兩臺(tái)設(shè)備各移回原場(chǎng)地，連接工作站，圖像正常傳輸，故排除設(shè)備本身及工作站故障；硬件方面未找到問(wèn)題，繼而分析軟件問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)設(shè)備端視頻制式與工作站端不一致，修改視頻制式，將其統(tǒng)一修改為正交平衡調(diào)幅逐行倒相制（phase alternative line，PAL）后，工作站圖像接收正常。

3 維護(hù)保養(yǎng)

為了降低超聲診斷設(shè)備故障率，保障臨床科室工作的順利開(kāi)展，日常的維護(hù)保養(yǎng)便顯得尤為重要，工程技術(shù)人員需定期對(duì)散熱系統(tǒng)、軌跡球、探頭進(jìn)行清潔維護(hù)[3]。對(duì)散熱系統(tǒng)的維護(hù)，首先要做好濾網(wǎng)清潔，防止濾網(wǎng)堵塞；檢查散熱風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證散熱正常；減少氣流腔體內(nèi)積灰。對(duì)軌跡球的維護(hù)，應(yīng)做好軌跡球凹槽的清潔工作，使用棉球蘸取適宜濃度的乙醇擦拭軌跡球及凹槽，待干燥后加碳粉潤(rùn)滑，防止積灰導(dǎo)致軌跡球不靈敏。對(duì)探頭的維護(hù)，設(shè)備在未使用狀態(tài)下要保持探頭干燥，將軟布沾濕進(jìn)行擦拭，同時(shí)要及時(shí)觀察探頭電纜及外殼是否有開(kāi)裂、腐蝕、脫膠、起泡等破損，防止因耦合劑滲入對(duì)其造成更嚴(yán)重的損害。

4 小結(jié)

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，彩色多普勒超聲診斷儀相關(guān)技術(shù)及其性能亦不斷更迭，同時(shí)也意味著維修難度的增加。這就要求設(shè)備工程技術(shù)人員除了掌握設(shè)備的基本工作原理、做好日常的維護(hù)保養(yǎng)工作外，還要辯證分析所遇到的故障，盡量避免將簡(jiǎn)單的問(wèn)題復(fù)雜化，及時(shí)總結(jié)典型故障的維修經(jīng)驗(yàn)，如此才能有條理地分析、有方向地解決、有效率地服務(wù)，在降低維修成本的同時(shí)，切實(shí)為臨床解決問(wèn)題。