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.慈溪市第三人民醫院 設備科，浙江 慈溪 315300；2.慈溪市人民醫院 a.放療中心；b.設備科，浙江 慈溪 315300

引言

彩色多普勒超聲診斷儀以其無創、無輻射、實時顯示及可重復檢查等諸多優點，與X射線、核醫學、核磁共振并列為四大醫學成像設備[1-3]。現代醫院彩超的普及，大大提高了疾病的診斷水平和治療效果[4]。但隨著彩超技術的日益復雜化，彩超設備的高度集成化，給設備科工程師的故障維修也帶來了巨大的挑戰。在彩超維修領域，因廠家技術保密，設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，不但技術水平無法得到提升，而且醫院還要承擔高額的配件費用[5-7]。本研究通過分析設備的結構及原理，總結故障發生的可能原因，分步驟進行排查，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，從而實現元件級的維修，大大降低維修費用支出。通過該維修方法，不但可以提高工程師技術水平，還能為醫院節省大量的維修開支。

1 基本結構及原理

GE 730彩色多普勒超聲診斷儀的架構可以分為前端、后端、電源、外設、機架五大組成部分（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發射接收板）、CRW連續多普勒板、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電源開關控制板組成，而子電源板主要提供系統所需的各種直流高壓和低壓。

圖1 系統基本架構

CRS板接收后端成像命令后，控制CPR上的CPD發射脈沖激勵信號，通過CPZ連接板和CPV接口板到達指定超聲探頭，激勵其產生超聲波進入人體，然后該探頭接收由組織反射回的超聲信號再返回到CPD板后經過放大、濾波、補償、A/D轉換等處理，再經過CPR母板和CPK母板傳輸給CRS板作進一步數據處理。CRS將處理好的回聲圖像數據通過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 故障現象

閉合ON/OFF開關后，設備開始啟動，并且可以正常加載超聲系統應用軟件，但總是會在中途自動關機，偶爾也可以完全啟動并進入到二維掃描界面，但短時間后仍然會自動關機。

2.2 故障分析

通過維修手冊和實際電路可以總結出如下開機流程（圖2）：當開關機按鈕閉合后，CPN收到開機信號輸出59 V直流電，通過KVN電纜線經過CPE送至CPP（DC/DC）產生各種直流電壓（包括PC機所需的12 V、5 V等ATX電壓），PC機得電后開始啟動，載入Win 2000內嵌系統，隨后加載應用軟件并且初始化及檢測前端各個硬件，功能檢測通過后進入二維界面，整個啟動過程完成[11-12]。發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，導致自動關機；② 前端板卡有短路導致電源保護；③ 板載PC機組件故障，導致自動關機；④ PC機收到了錯誤的關機信號。

圖2 開關機時序

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，使PC機以最小系統方式啟動，發現啟動后并未自動關機，由此可以排除PC機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現，只要插上CRS板，就會出現上述自動關機的故障現象。但在更換從正常機器拆來的CRS板后，發現故障依舊，由此維修陷入困境。

在進行多次開關機測試中發現，有時設備能夠完全進入二維界面，隨后會聽到PC機發出“嘀”的一聲并開始關機，每次關機也似乎按正常關機序列進行，而并非突然掉電，基于這個現象我們猜測PC機啟動后立刻收到了關機信號。使用萬用表測量由CPY板輸出的關機信號發現，該信號無論在ON/OFF置于哪種狀態時均輸出高電平（5 V），而正常情況下，只有當ON/OFF置于關機狀態下才輸出高電平，由此確定CPY的關機信號輸出故障。分析檢測CPY電路后確定為一個三極管集-射極之間處于開路導致輸出始終為高電平，更換三極管后故障修復（圖3）。

圖3 CPY板三極管故障

3 故障二

3.1 故障現象

彩超開機正常，使用正常，但關機后未等關機程序結束便提前關閉了系統電源，導致操作系統崩潰以及硬盤損壞。

3.2 故障分析

雖然上述故障可以通過重裝系統或者更換硬盤解決，但該方法只能治標，已安裝系統十余次，并更換了兩塊硬盤，必須找出根本原因徹底修復。通過查詢維修手冊和分析實際電路板可以總結出以下關機流程（圖2）：當打開ON/OFF開關后，CRS通過KVN電纜線5腳收到來自CPY的關機信號，并向PC機發出關機信號，PC開始執行關機程序，PC機關機后，CPE板通過KVN電纜線的3腳向CPY發送一個關閉電源信號（低電平有效），使CPY切斷59 V電壓輸出，從而完成完整的關機。所以發生故障的可能原因有：① 板載PC機組件故障，錯誤向CPE板發送關閉電源信號；② CPE板故障，錯誤發送關閉電源信號；③ KVN電纜線故障，導致信號錯誤；④ CPY板故障，提前關閉輸出。

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板的關閉電源的信號，通過示波器觀察此信號，直到電源關閉也沒有出現低電平信號，由此得出CPE并沒有提前發出關閉電源信號，可以排除PC機組件、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現，IC1通過R1和C1構成一個延時電路，當ON/OFF開關置于關機位置時（開關打開狀態），其VI2腳收到一個低電平脈沖，此時Vo將輸出高電平，同時Vcc通過R1向C1充電，在VI1達到2/3Vcc之前若KVN 3腳出現低電平（即PC端已完成關機），則IC1重置Vo輸出低電平使IC2停止輸出脈沖，即關閉59 V輸出。通過R1和C1的標稱值計算該充電時間應該在1 min以上，而實際測量發現C1電容明顯小于標稱值，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

在超聲設備的維修經驗中，我們發現一些故障發生點常常伴有大量灰塵，每當天氣潮濕時就容易發生故障，所以適當頻率的預防性維護保養，保證設備內部電路板的清潔以及控制空氣濕度可以減少相關故障的發生[15-16]。在維修方法上，可以通過維修手冊中描述的設備結構和基本原理，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，因廠家技術保密的原因，沒有提供相應的電路圖紙供工程師分析判斷故障。因此，設備科臨床工程技術人員必須要具備扎實的電子電路理論知識和豐富的實踐經驗，要能夠通過復雜的電路板反畫出電路圖，再通過電路圖進行故障分析及判斷，從而修復故障，為醫院節省維修費用，這也是體現臨床工程技術人員職業價值重要方面。