麥迪遜X6彩超結構原理與維修案例分析

黃升云，萬洲

重慶市涪陵中心醫院 醫學裝備科，重慶 408000

引言

19世紀末，物理學上發現了壓電效應與逆電效應之后，人們利用電子學技術產生超聲波，從此超聲波在醫學領域得到廣泛研發與實踐應用[1]。超聲診斷儀就是非常典型的實踐應用[2]，現在彩色超聲設備已經成為臨床診斷各類疾病的關鍵設備之一。

麥迪遜X6彩色超聲診斷儀外形纖巧并融入了麥迪遜經典數字波束生成技術，具有高分辨率、強穿透力和多種先進的功能，可有效集成2D、3D和升級4D成像模式，具有無創、無痛、成本較低的特點，因此在中小型醫院臨床中有著極為廣泛的應用，深受臨床工作人員青睞[3-4]。但中小型醫院受到其環境和維修能力的限制，設備使用后期故障率較高。產生故障時，目前均采取更換板件的維修方式，基本不進行故障原因分析，增加了醫院的維修成本和使用成本；現有的各類文獻等資料均少有針對該設備的研究[5]。本文通過對多年維修該機型多臺設備的各類故障總結分析，查找故障原因、解決辦法等，總結出各類故障出現的概率、成因及預防辦法。為醫院提供維護和使用指導，減少設備故障率、降低維修成本；為工程師快速查找故障原因及處理故障提供參考，并節約維修支出成本。

1 麥迪遜X6的結構原理

X6彩色超聲診斷儀由超聲探頭、探頭接口板、前端處理（Front End Processing，FE）板、心臟波處理（Cardiac Wave Processing，CW）板、包含有后處理計算機單元的后端處理（Back End Processing，BE）板、電源板和顯示器等組成（圖1）。X6成像原理為：探頭接收到電子開關切換前，由發射單元產生經探頭陣源，發射到檢測物體，經物體吸收后反射超聲波，通過探頭接口板和EF板（CW板）處理后傳輸到BE板，經BE板算法處理后輸出到顯示器[6]。X6彩超在探頭通道設計時，將其設計為FE板和CW板兩個獨立的單元電路板，CW板設置為選配件，因此產生了多種性價比的產品配置，為中小型用戶提供了多種選擇。

圖1 設備結構原理圖

2 麥迪遜X6經典案例

2.1 案例一

2.1.1 故障現象

開機屏幕閃亮后黑屏，鍵盤指示燈亮。

2.1.2 故障分析

根據故障現象，鍵盤燈指示正常，顯示屏閃亮，故障點在顯示器電源、主機電源板或顯示器。

2.1.3 故障檢測及診斷

（1）測量顯示器供電電源為24 V，電源正常

（2）本著先易后難的思路，用本機超聲工作站顯示器做外接顯示器，試用正常。判定為顯示器壞[7]，X6顯示器為15寸LCD液晶顯示器，該顯示器接口為麥迪遜定制的高清接口（含顯示器電源和信號信息等），并通過麥迪遜在顯示器內置的定制板，輸出給高分辨自動調節顯示器[8]。因該顯示器價格較高，本著縝密的工作態度，將顯示器接在另外一臺同型號設備上，故障現象一樣，判定為顯示器壞。更換一臺同型號并正常使用的顯示器后，直接顯示無信號輸入。根據自主繪制的結構原理圖（圖1）判定為BE板也有故障。

2.1.4 故障處理

同時更換顯示器和BE板成本太高，決定自主維修。廠家無維修資料提供，網絡和其他渠道幾乎無資料供參考。

（1）將BE板拆下研究分析[9]，該板的顯示控制輸出分兩路輸出（圖2），一路通過CYC65640芯片等輸出，經過其轉接擴展板供工作站（Q9端子、S端子等輸出）和外置顯示器（VGA、DVI）信號；一路通過TFP410芯片（支持最高像素時鐘為165 MHz，能夠滿足高清數字視頻需求）供麥迪遜專用顯示器 。結合BE板圖像信號輸出結構原理和故障現象分析判定為TFP410芯片壞，更換TFP410芯片后，BE板開機工作正常。

圖2 BE板實物圖

（2）顯示器拆機檢修，觀察到顯示器背光管點亮瞬間燈光偏紅，其中兩根點亮困難。判斷為背光燈管老化（一共4組8根），有兩根已損壞，考慮長期穩定性和圖像質量，決定更換所有背光管，處理后顯示器工作正常。至此設備全面恢復正常使用。

2.1.5 故障小結

事后經分析總結：顯示器為高清晰、高亮度顯示器，多組燈管老化（少數接近損壞）后會導致控制板電流增大，控制板高負荷運行，直到顯示器無法點亮，也間接導致BE板的顯示芯片損壞。顯示器閃亮為背光燈電流過大后的保護，此故障提醒工程師應在維修中注意到故障的相關性，不能局限于故障的表面現象，以免延長設備的維修時間。

2.2 案例二

2.2.1 故障現象

開機設備無任何反應。

2.2.2 故障分析

設備是在使用中出現異常響聲后自動斷電，設備再開機后無反應。初步判斷為設備供電或設備內保險損壞。

2.2.3 故障檢測及診斷

（1）測量設備供電電源為231 V，電源正常。

（2）判斷為保險等元件有損壞，先測量隔離電源板輸出無電壓，拆下隔離電源組件，進一步檢測為隔離電源板上保險壞，更換后設備能正常開機，但是超聲扇掃區內無回聲圖像。

（3）拆機檢測電源5、12、3.5 V等低壓組電壓均正常，80 V和97 V高壓電源電壓為0，無高壓電源導致無回聲圖像。確定電源板損壞。

2.2.4 故障處理

從圖5可以看出，隨著貯藏時間的延長，游離二氧化硫的含量持續降低，尤其是初期，下降速度很快，基本呈現線性下降。隨著貯存時間延長，溶解氧逐漸將游離二氧化硫氧化消耗掉，同時結合態的二氧化硫逐漸分解形成游離態，使得游離二氧化硫呈現穩步降低。

該故障無任何資料可以借鑒。拆下電源板，去除外蓋、扇熱裝置等，結合之前維修該類設備時測量的電壓記錄對電源板結構及元件研究分析，劃分出該板實物功能分布圖（圖3）。從隔離電源輸出的220 V電壓經AC/DC電源轉換輸出300 V直流高壓，提供電源板的5組電源能量，5組電源的控制均來自電源監測及控制集成板。電源控制信號通過由控制開關、高頻變壓器、FQA9N90C開關管（低壓電源）、FQA11N90C開關管（高壓電源）、保險電阻、 整流管、電阻、電容等組成的開關電源電路，輸出不同電壓作為設備的工作電壓[10]。根據故障現象判斷為高壓電源壞，檢測2個開關管、2個保險電阻、整流管及部分印制板損壞。更換配件和處理印制板后，設備試用正常。

圖3 電源板實物圖

2.2.5 故障小結

此故障為醫院停電后用發電機供電工作1 h后出現的故障，結合之前維修的幾例因供電錯誤或使用發電機供電，導致隔離電源控制板壓敏電阻和電源保險損壞情況，測量醫院發電機輸出電壓（280～290 V）。推理為：因電壓沒有達到壓敏的300 V保護電壓，電源板處于極限電壓的供電狀態，長時間運行導致開關電源開關管短路損壞，進一步導致保險、印制板、電阻等元件損壞[11]。建議醫院在出現不穩定電源情況時，停止使用設備。

2.3 案例三

2.3.1 故障現象

開機自檢時出現花屏死機（圖4）。

圖4 開機花屏

2.3.2 故障分析

根據故障現象初步判斷為系統軟件、電源板、主板硬件損壞。

（1）重新安裝系統軟件，故障依舊。

（2）拆機測量電源板電壓正常，判定為主板硬件故障。

（3）X6的軟件自檢系統由BE板上外插的一塊含有CPU芯片、內存條、ARM程序芯片[12]及閃存的工控板（圖5），通過BE板母板及麥迪遜專用IDE線（接口和普通計算機IDE一樣，但中間有交叉線不能替代使用的）與外置硬盤相接，自檢時先啟用工控版上的ARM程序芯片里的內置程序[13]，屏幕上顯示含有麥迪遜圖標的進度條（圖6），然后啟動計算機硬盤內的軟件及接口板等自檢程序，屏幕顯示第二次進度條。根據故障現象，設備是在加載第一次進度條時出現故障，判定為BE板上的工控板有問題。

圖5 BE板內的工控板實物圖

圖6 自檢進度條一

2.3.4 故障處理

拆下該板外蓋，發現板上（圖2）有水珠、內存條金手指氧化，取下該板做烘干處理，清潔內存條。將處理完的板子安裝好后，機器能正常開機，但一會兒機器再次死機。重啟多次，觀察發現機器在加載第一個進度條時不太穩定，會在不同的位置返回重啟或死機，分析可能是由于工控板程序讀取不穩定。拆下后取出程序芯片，對芯片管腳和插座進行清潔、烘干等處理后[14]，多次重啟設備均能正常工作。

2.3.5 故障小結

分析醫院環境，醫院機房位于底樓并且房間沒有做防潮處理和安裝除濕設備，空氣太潮濕加之該板發熱量大，所以集結大量冷凝水，導致板子部分短路和氧化。建議醫院增加除濕設備，保障機房空氣濕度與溫度。

3 常見案例維修體會與經驗總結

筆者所在單位對口支援的醫聯體單位為10家，X6設備共8臺，幾年來共維修X6故障設備25次，與BE板有關聯的故障設備16臺次，電源故障5臺次，其他故障4次，詳見表1。

表1 常見故障分析、處理及建議匯總

4 討論與總結

麥迪遜X6因設備外型纖巧，所以板件緊湊且集成度高。現階段多數研究均采用功能板級處理，未研究板件的結構原理與布局結構。本文通過對多家用戶所屬多臺設備的多臺次維修的經驗進行研究[15]，分別介紹設備各板件的結構原理、板件內單元電路結構及集成元件工作原理等，總結出：① 圖2～3分別劃分出硬件故障高發的BE板和電源板的實物功能分布單元圖，通過3個維修案例分享，為同行進行元件級維修提供參考；② 該機型BE板故障率較高，其中多數為該板的工控板故障。工控板故障原因普遍為機房的溫濕度不合適，特別是筆者所在單位處南方地區比較潮濕，更易引起氧化等導致接觸不良，會出現多種故障表象[16]。

現代醫療設備集高尖精技術于一體，彩超也以GE、飛利浦、西門子三家進口設備為代表，這類型設備主要集中于大中型醫療機構，此類機構對設備維修和運行費用有較大的承受力，也有一定的維修能力，更看重設備的開機率，所以多采用更換板件維修。現有文獻也多是研究這三家進口設備，研究方多為設備的使用、通過更換設備板子修復設備、設備的日常保養等。本文研究的設備多用于中小型醫療機構，此類機構對設備維修和運行費用承受力有限，故工程師的工作要不限于更換板件、組件的維修，還需研究板件、組件的工作原理與結構。盡量做到元件和板塊維修，每次維修后分析故障產生原因并做好記錄，通過大數據分析后，為同行快速維修提供參考，為使用單位使用和維護提供指導。