Philips iU22超聲診斷系統故障維修實例

山東省立第三醫院 醫學工程部，山東 濟南 250031

引言

Philips iU22是由荷蘭皇家飛利浦電子集團于2004年推出的彩色超聲診斷系統。憑借智能控制功能以及先進的人機工程設計，iU22超聲系統提供廣泛的高性能臨床應用，包括實時4D成像、語音控制與注解、以及自動化成像優化技術等[1-3]。Philips iU22系統采用先進的高清晰成像和診斷技術，可提供更高水平的診斷性能，主要用于婦科（子宮、附件）、產科胎兒常規、產前缺陷和疾病的篩查診斷、腹部臟器（如膀胱、前列腺、肝、膽、脾、胰、腎等）、小器官（如乳腺、甲狀腺、陰囊、淺表器官等）、及心臟、血管的超聲診斷和科研工作[4-5]。它可幫助臨床醫生提高臨床檢查效率并實現更高自動化控制，同時還具備易用性[6-7]。然而，隨著設備使用時間的延長，會逐漸出現一些故障。本文通過介紹Philips iU22彩超的結構（包括前端、后端、控制部分、顯示部分、電源部分）組成（圖1），根據設備運行原理，對出現的故障現象進行逐步分析和排查，我們希望本文處理故障的方式能為廣大臨床工程師的日常設備維修工作帶來啟發。

圖1 iU22超聲診斷系統的宏觀構成圖

1 故障案例一

1.1 設備故障現象

設備開機啟動，提示“initialize hardware”，開機畫面不再往前繼續。按鍵盤上的patient data按鍵（此按鍵相當于F1，排除主板CMOS電池故障）后，故障依舊。

1.2 故障分析

首先確定前端啟動狀態，由于超聲機正常工作時前后端有統一的時鐘，前端提供時鐘的NAIM板先工作，并與后端統一時鐘時才可能使設備正常啟動。

運行FEC debug用來確定前端PCB的配置（包括部件號），前端asic的版本號，以及采集系統是否存在電源監控故障和硬件配置錯誤等故障。另外，還能檢查電機控制器PCB是否存在，并報告和校驗通道板的信號。經運行FEC debug后顯示內容確認前端啟動正常。繼而推測超聲機的后端部分出現故障，而超聲機的后端部分基本是由計算機構成[8]，超聲啟動的流程如圖2所示。

圖2 iU22超聲啟動的流程圖

在超聲后端計算機啟動中，先初始化硬件加載BIOS，接著啟動加載操作系統，再啟動超聲應用程序使設備進入超聲掃描界面。而現在設備啟動界面停在初始化硬件的畫面，首先考慮計算機正在自檢或初始化時出現問題，自檢初始化完成的工作內容包括以下三個方面。

（1）加電自檢（Power On Self Test，POST）。用于電腦剛接通電源時對硬件部分的檢測，功能是檢查電腦是否良好，通常完整的POST自檢將包括對CPU、640 K基本內存、1 M以上的擴展內存，ROM，主板，CMOS存儲器，串并口，顯示卡，軟硬盤子系統及鍵盤進行測試，一旦在自檢中發現問題，系統將給出提示信息或鳴笛警告[9]。自檢中故障分兩種：① 嚴重故障（致命性故障）停機，此時由于各種初始化操作還沒完成，不能給出任何提示或信號；② 非嚴重故障則給出提示或聲音報警信號，等待用戶處理[10]。

（2）初始化。包括創建中斷向量、設置寄存器、對一些外部設備進行初始化和檢測等，其中很重要的一部分是BIOS設置，主要是對硬件設置的一些參數[11]，當計算機啟動時會讀取這些參數，并和實際硬件設置進行比較，如果不符合，會影響系統的啟動。

（3）引導程序。功能是引導DOS或其他操作系統[12]。BIOS先從軟盤或硬盤的開始扇區讀取引導記錄，如果沒有找到，則會在顯示器上顯示沒有引導設備，如果找到引導記錄會把計算機的控制權轉給引導記錄，由引導記錄把操作系統裝入計算機，在計算機啟動成功后，BIOS的任務完成。

1.3 故障排除

對后端計算機進行最小化配置，包括主板、內存、CPU、主板顯卡。開機看到初始化硬件界面已經通過，停留在尋找啟動媒介的界面。說明被隔離的DSC、UAVIO、副顯卡、硬盤可能存在故障位置，導致計算機無法繼續啟動。逐個替換新的硬件進行排查，發現只有HDD1硬盤更換后，重置軟件，系統恢復正常，由此確定為HDD1硬盤故障（該版本的iU22一共三塊硬盤，HDD0用來裝系統和程序，HDD1和HDD2用來存儲圖像）。

1.4 小結

在此案例中只有掌握超聲設備的構造，熟悉超聲設備的啟動流程，才能在逐步排查中確定設備故障原因在后端，并用維修計算機的思路，通過隔離排查最小化配置啟動系統，逐步安裝后端板卡逐一檢修，精確定位故障位置，順利排除故障。

2 故障案例二

2.1 設備故障現象

設備使用過程中間歇性圖像異常，腹部探頭、小器官探頭和經陰道探頭都存在這個問題，而且圖像分辨率及圖像質量下降明顯。由于設備出現故障的頻率較高，所以捕捉到了圖像異常的情況，具體的成像表現如圖3所示。

圖3 異常的成像現象

2.2 故障分析

多把探頭同時出現相同故障可能性極低，所以初步排除探頭問題。根據顯示異常的圖像，推測可能是干擾造成的[13]。為排除干擾，將設備推到其他的樓層的房間，重新啟動設備故障依舊。接著對設備進行細致的保養，排除設備內灰塵造成干擾之后，設備故障依舊。此時推斷此故障屬于成像的問題，包括超聲波的發射和接收、圖像的后處理[14]。

2.3 故障排除

根據故障表現，首先懷疑設備的通道板Channel board和信號處理板DSC。DSC是負責RF信號的處理；孔徑處理等等，處理來自前端的雙實時信息流[15]，包括回波、彩色、CPA成像、運動能量成像、組織多普勒成像、PW多普勒、CW多普勒、2D/M模式、彩色M模式，然后將數據發送到主板。多數超聲設備都有對設備進行自檢的程序，通過設備自檢程序可以基本判斷設備前端板卡的工作情況。首先做一下DSC信號處理板的 flash測試。在啟動應用程序界面按下Ctrl+Alt+R，進入命令窗口，做DSC信號處理板的 flash測試之后故障依舊。

然后測試通道板，設備共有4個通道板Channel board（CB，包括CB0～CB3），每塊通道都包含發射控制和波束形成。主要負責信號的發射與接受；完成A/D、D/A轉換；超聲波信號的濾波和放大等。通過自檢程序進行通道板的channel walk測試。該測試的目的是判斷是否通道板故障，在測試過程中，發現CB1故障，不能通過測試。聯系訂購一塊通道板進行更換，故障解決。

2.4 小結

在此案例中清楚超聲設備的原理和構造，了解設備成像原理可以幫助我們分析故障原因，從而把故障原因定位、縮小，逐級排查從而最終定位故障。學會設備中自帶的測試程序也能對我們判斷故障有很大幫助。

3 總結

通過兩個案例分析維修的過程，對iU22的前端和后端的原理和結構及設備的啟動流程都有了一定的了解，在日常遇到類似的故障時可以參考。在維修分析時，應由簡到繁[16]，從簡單的保養，到排除干擾，再到安裝軟件，確定硬件故障。后端計算機是超聲重要的組成部分，超聲設備啟動故障的多數原因都在計算機部分，熟練掌握計算機運行原理更有助于故障排除。另外，臨床工程師應對超聲的工作原理組成部分，功能作用，技術參數及操作過程進行充分學習，才可能及時排除故障，保證超聲診斷系統的性能穩定和正常運轉。