西門子Definition AS 術(shù)中CT兩例硬件故障維修分析

孔康輝，趙東升，張龍

河南省人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)裝備部，河南 鄭州 450003

引言

術(shù)中CT在神經(jīng)外科、胸外科等領(lǐng)域用于疾病的診療，已取得了顯著的效果[1-2]，尤其在食管癌放療、宮頸癌治療、肺結(jié)節(jié)胸腔鏡定位切除等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價(jià)值[3-5]。我院于2012年建造復(fù)合手術(shù)室，配置術(shù)中CT，CT型號(hào)為西門子Definition AS 64層滑軌CT，掃描機(jī)架能夠在地軌上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)術(shù)中穿刺定位和術(shù)后手術(shù)效果判斷等功能。大型影像類設(shè)備由于維修資料及維修密碼的限制，維修難度大，尤其是硬件故障的維修難度更大，維修費(fèi)用更高。原廠維修方法是采用配件模塊化更換進(jìn)行維修，費(fèi)用高，給醫(yī)院造成較高的運(yùn)行成本。檢索相關(guān)文獻(xiàn)，關(guān)于術(shù)中CT硬件方面的維修較少[6-9]。尤其是術(shù)中CT這種特殊的設(shè)備，設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益無法和門診檢查設(shè)備相比，基本處于虧損運(yùn)行狀態(tài)。通過自主維修，節(jié)省維修成本是醫(yī)學(xué)工程師體現(xiàn)價(jià)值和追求的目標(biāo)[10-13]。我院術(shù)中CT出現(xiàn)的兩例典型硬件故障，通過自主維修，以極低的成本成功修復(fù)了設(shè)備，為醫(yī)院節(jié)約30余萬元。本文通過兩個(gè)典型硬件故障案例的故障分析介紹，進(jìn)行維修經(jīng)驗(yàn)的分享，為廣大醫(yī)工同行提供參考。

1 西門子Definition AS 64層術(shù)中CT結(jié)構(gòu)原理

1.1 術(shù)中CT結(jié)構(gòu)

西門子Definition AS 64層術(shù)中CT相比普通CT，最大的區(qū)別是帶有滑軌，掃描架能夠根據(jù)手術(shù)需要在滑軌上進(jìn)行移動(dòng)。術(shù)中CT結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包含可移動(dòng)床面的檢查床、掃描架、滑軌、控制柜、圖像后處理系統(tǒng)、機(jī)架散熱系統(tǒng)、鉛屏蔽自動(dòng)門和操作臺(tái)等部分。

圖1 術(shù)中CT結(jié)構(gòu)圖

1.2 術(shù)中CT掃描架原理

西門子Definition AS 64層術(shù)中CT掃描架電氣原理如圖2所示，HVT高壓發(fā)生器包含散熱油箱、高壓變壓器和整流濾波電路，產(chǎn)生直流高壓連接XTA球管陽極和陰極，XGR燈絲電源板通過燈絲變壓器向球管燈絲供電。XGR旋轉(zhuǎn)陽極控制板連接XTA球管旋轉(zhuǎn)陽極電機(jī)，XDC焦點(diǎn)控制板的作用是X射線偏轉(zhuǎn)控制、焦點(diǎn)調(diào)節(jié)和XTC球管冷卻器控制，PDR是XDC的供電模塊，UMAR是安全回路控制模塊，UMAR和XDC模塊實(shí)現(xiàn)CAN（通信協(xié)議）和光纖通信，掃描架運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，通過CAN向UMAR發(fā)出信號(hào)，UMAR通過光纖通信連接主控電腦UMARS，發(fā)出指令停止掃描架運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 術(shù)中CT掃描架原理圖

2 故障案例分析

2.1 故障案例一

2.1.1 故障現(xiàn)象

停電后設(shè)備無法重啟，操作臺(tái)無電源指示，經(jīng)檢查，F(xiàn)1開關(guān)跳閘，復(fù)位后機(jī)架重啟正常，隨著使用時(shí)間的增多，停電次數(shù)的增加，F(xiàn)1開關(guān)復(fù)位困難，有時(shí)需要多次打開才能復(fù)位，有時(shí)復(fù)位伴隨著F12開關(guān)跳閘。

2.1.2 故障分析

術(shù)中CT控制柜開關(guān)布局結(jié)構(gòu)如圖3所示，導(dǎo)致F1開關(guān)跳閘有3種可能：① F1輸出端過載；② F1開關(guān)性能下降，出現(xiàn)跳閘；③ F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作導(dǎo)致跳閘。根據(jù)3種可能性逐一進(jìn)行排查。

圖3 術(shù)中CT控制柜開關(guān)布局圖

（1）F1輸出過載可能性排除：用鉗形電流表測F1輸出三相啟動(dòng)電流，均不超過F1開關(guān)的額定電流，斷開F1電源，用數(shù)字萬用表歐姆自動(dòng)擋紅表筆分別連接F1輸出三相線纜，黑表筆接地，顯示三相電對地阻值無窮大，可以排除F1開關(guān)輸出過載可能性。

（2）F1開關(guān)性能下降可能性排除：將同型號(hào)的F2和F1開關(guān)對調(diào)，重啟設(shè)備，仍存在跳閘故障，可以排除F1性能降低導(dǎo)致跳閘可能性。

（3）F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作導(dǎo)致跳閘：F1連鎖機(jī)構(gòu)線路原理如圖4所示，導(dǎo)致F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作的元器件包含F(xiàn)18漏電過流保護(hù)器、T2互感電流檢測、T1變壓器溫度保護(hù)、K1和K2工業(yè)繼電器。通過圖4分析，導(dǎo)致F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作的條件是F18漏電過流保護(hù)器輸出報(bào)警信號(hào)或者K1工業(yè)繼電器動(dòng)作。F1合閘，F(xiàn)18漏電過流保護(hù)器顯示正常，未見報(bào)警或故障信號(hào)顯示，基本可以排除F18導(dǎo)致F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作的可能性。至此，基本可以確定是K1工業(yè)繼電器上電，K1常開觸點(diǎn)1-1吸合導(dǎo)致F1連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作，K1工業(yè)繼電器線圈上電的條件是K2工業(yè)繼電器K2-1常閉觸點(diǎn)閉合。

圖4 F1連鎖機(jī)構(gòu)線路原理圖

根據(jù)圖3控制柜，反求出圖4開關(guān) F1連鎖機(jī)構(gòu)電路原理圖，通過圖4判斷，正常情況下，F(xiàn)1上電，K2吸合，K2常閉觸點(diǎn)K2-1斷開，K1不上電。斷開設(shè)備電源，用數(shù)字萬用表通斷檔測得T1變壓器溫度保護(hù)接線端子相通，F(xiàn)4和F12開關(guān)正常，可以確定是K2常閉觸點(diǎn)K2-1在K2線圈上電情況下未斷開導(dǎo)致F1開關(guān)連鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

2.1.3 故障排除

通過圖4的線路原理圖得出K2工業(yè)繼電器K2-1常閉觸點(diǎn)在K2線圈上電情況下未斷開導(dǎo)致F1開關(guān)動(dòng)作，需要更換K2工業(yè)繼電器，K2繼電器如圖5所示，12和14腳常閉觸點(diǎn)可能由于多次停電，觸點(diǎn)打火存在粘連的可能性。K2的型號(hào)是SIEMENS SIRIUS 3RS1800-2BP00，購買同型號(hào)的工業(yè)繼電器，更換后，開機(jī)正常運(yùn)行已經(jīng)超過半年，經(jīng)歷多次電網(wǎng)停電，來電后未見F1再跳閘的故障發(fā)生，F(xiàn)1間斷性跳閘的故障已經(jīng)成功修復(fù)。

圖5 K1、K2繼電器放大圖

2.2 故障案例二

2.2.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備開機(jī)后，未能進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，掃描架顯示屏呈灰色條狀，查看故障日志，故障提示“Fatal FW version mismatch for XDC_F2_A:not reachable”“Fatal FW version mismatch for XDC_F1_A:not reachable”和“Fatal FW version mismatch for XDC_XTM_A:not reachable”，3種故障ID顯示216故障代碼。

2.2.2 故障分析

根據(jù)故障日志的描述，故障指向XDC模塊，關(guān)閉機(jī)架電源，拆開掃描機(jī)架外殼，重新機(jī)架上電，檢查發(fā)現(xiàn)XDC模塊指示燈不亮，關(guān)閉機(jī)架電源，檢查XDC模塊保險(xiǎn)管，保險(xiǎn)管未燒壞，處于正常狀態(tài)，判斷XDC模塊故障。XDC模塊所在機(jī)架的位置如圖6所示。

圖6 XDC模塊在機(jī)架中的位置圖

2.2.3 故障排除

從機(jī)架拆下XDC模塊，XDC模塊電路板如圖7所示，XDC正面局部放大圖如圖8所示，背面局部放大圖如圖9所示。電路板電源輸入端是橋式整流濾波電路，220 V交流電通過濾波整流電路產(chǎn)生310 V直流電，直流310 V進(jìn)入DC-DC模塊。對電路板進(jìn)行初步排查，保險(xiǎn)管正常，電源輸入端口用數(shù)字萬用表歐姆自動(dòng)檢測擋一表筆分別連接圖7中電源輸入X4接頭零線和火線，另一表筆接電路板上的地，阻值均無窮大，用萬用表歐姆自動(dòng)擋檢測圖7中X13和X14輸出接頭，均未發(fā)現(xiàn)短路問題，電路板具備上電測試條件。將220 V交流電連接圖9中X4接口C位置標(biāo)識(shí)，測得圖9中A區(qū)域兩個(gè)點(diǎn)直流電壓310 V，進(jìn)一步測得圖9中B區(qū)域兩點(diǎn)之間電壓為0 V，以此確定DC-DC模塊故障。拆開圖8中DC-DC模塊散熱片，DC-DC模塊型號(hào)為PH50S280-5，品牌TDK-Lambda，輸入直流200～400 V，輸出直流電壓5 V。購買同型號(hào)DC-DC模塊，更換損壞的模塊，電路板重新上電測試，測得圖9中DC-DC模塊B區(qū)域兩點(diǎn)直流電壓5 V，XDC模塊工作指示燈亮，模塊狀態(tài)正常。將XDC模塊復(fù)位后裝回掃描機(jī)架，試機(jī)后運(yùn)行正常。

圖7 XDC模塊電路板完整圖

圖8 XDC模塊正面局部放大圖

圖9 XDC模塊背面局部放大圖

3 討論

對于CT類設(shè)備的故障維修分析，以往發(fā)表的研究主要集中在軟件故障和部分模塊化更換維修方面，如球管打火和偽影分析、運(yùn)動(dòng)故障和過濾器故障分析、通信故障分析等，維修方法主要是基于維修經(jīng)驗(yàn)的故障分析[14-16]，但未進(jìn)行電路板芯片級(jí)維修分析，對硬件故障的深度維修較少，尤其是對于芯片級(jí)別的維修。醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行深度芯片級(jí)的維修，能夠節(jié)約維護(hù)費(fèi)用，為臨床工作和醫(yī)院創(chuàng)收產(chǎn)生積極影響[17-19]。本文通過反求電路進(jìn)行故障分析和在線電路板電壓追蹤維修方法，成功實(shí)現(xiàn)了硬件疑難故障的深度維修。本文闡述的兩例典型硬件故障，能夠成功修復(fù)設(shè)備得益于清晰的維修思路和正確的維修方法。案例一是隱性故障，每次停電都會(huì)造成掃描機(jī)架不上電而無法重啟，嚴(yán)重影響患者的檢查治療。在常規(guī)的維修思路下檢查是否過載、是否接地、開關(guān)是否損壞等方法，沒有發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，通過控制柜反求出電路原理圖，進(jìn)行電路原理圖分析，通過存在的可能性逐一進(jìn)行排除，成功查到故障點(diǎn)。本文中案例二掃描機(jī)架不能夠進(jìn)入待機(jī)界面這一故障現(xiàn)象，進(jìn)入故障日志，查找到故障代碼和故障描述，將故障點(diǎn)定位到XDC模塊，廠家的維修方式基本是更換XDC模塊，費(fèi)用30余萬元。而通過電路板芯片級(jí)的維修思路和方法，進(jìn)行XDC模塊的檢修，通過電路分析和在線電壓檢測，成功查找到故障點(diǎn)在DC-DC模塊，通過更換同型號(hào)的DC-DC模塊，以低成本成功修復(fù)設(shè)備。

通過本文兩例維修案例的分析，總結(jié)到的維修經(jīng)驗(yàn)是維修應(yīng)有清晰的維修思路和正確的維修方法。維修的前提條件是找到故障點(diǎn)，對于一些疑難故障，在無法確定故障點(diǎn)的前提下，通過圖紙分析能夠比較順利找到故障點(diǎn)，在沒有電路圖的背景下，通過反求電路原理圖進(jìn)行故障分析，應(yīng)是查找疑難故障點(diǎn)的一種思路。而清晰的維修思路來源于通過圖紙分析對控制電路的理解，對所有存在的故障可能性逐一進(jìn)行排除。掌握正確的維修方法是快速修復(fù)設(shè)備的關(guān)鍵，對于復(fù)雜的電路控制板的維修，在排除上電風(fēng)險(xiǎn)后，通過電路板在線測量，根據(jù)線路板結(jié)構(gòu)布局、輸出電壓走向、控制芯片關(guān)鍵腳等點(diǎn)位，測量電壓信號(hào)、波形信號(hào)等，能夠比較快速鎖定損壞的故障元器件；對于在線測量仍舊無法找到故障元器件的案例，通過電路板局部反求電路原理圖進(jìn)行分析，輔助故障元器件的查找。本文的意義在于探討CT電路板的故障維修方法及其技術(shù)規(guī)律，為醫(yī)療電子設(shè)備維修技術(shù)水平有效提升提供有益借鑒。

4 結(jié)論

本文通過對西門子Definition AS 64層術(shù)中CT兩例典型硬件故障進(jìn)行電路維修分析，成功修復(fù)設(shè)備。總結(jié)到的維修經(jīng)驗(yàn)是堅(jiān)持可行的維修思路和維修方法，即在常規(guī)的故障排查方法無法找到故障點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行電路原理圖反求，根據(jù)電路原理圖，分析故障的可能性，逐一排除故障；而對于獨(dú)立的電源類電路板，在排除不能上電的故障隱患后，上電進(jìn)行測試分析，能夠很快鎖定故障點(diǎn)。本文通過兩個(gè)維修案例的維修分析，為廣大醫(yī)工同行提供CT類設(shè)備硬件故障的維修參考。