GE 730彩色多普勒超聲診斷儀故障維修案例

陳建均，董蕊，韓葉鋒

1.慈溪市第三人民醫(yī)院 設(shè)備科，浙江 慈溪 315300；2.慈溪市人民醫(yī)院 a.放療中心；b.設(shè)備科，浙江 慈溪 315300

引言

彩色多普勒超聲診斷儀以其無創(chuàng)、無輻射、實(shí)時(shí)顯示及可重復(fù)檢查等諸多優(yōu)點(diǎn)，與X射線、核醫(yī)學(xué)、核磁共振并列為四大醫(yī)學(xué)成像設(shè)備[1-3]?，F(xiàn)代醫(yī)院彩超的普及，大大提高了疾病的診斷水平和治療效果[4]。但隨著彩超技術(shù)的日益復(fù)雜化，彩超設(shè)備的高度集成化，給設(shè)備科工程師的故障維修也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在彩超維修領(lǐng)域，因廠家技術(shù)保密，設(shè)備科工程師的維修能力受到極大限制，維修中雖然能夠找到故障原因，但大多以更換大部件為主，不但技術(shù)水平無法得到提升，而且醫(yī)院還要承擔(dān)高額的配件費(fèi)用[5-7]。本研究通過分析設(shè)備的結(jié)構(gòu)及原理，總結(jié)故障發(fā)生的可能原因，分步驟進(jìn)行排查，最終確定故障板件。然后通過故障電路板反讀畫出電路圖，分析電路圖確定故障元件，從而實(shí)現(xiàn)元件級的維修，大大降低維修費(fèi)用支出。通過該維修方法，不但可以提高工程師技術(shù)水平，還能為醫(yī)院節(jié)省大量的維修開支。

1 基本結(jié)構(gòu)及原理

GE 730彩色多普勒超聲診斷儀的架構(gòu)可以分為前端、后端、電源、外設(shè)、機(jī)架五大組成部分（圖1）[8-9]。前端包括了探頭、CPV探頭接口板、CPR波速形成板（包含32塊CPD發(fā)射接收板）、CRW連續(xù)多普勒板、CRS信號處理板、CPZ頂板和CPK母板；后端包括了PC電腦組件、CKV多媒體處理板（含DMA直接存取器控制板）；電源部分包括了CPN主電源板、CPP子電源板，其中主電源板由CCF59 V電源生成板和CPY電源開關(guān)控制板組成，而子電源板主要提供系統(tǒng)所需的各種直流高壓和低壓。

圖1 系統(tǒng)基本架構(gòu)

CRS板接收后端成像命令后，控制CPR上的CPD發(fā)射脈沖激勵信號，通過CPZ連接板和CPV接口板到達(dá)指定超聲探頭，激勵其產(chǎn)生超聲波進(jìn)入人體，然后該探頭接收由組織反射回的超聲信號再返回到CPD板后經(jīng)過放大、濾波、補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換等處理，再經(jīng)過CPR母板和CPK母板傳輸給CRS板作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。CRS將處理好的回聲圖像數(shù)據(jù)通過CPK母板傳輸給PCM組件和CKV圖像處理器，最后將處理好的超聲圖像輸出到顯示器上顯示，由此完成基本成像過程[10]。

2 故障一

2.1 故障現(xiàn)象

閉合ON/OFF開關(guān)后，設(shè)備開始啟動，并且可以正常加載超聲系統(tǒng)應(yīng)用軟件，但總是會在中途自動關(guān)機(jī)，偶爾也可以完全啟動并進(jìn)入到二維掃描界面，但短時(shí)間后仍然會自動關(guān)機(jī)。

2.2 故障分析

通過維修手冊和實(shí)際電路可以總結(jié)出如下開機(jī)流程（圖2）：當(dāng)開關(guān)機(jī)按鈕閉合后，CPN收到開機(jī)信號輸出59 V直流電，通過KVN電纜線經(jīng)過CPE送至CPP（DC/DC）產(chǎn)生各種直流電壓（包括PC機(jī)所需的12 V、5 V等ATX電壓），PC機(jī)得電后開始啟動，載入Win 2000內(nèi)嵌系統(tǒng)，隨后加載應(yīng)用軟件并且初始化及檢測前端各個(gè)硬件，功能檢測通過后進(jìn)入二維界面，整個(gè)啟動過程完成[11-12]。發(fā)生上述故障的可能原因有：① 電源供電不足，主要可能為市電輸入電壓、主電源CPN、DC/DC電源PPC功率不足，導(dǎo)致自動關(guān)機(jī)；② 前端板卡有短路導(dǎo)致電源保護(hù)；③ 板載PC機(jī)組件故障，導(dǎo)致自動關(guān)機(jī)；④ PC機(jī)收到了錯誤的關(guān)機(jī)信號。

圖2 開關(guān)機(jī)時(shí)序

2.3 故障處理

首先測量市電電壓，顯示正常，其次觀察CPE上的各電壓指示燈均為綠燈，并測量各組直流電壓均正常，初步排除供電問題。拔掉前端各板卡以及各外設(shè)，使PC機(jī)以最小系統(tǒng)方式啟動，發(fā)現(xiàn)啟動后并未自動關(guān)機(jī)，由此可以排除PC機(jī)組件自身故障的可能性[13-14]。在回插前端各板卡的測試中發(fā)現(xiàn)，只要插上CRS板，就會出現(xiàn)上述自動關(guān)機(jī)的故障現(xiàn)象。但在更換從正常機(jī)器拆來的CRS板后，發(fā)現(xiàn)故障依舊，由此維修陷入困境。

在進(jìn)行多次開關(guān)機(jī)測試中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)設(shè)備能夠完全進(jìn)入二維界面，隨后會聽到PC機(jī)發(fā)出“嘀”的一聲并開始關(guān)機(jī)，每次關(guān)機(jī)也似乎按正常關(guān)機(jī)序列進(jìn)行，而并非突然掉電，基于這個(gè)現(xiàn)象我們猜測PC機(jī)啟動后立刻收到了關(guān)機(jī)信號。使用萬用表測量由CPY板輸出的關(guān)機(jī)信號發(fā)現(xiàn)，該信號無論在ON/OFF置于哪種狀態(tài)時(shí)均輸出高電平（5 V），而正常情況下，只有當(dāng)ON/OFF置于關(guān)機(jī)狀態(tài)下才輸出高電平，由此確定CPY的關(guān)機(jī)信號輸出故障。分析檢測CPY電路后確定為一個(gè)三極管集-射極之間處于開路導(dǎo)致輸出始終為高電平，更換三極管后故障修復(fù)（圖3）。

圖3 CPY板三極管故障

3 故障二

3.1 故障現(xiàn)象

彩超開機(jī)正常，使用正常，但關(guān)機(jī)后未等關(guān)機(jī)程序結(jié)束便提前關(guān)閉了系統(tǒng)電源，導(dǎo)致操作系統(tǒng)崩潰以及硬盤損壞。

3.2 故障分析

雖然上述故障可以通過重裝系統(tǒng)或者更換硬盤解決，但該方法只能治標(biāo)，已安裝系統(tǒng)十余次，并更換了兩塊硬盤，必須找出根本原因徹底修復(fù)。通過查詢維修手冊和分析實(shí)際電路板可以總結(jié)出以下關(guān)機(jī)流程（圖2）：當(dāng)打開ON/OFF開關(guān)后，CRS通過KVN電纜線5腳收到來自CPY的關(guān)機(jī)信號，并向PC機(jī)發(fā)出關(guān)機(jī)信號，PC開始執(zhí)行關(guān)機(jī)程序，PC機(jī)關(guān)機(jī)后，CPE板通過KVN電纜線的3腳向CPY發(fā)送一個(gè)關(guān)閉電源信號（低電平有效），使CPY切斷59 V電壓輸出，從而完成完整的關(guān)機(jī)。所以發(fā)生故障的可能原因有：① 板載PC機(jī)組件故障，錯誤向CPE板發(fā)送關(guān)閉電源信號；② CPE板故障，錯誤發(fā)送關(guān)閉電源信號；③ KVN電纜線故障，導(dǎo)致信號錯誤；④ CPY板故障，提前關(guān)閉輸出。

3.3 故障處理

通過上述分析，首先檢查CPY通過KVN電纜線3腳接收的來自CPE板的關(guān)閉電源的信號，通過示波器觀察此信號，直到電源關(guān)閉也沒有出現(xiàn)低電平信號，由此得出CPE并沒有提前發(fā)出關(guān)閉電源信號，可以排除PC機(jī)組件、CPE板、KVN電纜線的故障，將故障定位至CPY板本身。由于沒有電路圖紙，所以只能反讀電路板畫出CPY的核心電路圖（圖4）。通過分析電路圖可以發(fā)現(xiàn)，IC1通過R1和C1構(gòu)成一個(gè)延時(shí)電路，當(dāng)ON/OFF開關(guān)置于關(guān)機(jī)位置時(shí)（開關(guān)打開狀態(tài)），其VI2腳收到一個(gè)低電平脈沖，此時(shí)Vo將輸出高電平，同時(shí)Vcc通過R1向C1充電，在VI1達(dá)到2/3Vcc之前若KVN 3腳出現(xiàn)低電平（即PC端已完成關(guān)機(jī)），則IC1重置Vo輸出低電平使IC2停止輸出脈沖，即關(guān)閉59 V輸出。通過R1和C1的標(biāo)稱值計(jì)算該充電時(shí)間應(yīng)該在1 min以上，而實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)C1電容明顯小于標(biāo)稱值，更換C1電容（圖5）后，故障排除。

圖4 CPY核心電路圖

圖5 CPY板充電電容故障

4 小結(jié)

在超聲設(shè)備的維修經(jīng)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)一些故障發(fā)生點(diǎn)常常伴有大量灰塵，每當(dāng)天氣潮濕時(shí)就容易發(fā)生故障，所以適當(dāng)頻率的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備內(nèi)部電路板的清潔以及控制空氣濕度可以減少相關(guān)故障的發(fā)生[15-16]。在維修方法上，可以通過維修手冊中描述的設(shè)備結(jié)構(gòu)和基本原理，幫助我們理解各組件的電氣連接及一些板件的功能，并且借助手冊中的故障示例判斷和解決一些簡單的故障[17-19]。對于一些深層次的電路板故障，如本文所涉及的CPY板的故障，因廠家技術(shù)保密的原因，沒有提供相應(yīng)的電路圖紙供工程師分析判斷故障。因此，設(shè)備科臨床工程技術(shù)人員必須要具備扎實(shí)的電子電路理論知識和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要能夠通過復(fù)雜的電路板反畫出電路圖，再通過電路圖進(jìn)行故障分析及判斷，從而修復(fù)故障，為醫(yī)院節(jié)省維修費(fèi)用，這也是體現(xiàn)臨床工程技術(shù)人員職業(yè)價(jià)值重要方面。