高端彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)維修4例

蘇科，沈毅，黃毅，尹捍東，王義超

1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備科，重慶 400010；2.重慶市醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量檢測所，重慶 400010

引言

彩色多普勒超聲診斷儀是一種醫(yī)院常用的醫(yī)療設(shè)備，具有設(shè)備穩(wěn)定、圖像清晰的優(yōu)點，且診斷方法直觀簡便、安全無傷害[1-2]。超聲設(shè)備能夠廣泛應(yīng)用于全身各部位臟器檢查，相比于大型影像設(shè)備（如CT、MRI）檢查時間更短，同時提供的圖像質(zhì)量更佳，目前不僅僅用于全身臟器的超聲檢查，也廣泛應(yīng)用于心外科、麻醉科等術(shù)中各部位臟器監(jiān)測和患者臟器手術(shù)前后對比等領(lǐng)域，在臨床中輔助檢查中占據(jù)重要位置[3-6]。隨著現(xiàn)代電子集成技術(shù)的發(fā)展，高端彩超設(shè)備的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨向于模塊化，高集成度的電路設(shè)計使得超聲設(shè)備系統(tǒng)的體積越來越小，目前已經(jīng)出現(xiàn)了“掌上超聲”設(shè)備[7-8]。與此同時，為了滿足全身各部位臟器檢查，高端超聲設(shè)備的探頭類型較多，且大部分采用超寬頻帶工作，臨床日常中設(shè)備的頻繁使用、消毒等操作易對設(shè)備造成一定程度的損耗，除最常見的開機故障外，還容易引入類似圖像干擾等故障[4]。作為醫(yī)學(xué)工程人員，不但需要定期對設(shè)備進行合理的維護和保養(yǎng)，還需要對各類故障進行及時的維修響應(yīng)，才能確保超聲系統(tǒng)能夠長期高效地運行[9-11]。我院現(xiàn)有40臺超聲設(shè)備，本研究通過統(tǒng)計總結(jié)其中高端彩色多普勒超聲故障，并對其中幾個典型復(fù)雜故障進行介紹和分享，其中包括2例常見的開機故障以外，還介紹了2例非設(shè)備故障引起的圖像干擾問題，旨在幫助同行在維修工作中準確定位故障點，快速解決問題，更好地服務(wù)于臨床。

1 高端彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)工作原理

目前市面上常用高端彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)基本采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路，硬件系統(tǒng)分為電源部分、前端部分、后端PC部分、顯示器、操作部分和輔助功能[12-14]。超聲系統(tǒng)開機過程中，除輔助功能部分以外，其他任意模塊出現(xiàn)故障，都會造成設(shè)備無法開機啟動。超聲設(shè)備工作原理為：① 操作人員通過操作部分，將操作指令送往后端PC部分；② 后端PC部分將指令發(fā)送給前端部分，前端部分通過驅(qū)動超聲探頭完成超聲波信號的發(fā)射，同時前端掃描獲取超聲波反饋信號，然后經(jīng)過處理形成射頻信號送到后端PC部分；③后端PC部分對接收到射頻信號完成圖像分析和后處理；④ 后端PC部分將信號送往系統(tǒng)主顯示器或外接工作站，操作人員通過顯示器圖像顯示觀察超聲圖像（圖1）。

圖1 超聲診斷系統(tǒng)工作原理圖

超聲設(shè)備故障可以大致分成以下幾種類型：① 設(shè)備開機故障，設(shè)備完全無任何顯示，此類故障首先排查電源部分是否正常，繼而確定電源輸出到每個模塊的電壓是否正常，在正常情況下通過單獨隔離每個模塊并逐個排查，然后確定故障；② 設(shè)備開機故障，設(shè)備有錯誤代碼顯示，此類故障可以通過查詢錯誤代碼源或者分析系統(tǒng)錯誤日志，能夠較快確定故障范圍，從而完成設(shè)備維修；③ 設(shè)備正常開機，圖像顯示不正常。此類情況細分情況較多，顯示器、顯卡、電路板、顯示通路或線纜均會造成圖像顯示缺失或不顯示，其中比較復(fù)雜和較難解決的問題是超聲圖像干擾問題，干擾的類型很多，其中外部干擾需要從設(shè)備供電和設(shè)備空間整體考慮，設(shè)備內(nèi)部干擾則主要發(fā)生在射頻信號生成和處理通路。

2 常見典型故障案例及分析

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備IU Elite的線陣探頭L12-5和腹部探頭C5-1在二維和彩色條件下圖像間歇有異常干擾（圖2），故障出現(xiàn)的頻率較高，且出現(xiàn)后持續(xù)時間不固定，其余探頭未見異常。

圖2 L12-5（a）和C5-19（b）在二維和彩色條件下的干擾圖像

2.1.2 故障原因和排除過程

此臺設(shè)備在固定的房間使用多年，期間設(shè)備圖像均正常。初步懷疑故障原因有以下幾點：① 設(shè)備負責(zé)超聲圖像的前端電路故障兩支探頭故障；② 兩支探頭同時出現(xiàn)故障；③ 電網(wǎng)干擾或者空間電磁干擾。針對以上3種情況分別進行如下步驟進行故障排除：

（1）讀取設(shè)備日志分析，并對設(shè)備進行硬件自檢，均提示正常。將設(shè)備主機斷開和工作站、Dicom等所有外部連接，在僅使用UPS電池直流供電情況下，持續(xù)1 h故障未出現(xiàn)，基本排除設(shè)備主機和探頭的原因。

（2）在外接設(shè)備未接電源情況下，設(shè)備主機使用直流供電情況下，逐一排除外接設(shè)備引起的干擾，同時排除穩(wěn)壓電源和UPS。

（3）外接設(shè)備接通墻壁電網(wǎng)后，干擾頻繁出現(xiàn)。將設(shè)備放在其他大樓或者不同的房間，均出現(xiàn)不同程度的干擾現(xiàn)象?；究梢源_認為墻壁電網(wǎng)串?dāng)_的雜波所致。運用濾波器、屏蔽布等設(shè)備，判斷電網(wǎng)干擾為 90%，空間干擾為10%。

2.1.3 故障解決方法

通過錳鋅磁環(huán)（50 mm×25 mm×20 mm）自制2個濾波器，分別給彩超和工作站供電，發(fā)現(xiàn)若將工作站和彩超連接，抗干擾效果會明顯降低。說明雜波通過工作站的連接線引起彩超干擾，并通過插拔連接和不同的接口比較，確定干擾為工作站的網(wǎng)線帶入，用相同的方法將工作站的網(wǎng)線纏繞在磁環(huán)上，發(fā)現(xiàn)干擾明顯減弱，觀察1周后發(fā)現(xiàn)，醫(yī)生確認圖像對臨床診斷無明顯影響。

2.1.4 故障分析小結(jié)

該故障為一個較為典型的電網(wǎng)雜波引起的圖像干擾，但特殊性在于電網(wǎng)干擾通過網(wǎng)絡(luò)交換機＞網(wǎng)線＞工作站＞視頻線＞超聲設(shè)備。不同場地引起超聲設(shè)備出現(xiàn)干擾的原因較多，可能由電網(wǎng)、空間輻射、UPS、信號塔等，排查過程會花費大量的人力、物力和經(jīng)驗，需要工程人員逐一排查，并找出最終的原因。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備CX50按開機鍵后無任何響應(yīng)，開機鍵不亮，排熱風(fēng)扇不運轉(zhuǎn)，顯示器黑屏無任何顯示，無背光（圖3）。

圖3 設(shè)備CX50開機故障圖

2.2.2 故障原因和排除過程

出現(xiàn)開機鍵無反應(yīng)的情況，首先考慮電源供電（電池和適配器）的問題，CX50設(shè)備的供電情況可以通過電源適配器的狀態(tài)指示燈來判斷。采用3種供電情況，并參考原廠維修手冊進行分析，見表1。

表1 電源適配器指示燈不同狀態(tài)下對比

在步驟1中電源適配器顯示正常，步驟3中卻提示電源適配器檢測到故障。出現(xiàn)這種情況的原因有以下兩點：① 電源適配器出現(xiàn)故障；② 電源適配器連接的Power board故障，從而造成電源適配器檢測到故障。對此進行如下排除：

（1）將Power board上TP127和TP227短接，接通電源適配器后進行隔離測試，發(fā)現(xiàn)無法檢測到+5 VDC電壓；

（2）使用醫(yī)院相同硬件版本CX50設(shè)備的電源適配器，再進行隔離測試，成功檢測到+5 VDC電壓，排除power board故障，確認電源適配器故障；

（3）更換電源適配器，按設(shè)備開機鍵后，設(shè)備在開機過程中偶發(fā)性掉電，隔離鋰電池后，設(shè)備正常開機，電源適配器指示燈正常，確認鋰電池故障。

綜上，更換電源適配器和鋰電池后，解決了CX50設(shè)備的開機故障。

2.2.3 故障分析小結(jié)

該故障為電源串燒，引起適配器和鋰電池故障。該案例中電源適配器的指示燈出現(xiàn)了綠色常亮和紅色閃爍2種矛盾的狀態(tài)，容易引起誤判。由于飛利浦彩超從國外進口，技術(shù)手冊為全英文描述，維修人員應(yīng)主動與廠家工程師溝通相關(guān)維修手冊，從而得到最準確的解釋，并提高維修技能。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

EPIQ5設(shè)備開機過程中，未進入應(yīng)用程序加載界面前報錯代碼514，根據(jù)故障代碼提示，關(guān)機斷電等待5 min后，開機仍報錯代碼514。

2.3.2 故障原因和排除過程

通過飛利浦原廠維修代碼表提示，報錯代碼514的原因是“Platform Monitor failed to start the Error Handling Services process”（圖4），即設(shè)備初始化失敗，無法加載應(yīng)用程序。通過后臺登陸尋求設(shè)備的錯誤日志時，設(shè)備彈出對話框提示部分文件丟失，無法查看日志。初步懷疑是軟件故障，進入bios界面檢測硬盤狀態(tài)，排除硬盤故障。將設(shè)備后端拆開，插拔了硬盤和相關(guān)連線并安裝軟件，安裝最后一步重啟開機，出現(xiàn)相同的故障現(xiàn)象報錯代碼514。在原廠工程師幫助下，通過系統(tǒng)硬盤外接到電腦的方式成功拷貝日志并進行分析，設(shè)備多處提示有“I2C write failure”報錯，并且無法檢測到前端多個組件。

圖4 I2C Write Failure報錯截圖

根據(jù)日志提示，首先考慮系統(tǒng)前端模塊：EPIQ5設(shè)備是飛利浦一款具有高集成度的機型，主機分為前端模塊和后端主機，兩者通過Acquisition control board（ACB）電路板實現(xiàn)通訊，同時Power Regulator board（PRB）給前端模塊供電。觀察ACB和PRB兩塊電路板，外觀和接口陣腳均正常。但是在設(shè)備開機過程中，發(fā)現(xiàn)PRB上的電壓LED指示燈多處未點亮，其中PG、12、-12、-5、+5、3.3 A為常滅狀態(tài)。觀察電源指示燈ATX為常亮狀態(tài)，通過萬用表測試電源輸出各電壓正常（圖5）。此時可以確認為PRB故障，造成前端供電不正常，從而造成設(shè)備無法正常開機。

圖5 故障情況下PRB電路板電壓指示燈的顯示

2.3.3 故障分析小結(jié)

該故障是一個典型的供電問題，造成設(shè)備無法完全初始化開機。開始處理這個故障時，受制于無法拿到系統(tǒng)錯誤日志，并沒有選擇硬盤外接電腦的方式獲取錯誤日志，只是根據(jù)錯誤代碼和無法進入系統(tǒng)后臺的報錯，便判定為軟件故障，這種判斷太過片面，還應(yīng)盡快確認故障，并維修好設(shè)備。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備EPIQ 7開機后二維圖像正常，在B模式下機，正常操作機器進入多普勒模式增加彩色血流圖像正常，但將探頭放在人體上擺動位置過程中出現(xiàn)血流干擾（圖6）。

圖6 故障情況下血流干擾顯示

2.4.2 故障原因和排除過程

首先排查電源的干擾，通過將房間里面的所有設(shè)備斷開逐一進行排查。使用醫(yī)用濾波穩(wěn)壓電源供電故障未消除。更換房間，接通電源開機檢查設(shè)備故障仍存在，將各房間的民用設(shè)備關(guān)閉進行干擾源排查，設(shè)備故障持續(xù)復(fù)現(xiàn)。嘗試更換新探頭測試，將血流增益加大，故障消失。同時檢查故障探頭，發(fā)現(xiàn)探頭線與探頭接口位置有擰壞的跡象（圖 7）。

圖7 故障探頭線纜剖析

2.4.3 故障分析小結(jié)

該故障是一個典型不易察覺的問題，探頭接口處在使用過程中長期處于繃緊的狀態(tài)，線纜發(fā)生了形變，導(dǎo)致內(nèi)部線纜存在拉壞斷裂的可能，致使干擾電磁場被引入圖像出現(xiàn)干擾。為減少類似故障，要求操作醫(yī)生規(guī)范使用，并在使用前對探頭進行線纜梳理，避免探頭屏蔽線與信號線疊放不合理，保持探頭HOUSE端和聲頭端的屏蔽線、信號地線均連通。

3 討論

隨著電子技術(shù)發(fā)展，彩超設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)趨向于模塊化發(fā)展，智能技術(shù)趨近于成熟。雖然目前市面上高端彩超設(shè)計了很強的自檢和故障自診斷能力，廠家也給予了常用故障的維修手冊，但是實際上遠遠不能滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程人員維修的需求[15]。本文共列舉了4例常見典型的超聲故障，分別對應(yīng)前文提到的3類主要故障：設(shè)備開機無顯示故障、開機顯示錯誤代碼故障以及兩類圖像干擾故障，其中外部干擾和內(nèi)部干擾各1例，并對這4例故障進行了詳細的分析和處理。通過本文4例故障的分析表明，針對不同類型的故障現(xiàn)象，需要采用不同的分析方法和思路?，F(xiàn)代超聲系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化的設(shè)計，使得超聲設(shè)備很多時候出現(xiàn)的故障類似，但是由不同的故障原因產(chǎn)生?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程人員需要有扎實的電子、計算機和網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識，從最基本的超聲工作原理著手，對故障類型進行分類，并依據(jù)設(shè)計細化故障排查步驟，同時做好每一步排查動作的記錄，才能夠有邏輯地對設(shè)備故障進行分析和判斷，而不是依靠簡單的錯誤代碼對照表和幾次類似的維修案例，就對設(shè)備的故障進行盲目判斷并立即進行嘗試性維修。故障的判斷和維修都需要從報錯的源頭故障進行分析，通過數(shù)據(jù)流和設(shè)備工作原理逐步進行分析，才能盡快確認故障，并維修好設(shè)備。與此同時，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程人員需要不斷更新技術(shù)知識儲備，提高業(yè)務(wù)水平，鍛煉溝通、分析和保障能力，減少超聲設(shè)備宕機率，增加設(shè)備的使用壽命，從而更好地服務(wù)于臨床[16-17]。