Biplanar500E 型G 型臂X 射線機(jī)故障維修

趙博文，魏世奇

（解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，海南三亞572013）

0 引言

G 型臂X 射線機(jī)是適用于骨科、神經(jīng)外科等外科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的影像設(shè)備，相較于傳統(tǒng)C 型臂X 射線機(jī)，其能夠?qū)崿F(xiàn)立體成像、準(zhǔn)確定位等功能，在頸椎、胸椎、腰椎、髖關(guān)節(jié)等手術(shù)中更具有優(yōu)勢(shì)。我院現(xiàn)有1 臺(tái)于2015 年引進(jìn)的瑞典SWEMAC 公司生產(chǎn)的Biplanar500E 型G 型臂X 射線機(jī)。由于骨科手術(shù)量較多，設(shè)備使用頻繁，一旦出現(xiàn)故障，將直接影響臨床手術(shù)的開展。

G 型臂X 射線機(jī)故障可劃分為硬件故障與軟件故障兩大類。其中，硬件故障一般包括高壓電路系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制單元、探測(cè)器等故障，軟件故障包括圖像處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)等故障。高壓電路系統(tǒng)的主要功能是為G 型臂X 射線機(jī)高壓發(fā)生器及準(zhǔn)直器提供電源支持，其常見故障主要集中在變壓器和整流器上，針對(duì)此類故障，首先應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象排查相應(yīng)模塊，然后理清電路結(jié)構(gòu)找到故障節(jié)點(diǎn)，最后弄清問題原因、解決故障、完成修復(fù)工作。本文介紹1 例由高壓電路系統(tǒng)故障導(dǎo)致的Biplanar500E 型G型臂X 射線機(jī)正位無法成像但側(cè)位成像正常故障的原因及排除方法，以為類似故障的維修提供參考。

1 基本原理及結(jié)構(gòu)

Biplanar500E 型G 型臂X 射線機(jī)主要由兩大部分構(gòu)成，一是主控系統(tǒng)，包括顯示器、儲(chǔ)存器、系統(tǒng)控制器、計(jì)算機(jī)等，其主要功能為處理采集到的正位和側(cè)位醫(yī)學(xué)圖像，并對(duì)影像系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，同時(shí)記錄和儲(chǔ)存圖像數(shù)據(jù)；二是影像系統(tǒng)，包括機(jī)架靜態(tài)部分及相關(guān)控制器單元、高壓發(fā)生器、X 射線管、準(zhǔn)直器、數(shù)字影像處理器以及探測(cè)器等，主要實(shí)現(xiàn)術(shù)中成像位置調(diào)節(jié)、術(shù)中正側(cè)位影像學(xué)成像等功能[1]。該設(shè)備具備2 套各自獨(dú)立的X 射線影像系統(tǒng)，分別安裝在G 型曲臂上且相互呈垂直方向布局，能夠?qū)崿F(xiàn)在手術(shù)區(qū)域?qū)崟r(shí)正位、側(cè)位X 射線曝光成像，可以通過主控系統(tǒng)各自獨(dú)立或同時(shí)成像。Biplanar500E型G 型臂X 射線機(jī)工作原理如圖1 所示。

圖1 Biplanar500E 型G 型臂X 射線機(jī)工作原理圖

2 故障案例

2.1 故障現(xiàn)象

正位無法成像，報(bào)錯(cuò)提示光柵處于未打開狀態(tài)，無法完成曝光操作，但側(cè)位成像正常。

2.2 故障分析

Biplanar500E 型G 型臂X 射線機(jī)的正位、側(cè)位2 個(gè)影像系統(tǒng)是獨(dú)立工作的，因此判定是正位影像系統(tǒng)故障。根據(jù)報(bào)錯(cuò)提示，判斷可能是位于X 射線發(fā)射器上方的準(zhǔn)直器光柵未打開。拆開正位發(fā)射器保護(hù)罩，可以清楚看到光柵模塊，此時(shí)光柵已處于完全打開狀態(tài)，如圖2 所示。

圖2 準(zhǔn)直器及光柵模塊

操作控制臺(tái)面板上的光柵開合按鈕無法使光柵完成閉合動(dòng)作，使用萬用表測(cè)量控制光柵閉合的伺服電動(dòng)機(jī)，顯示伺服電動(dòng)機(jī)無電流信號(hào)。用外接直流電源（12 V）給伺服電動(dòng)機(jī)供電，判斷伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部線路是否存在問題，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，故判定伺服電動(dòng)機(jī)功能正常。每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)旁都有一個(gè)位移傳感器，用來感應(yīng)光柵位置狀態(tài)。使用萬用表對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，回路連通，確定位移傳感器并無損壞，因此可以確定是前端供電出現(xiàn)問題[2-6]。

高壓發(fā)生器與準(zhǔn)直器共用一套前端供電線路，故排查前端供電線路狀況，發(fā)現(xiàn)線纜外觀完好，無彎折、破損情況。前端供電線路由控制器電路板和電源電路板組成，用萬用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)控制器電路板只有輸入電流無輸出電流，故決定將控制器電路板拆下檢查[7-8]。在斷電情況下拆卸控制器電路板時(shí)，發(fā)現(xiàn)電路板的金屬支架過熱，根據(jù)焦耳定律公式Q=I2Rt（Q為熱量，I為電流，R為電阻，t為時(shí)間）可以看出，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻成正比，由此判定應(yīng)是某電阻值較高的元器件短路致使電流變大，從而引起的溫度升高。

2.3 維修過程

2.3.1 電源電路板維修

經(jīng)過前期一系列故障排查分析，判斷問題出在光柵模塊前端的電源電路板上，排查時(shí)發(fā)現(xiàn)電源電路板上有一個(gè)變壓器的線圈絕緣聚酯薄膜有明顯燒灼痕跡，初步判斷里面的漆包線存在短路問題[9]。為確定變壓器短路是否造成其他元器件損壞，首先用萬用表對(duì)電源電路板上的主要元器件（如電容、電阻等）進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示其他元器件一切正常，據(jù)此可以確定故障原因?yàn)樽儔浩骶€圈短路；然后用烙鐵熔化6 個(gè)錫焊點(diǎn)位，將故障變壓器拆下，為確保線圈匝數(shù)不發(fā)生改變，截取與舊線長(zhǎng)度相同的漆包銅線重新纏繞；最后將修復(fù)好的變壓器重新錫焊復(fù)位，完成電源電路板修復(fù)，修復(fù)后的變壓器如圖3所示。

圖3 修復(fù)后的電源電路板變壓器部分

2.3.2 控制器電路板維修

將修復(fù)后的電源電路板恢復(fù)原位。開機(jī)通電后，光柵模塊的電動(dòng)機(jī)仍無電流輸入，而控制器電路板有電流輸入但無電流輸出，據(jù)此判斷控制器電路板也存在問題。發(fā)生故障的2 塊電路板是相鄰零件，相互之間也由多條電導(dǎo)線連接，由此判斷控制器電路板故障原因可能與電源控制板變壓器短路所產(chǎn)生的大量熱量有關(guān)。

在對(duì)控制器電路板進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)位于金屬散熱支架上的L296P 型開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片周圍存在導(dǎo)熱硅脂融化、流失痕跡。在拆卸此電路板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬散熱支架溫度過高，可能是電源電路板上的變壓器短路故障所產(chǎn)生的高熱量經(jīng)電導(dǎo)線傳導(dǎo)至控制器電路板導(dǎo)致?？刂破麟娐钒迳系腖296P 型開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片受到持續(xù)高溫影響，致使其與金屬散熱支架間的導(dǎo)熱硅脂融化，芯片本身也由于導(dǎo)熱硅脂的流失造成熱量累積從而發(fā)生損毀。L296P 型開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片由意法半導(dǎo)體集團(tuán)生產(chǎn)，屬于常見元器件，購(gòu)買同款芯片后完成更換[10]。至此控制器電路板修復(fù)工作結(jié)束，將其復(fù)位后進(jìn)行開機(jī)測(cè)試，光柵模塊恢復(fù)正常功能，可以完成曝光操作，正位圖像成功采集。

3 小結(jié)

從本次故障的維修過程來看，在維修相似故障時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）了解設(shè)備運(yùn)行原理，熟悉各模塊之間的工作邏輯關(guān)系。例如，準(zhǔn)直器不僅控制著射線的射出角度及平行度，也控制著射線橫截面面積的大小，當(dāng)準(zhǔn)直器的自檢通過時(shí)，射線才能收到發(fā)射指令。（2）利用設(shè)備本身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，善用替換法加快維修進(jìn)度，縮短維修時(shí)間。例如Biplanar500E 型G型臂X 射線機(jī)正、側(cè)位模塊的主要元器件基本一致，當(dāng)其中一側(cè)出現(xiàn)故障時(shí)可以采用互換配件的方式進(jìn)行故障排查。（3）做好故障記錄，完善定期保養(yǎng)。例如正位模塊位于整機(jī)正下方，距離地面只有10 cm，上蓋罩為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile butadiene styrene，ABS）塑料材質(zhì)，在使用和移動(dòng)過程中極易發(fā)生磕碰，從而使內(nèi)部元器件發(fā)生損壞，因此在定期保養(yǎng)維護(hù)中應(yīng)重點(diǎn)檢查。同時(shí)可以在不影響射線的情況下，在外殼加裝緩沖材料，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，做好設(shè)備維修及養(yǎng)護(hù)不僅可以降低故障率及維修成本，還可以提高維修效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，最終確保設(shè)備可以高效穩(wěn)定地服務(wù)臨床[11]。