GE Innova 2100數字血管減影系統部件維修案例分析

黃升云，萬洲，李晨旭，石勝陵

1. 重慶市涪陵中心醫院 醫學裝備科，重慶 408000；2. 重慶市酉陽縣人民醫院 醫學裝備科，重慶 409899

引言

GE Innova 2100-IQ數字減影X射線機主要用于心血管介入（包括冠脈造影和心律失常射頻消融治療、先心病介入治療等）檢查治療[1-2]，對于急性心肌梗死等疾病具有非常明顯的治療效果，作為醫院胸痛中心創建、審批中必備的設備之一，具有不可代替性作用[3-5]。2012年，我院引進了美國GE公司的Innova 2100數字化平板心血管專用系統。現使用時間已較久，其中5年為自主維修與單次叫修相結合的維修方式。目前，針對該設備的研究基本是進行設備整體故障產生的分析、判斷及部件、組件的更換維修[6-8]，在醫療設備自帶維修診斷軟件的條件下，設備故障時會通過自診斷軟件診斷后指明故障方向，工程師利用設備自帶測試程序進行測試后，基本能判斷出損壞的組件，然后通過更換組件修復設備。這種維修方式對工程師的維修技術能力提升有限，且因組件價格昂貴，會導致維修、使用成本居高不下。該設備容易損壞的貴重備件有球管、DL主機、準直器、高壓發生器等。因球管為專用配件，常見故障為燈絲開路、高壓放電、旋轉陽極壞等，這些配件無法維修只能進行整體更換；DL主機、準直器、高壓發生器等組件是可以進行細化研究和維修。本文所述GE Innova 2100設備的準直器大多采用外購西門子的產品，維修方常規處理方法就是更換準直器[9-11]，價格昂貴且該元件易壞，本科室所負責的幾臺設備平均每2年多就會壞一次，隨機沒有關于該準直器的維修資料可查閱，經過多次維修總結，本文介紹其中幾例準直器故障的分析處理過程，從維修方法、維修思路等為醫工同行提供參考。

1 準直器結構解剖及原理分析

該準直器由水平X、Y方向的正方形射線遮擋光柵、銅濾過片、月牙形軟遮擋光柵3層裝置組[12-14]。準直器實物結構圖如圖1所示。最上一層為常規的方形鉛擋，有水平X和Y兩個方向，分別由電機X41和X42驅動，定位精度則由S1和S2兩個微動開關作為初始位置的起點。軟件根據不同部位設置了不同的參數或者操作者手動設置參數，以此來調節照射野大小，通過給予L6285脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）電流控制回路驅動步進電機精確運動到設置位置。中間一層為銅濾過層，該層由上下兩層銅濾過片組成，每層有空位、0.1 mm和0.2 mm的圓形銅片按照120°角位組成，兩層由同一個電機驅動。共形成4種不同濾過組合，位置由U1到U4四位光感應開關來確定集中組合的位置。感應到的信號發送回控制板，與系統發出的輸出信號（根據不同位置自動設定的）進行對比，根據對比結果輸出信號，由PWM電流控制回路L6285驅動電機運轉到指定位置。最下面一層為軟射線遮擋層，由2個電機分別控制左右遮擋及旋轉方向，起始位由S4與S5微動開關確定，行程位置通過手動操作輸出控制信號，同樣通過L6285驅動電機到達位置。準直器結構原理圖如圖2所示。

圖1 準直器實物結構圖

圖2 準直器結構原理圖

2 案例分析

2.1 案例一

2.1.1 故障現象

在正常使用設備時報準直器錯誤“Collimator Fail Call Service”，設備無射線產生，無法使用。

2.1.2 故障分析

根據故障現象，初步判斷故障產生原因為：準直器故障、準直器無電源、準直器與JIDA發生器通訊不暢、JIDA發生器本身故障。

2.1.3 故障檢測及診斷

本著先易后難的原則，拆下準直器外殼測量中心控制板（Center Board Control，CBC）上的24 V直流電源電壓，其值為23.9 V，供電正常。仔細觀察準直器動作及聽其聲音，結合記錄的設備正常運行時的開機自檢聲音[15-16]，判斷準直器的運動聲音異常。拆下準直器上端鉛檔外蓋并開機自檢準直器，仔細觀察發現處于準直器中間的銅濾過層上下兩層運動狀態異常，經過與設備正常運行時記錄的運動狀態進行對比，發現兩層濾過運動同步異常，聯系維修公司，回復為準直器控制程序錯誤且無法維修處理，需整體更換準直器，價格17萬元。

設備隨機未提供該部件相關資料，筆者決定拆機分析其結構原理并進行維修，研究發現該結構下面一層可以正反兩個方向轉動，上面一層因限位擋塊的控制只能逆時針方向（圖3）。自檢時電機帶動上下兩層順時針轉動，光感位置傳感器對應位置的反光定位，由3個120°涂有不同高度的白色涂層的擋片確定。經仔細觀察為上層位置定位錯誤，首先懷疑光感應傳感器或者定位片錯誤，通過萬用表對比測量上下層元件的阻值與電壓值，排除了元件及定位片故障。反復轉動驅動電機，觀察到電機轉動時，下層同步運動，上層總是間隔一定時間后才能同步120°，間隔時間規律不明顯。取下傳動中心卡簧，將上層的濾過層取下，仔細觀察中間有一銷子會緩慢上升（圖4），研究其結構發現此銷子對應上層的3個120°的錐形槽。其運動是電機直接帶動下層運動，下層通過此銷子及其聯動裝置帶動上層同步運動。故判斷為此定位銷的運動阻力太大，運動不到位引起故障。

圖3 濾過結構圖

圖4 濾過互鎖裝置

2.1.4 故障處理

將互鎖的定位銷取出清潔，下面的小彈簧沒有可單獨更換的，通過對使用小彈簧的多種產品及元件的對比，永前電氣LA128A點動開關內的小彈簧比較合適，更換后試機工作正常，并備用10個點動開關。

2.2 案例二

2.2.1 故障現象

圖像下方出現1 cm左右黑邊，見圖5。

圖5 實發故障圖

2.2.2 故障分析

出現黑邊的原因一般為：① 防撞安全氣壓開關失靈，設備碰撞后發生位置漂移；② 探測器位置發生變化；③ 準直器損壞。

2.2.3 故障檢測、診斷

檢查氣壓開關正常，X射線球管、探測器等均沒有碰撞痕跡，位移的可能性排除。拆開探測器發現上下的驅動皮帶有點松動，固緊皮帶后檢測故障依舊。根據原理分析，進入設備維修界面并運行相關檢測診斷程序，顯示正常。軟件、設置均沒有問題，判斷問題應該出現在準直器驅動部分。自主剖析原理圖，Y軸方向由S2開關控制起始位置，軟件及數據沒有問題，那應是S2位置發生少量偏移，分析結構其中心點由右邊的blade板上的調節螺絲觸發定位開關確定（圖6）。對微動開關和調節螺絲均做調整后，圖像黑邊明顯好轉，但沒有完全解決，判定為微動開關與調節螺絲位置錯誤引起故障。

圖6 定位開關、運動圖

2.2.4 故障處理

隨著設備使用時間的增加，調節螺絲和微動開關頻繁接觸，導致磨損和變形后，發生定位漂移。因微動開關尺寸特殊，短時間無法更換，所以采取拆除彈簧或加長螺絲的處理方法，應急恢復設備使用，及時購買合適的微動開關進行更換，并備用適量開關。

2.3 案例三

2.3.1 故障現象

開機自檢后報錯“Collimator Fail Call Service”，后臺顯示準直器自檢失敗，設備無法正常使用。

2.3.2 故障分析

根據現象判斷應該是準直器的自檢信號異常、外部供電及通信不暢。

2.3.3 故障檢測、診斷

測量準直器供電24 V電源正常，在維修界面用軟件檢測通信呼叫正常但無應答，故障大概率出現在準直器部分。拆開準直器外殼，觀察發現開機自檢時準直器通電后電機有動作，瞬間準直器驅動板斷電且指示燈熄滅，一會兒指示燈點亮后再次熄滅，反復出現。測量準直器內部輸入電壓正常，分析板子結構，發現其中一個可恢復的保險（F3）一直處于斷開和恢復的交替之中。判斷是有元件短路導致電壓異常，因無任何資料可查，根據自主繪制的原理結構圖（圖7）進行分析，設備的控制信號通過J3線輸入后與位置傳感器反饋信號組合，組合后通過J21、J26、J4、J18等分別輸出對應的輸出驅動信號，通過PWM電流控制回路J28、J20、J24驅動電機X51、X52動作。斷開銅濾過電機（X51）和軟遮擋電機（X52），開機故障依舊，判斷故障應該出現在CBC板。測量電源電流偏大，判斷是驅動元件有短路現象，在長時間開機后，關機感觸板子上的元件，發現PWM電流控制回路L6285（J28）溫度偏高，判斷為該集成損壞。因設備使用時間緊迫，更換元件無法滿足及時性和準確性要求，決定采用更換準直器的維修方案。

圖7 驅動電路原理圖

2.3.4 維修處理

這次維修雖然采用更換維修，但經過維修分析過程，了解了故障發生的原因，在不增加成本的基礎上保留下舊的準直器。最后通過購買元件更換修復該準直器，作為設備維修的備用件。

3 討論與總結

隨著GE Innova 2100血管機在醫院的廣泛應用，設備在高負荷運行狀態下，故障也隨之增多，此設備常出現問題的組件有準直器、PDU控制器、主機DL電腦箱、球管、主機UPS、機架控制板、高壓發生器等。大部分文獻均是在血管機廠家隨機提供的技術資料條件下開展研究，根據技術資料對設備整體回路中的部件工作狀態及信號處理作出故障判斷，然后進行換件及技術處理[17-18]。然而，當代大型醫療設備零部件均實行了全球采購，這部分零部件的資料隨機并未提供，大多數情況下維修工程師只能外購配件整體更換。這種維修方式會導致其材料成本大幅增加，且發貨之前還需要維修方工程師到場診斷，維修人工費也較高，導致該類設備使用成本居高不下。本研究從工程師自修角度出發，經過日常對設備性能的觀察記錄，總結設備的易損配件，通過研究、分析并繪制原理圖等方法將組件診斷模式維修變為組件的元件級維修，通過此種維修方法工程師的維修技術水平會得到大幅度提升，設備維修時判別故障速度會提升，并通過備用易損元件（如準直器里面的小開關、PDU機柜的延時繼電器、主機UPS的電池組件等），在設備出現故障時能以最快速度恢復設備的正常工作。

本文所研究的準直器是GE廠家在設備生產過程中采購的西門子廠家組件，無隨機維修資料提供，維修難度增大且維修組件價格較高[19-20]。本文通過平常對設備及其組件的相關運行狀態、指示狀態、自檢流程及機械動作聲音等的記錄，設備故障時快速對比診斷、細心分析部分小細節（如故障一的小彈簧引起的大問題），涉及電路時注意分析電路結構，重點分析集成元件及其外圍電路等維修方法，從而達到通過更換小元件解決需更換組件的大問題。此類維修在設備運行初期數據較少會導致維修時間增加，對工程師的專業知識水平要求較高，維修時要工程師具有維修的耐心、細心等工作態度。此類維修方法可為同行在進行維修費、材料費昂貴且易損的放射類（CT、DR、ECT等）等產品的維修時提供一定參考。