高端彩色多普勒超声诊断系统维修4例

苏科，沈毅，黄毅，尹捍东，王义超

1.重庆医科大学附属第二医院 医学装备科，重庆 400010；2.重庆市医疗设备质量检测所，重庆 400010

引言

彩色多普勒超声诊断仪是一种医院常用的医疗设备，具有设备稳定、图像清晰的优点，且诊断方法直观简便、安全无伤害[1-2]。超声设备能够广泛应用于全身各部位脏器检查，相比于大型影像设备（如CT、MRI）检查时间更短，同时提供的图像质量更佳，目前不仅仅用于全身脏器的超声检查，也广泛应用于心外科、麻醉科等术中各部位脏器监测和患者脏器手术前后对比等领域，在临床中辅助检查中占据重要位置[3-6]。随着现代电子集成技术的发展，高端彩超设备的硬件系统结构趋向于模块化，高集成度的电路设计使得超声设备系统的体积越来越小，目前已经出现了“掌上超声”设备[7-8]。与此同时，为了满足全身各部位脏器检查，高端超声设备的探头类型较多，且大部分采用超宽频带工作，临床日常中设备的频繁使用、消毒等操作易对设备造成一定程度的损耗，除最常见的开机故障外，还容易引入类似图像干扰等故障[4]。作为医学工程人员，不但需要定期对设备进行合理的维护和保养，还需要对各类故障进行及时的维修响应，才能确保超声系统能够长期高效地运行[9-11]。我院现有40台超声设备，本研究通过统计总结其中高端彩色多普勒超声故障，并对其中几个典型复杂故障进行介绍和分享，其中包括2例常见的开机故障以外，还介绍了2例非设备故障引起的图像干扰问题，旨在帮助同行在维修工作中准确定位故障点，快速解决问题，更好地服务于临床。

1 高端彩色多普勒超声诊断系统工作原理

目前市面上常用高端彩色多普勒超声诊断系统基本采用统一的结构化设计思路，硬件系统分为电源部分、前端部分、后端PC部分、显示器、操作部分和辅助功能[12-14]。超声系统开机过程中，除辅助功能部分以外，其他任意模块出现故障，都会造成设备无法开机启动。超声设备工作原理为：① 操作人员通过操作部分，将操作指令送往后端PC部分；② 后端PC部分将指令发送给前端部分，前端部分通过驱动超声探头完成超声波信号的发射，同时前端扫描获取超声波反馈信号，然后经过处理形成射频信号送到后端PC部分；③后端PC部分对接收到射频信号完成图像分析和后处理；④ 后端PC部分将信号送往系统主显示器或外接工作站，操作人员通过显示器图像显示观察超声图像（图1）。

图1 超声诊断系统工作原理图

超声设备故障可以大致分成以下几种类型：① 设备开机故障，设备完全无任何显示，此类故障首先排查电源部分是否正常，继而确定电源输出到每个模块的电压是否正常，在正常情况下通过单独隔离每个模块并逐个排查，然后确定故障；② 设备开机故障，设备有错误代码显示，此类故障可以通过查询错误代码源或者分析系统错误日志，能够较快确定故障范围，从而完成设备维修；③ 设备正常开机，图像显示不正常。此类情况细分情况较多，显示器、显卡、电路板、显示通路或线缆均会造成图像显示缺失或不显示，其中比较复杂和较难解决的问题是超声图像干扰问题，干扰的类型很多，其中外部干扰需要从设备供电和设备空间整体考虑，设备内部干扰则主要发生在射频信号生成和处理通路。

2 常见典型故障案例及分析

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

设备IU Elite的线阵探头L12-5和腹部探头C5-1在二维和彩色条件下图像间歇有异常干扰（图2），故障出现的频率较高，且出现后持续时间不固定，其余探头未见异常。

图2 L12-5（a）和C5-19（b）在二维和彩色条件下的干扰图像

2.1.2 故障原因和排除过程

此台设备在固定的房间使用多年，期间设备图像均正常。初步怀疑故障原因有以下几点：① 设备负责超声图像的前端电路故障两支探头故障；② 两支探头同时出现故障；③ 电网干扰或者空间电磁干扰。针对以上3种情况分别进行如下步骤进行故障排除：

（1）读取设备日志分析，并对设备进行硬件自检，均提示正常。将设备主机断开和工作站、Dicom等所有外部连接，在仅使用UPS电池直流供电情况下，持续1 h故障未出现，基本排除设备主机和探头的原因。

（2）在外接设备未接电源情况下，设备主机使用直流供电情况下，逐一排除外接设备引起的干扰，同时排除稳压电源和UPS。

（3）外接设备接通墙壁电网后，干扰频繁出现。将设备放在其他大楼或者不同的房间，均出现不同程度的干扰现象。基本可以确认为墙壁电网串扰的杂波所致。运用滤波器、屏蔽布等设备，判断电网干扰为 90%，空间干扰为10%。

2.1.3 故障解决方法

通过锰锌磁环（50 mm×25 mm×20 mm）自制2个滤波器，分别给彩超和工作站供电，发现若将工作站和彩超连接，抗干扰效果会明显降低。说明杂波通过工作站的连接线引起彩超干扰，并通过插拔连接和不同的接口比较，确定干扰为工作站的网线带入，用相同的方法将工作站的网线缠绕在磁环上，发现干扰明显减弱，观察1周后发现，医生确认图像对临床诊断无明显影响。

2.1.4 故障分析小结

该故障为一个较为典型的电网杂波引起的图像干扰，但特殊性在于电网干扰通过网络交换机＞网线＞工作站＞视频线＞超声设备。不同场地引起超声设备出现干扰的原因较多，可能由电网、空间辐射、UPS、信号塔等，排查过程会花费大量的人力、物力和经验，需要工程人员逐一排查，并找出最终的原因。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

设备CX50按开机键后无任何响应，开机键不亮，排热风扇不运转，显示器黑屏无任何显示，无背光（图3）。

图3 设备CX50开机故障图

2.2.2 故障原因和排除过程

出现开机键无反应的情况，首先考虑电源供电（电池和适配器）的问题，CX50设备的供电情况可以通过电源适配器的状态指示灯来判断。采用3种供电情况，并参考原厂维修手册进行分析，见表1。

表1 电源适配器指示灯不同状态下对比

在步骤1中电源适配器显示正常，步骤3中却提示电源适配器检测到故障。出现这种情况的原因有以下两点：① 电源适配器出现故障；② 电源适配器连接的Power board故障，从而造成电源适配器检测到故障。对此进行如下排除：

（1）将Power board上TP127和TP227短接，接通电源适配器后进行隔离测试，发现无法检测到+5 VDC电压；

（2）使用医院相同硬件版本CX50设备的电源适配器，再进行隔离测试，成功检测到+5 VDC电压，排除power board故障，确认电源适配器故障；

（3）更换电源适配器，按设备开机键后，设备在开机过程中偶发性掉电，隔离锂电池后，设备正常开机，电源适配器指示灯正常，确认锂电池故障。

综上，更换电源适配器和锂电池后，解决了CX50设备的开机故障。

2.2.3 故障分析小结

该故障为电源串烧，引起适配器和锂电池故障。该案例中电源适配器的指示灯出现了绿色常亮和红色闪烁2种矛盾的状态，容易引起误判。由于飞利浦彩超从国外进口，技术手册为全英文描述，维修人员应主动与厂家工程师沟通相关维修手册，从而得到最准确的解释，并提高维修技能。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

EPIQ5设备开机过程中，未进入应用程序加载界面前报错代码514，根据故障代码提示，关机断电等待5 min后，开机仍报错代码514。

2.3.2 故障原因和排除过程

通过飞利浦原厂维修代码表提示，报错代码514的原因是“Platform Monitor failed to start the Error Handling Services process”（图4），即设备初始化失败，无法加载应用程序。通过后台登陆寻求设备的错误日志时，设备弹出对话框提示部分文件丢失，无法查看日志。初步怀疑是软件故障，进入bios界面检测硬盘状态，排除硬盘故障。将设备后端拆开，插拔了硬盘和相关连线并安装软件，安装最后一步重启开机，出现相同的故障现象报错代码514。在原厂工程师帮助下，通过系统硬盘外接到电脑的方式成功拷贝日志并进行分析，设备多处提示有“I2C write failure”报错，并且无法检测到前端多个组件。

图4 I2C Write Failure报错截图

根据日志提示，首先考虑系统前端模块：EPIQ5设备是飞利浦一款具有高集成度的机型，主机分为前端模块和后端主机，两者通过Acquisition control board（ACB）电路板实现通讯，同时Power Regulator board（PRB）给前端模块供电。观察ACB和PRB两块电路板，外观和接口阵脚均正常。但是在设备开机过程中，发现PRB上的电压LED指示灯多处未点亮，其中PG、12、-12、-5、+5、3.3 A为常灭状态。观察电源指示灯ATX为常亮状态，通过万用表测试电源输出各电压正常（图5）。此时可以确认为PRB故障，造成前端供电不正常，从而造成设备无法正常开机。

图5 故障情况下PRB电路板电压指示灯的显示

2.3.3 故障分析小结

该故障是一个典型的供电问题，造成设备无法完全初始化开机。开始处理这个故障时，受制于无法拿到系统错误日志，并没有选择硬盘外接电脑的方式获取错误日志，只是根据错误代码和无法进入系统后台的报错，便判定为软件故障，这种判断太过片面，还应尽快确认故障，并维修好设备。

2.4 故障四

2.4.1 故障现象

设备EPIQ 7开机后二维图像正常，在B模式下机，正常操作机器进入多普勒模式增加彩色血流图像正常，但将探头放在人体上摆动位置过程中出现血流干扰（图6）。

图6 故障情况下血流干扰显示

2.4.2 故障原因和排除过程

首先排查电源的干扰，通过将房间里面的所有设备断开逐一进行排查。使用医用滤波稳压电源供电故障未消除。更换房间，接通电源开机检查设备故障仍存在，将各房间的民用设备关闭进行干扰源排查，设备故障持续复现。尝试更换新探头测试，将血流增益加大，故障消失。同时检查故障探头，发现探头线与探头接口位置有拧坏的迹象（图 7）。

图7 故障探头线缆剖析

2.4.3 故障分析小结

该故障是一个典型不易察觉的问题，探头接口处在使用过程中长期处于绷紧的状态，线缆发生了形变，导致内部线缆存在拉坏断裂的可能，致使干扰电磁场被引入图像出现干扰。为减少类似故障，要求操作医生规范使用，并在使用前对探头进行线缆梳理，避免探头屏蔽线与信号线叠放不合理，保持探头HOUSE端和声头端的屏蔽线、信号地线均连通。

3 讨论

随着电子技术发展，彩超设备硬件结构趋向于模块化发展，智能技术趋近于成熟。虽然目前市面上高端彩超设计了很强的自检和故障自诊断能力，厂家也给予了常用故障的维修手册，但是实际上远远不能满足现代医学工程人员维修的需求[15]。本文共列举了4例常见典型的超声故障，分别对应前文提到的3类主要故障：设备开机无显示故障、开机显示错误代码故障以及两类图像干扰故障，其中外部干扰和内部干扰各1例，并对这4例故障进行了详细的分析和处理。通过本文4例故障的分析表明，针对不同类型的故障现象，需要采用不同的分析方法和思路。现代超声系统系统结构模块化的设计，使得超声设备很多时候出现的故障类似，但是由不同的故障原因产生。现代医学工程人员需要有扎实的电子、计算机和网络的相关知识，从最基本的超声工作原理着手，对故障类型进行分类，并依据设计细化故障排查步骤，同时做好每一步排查动作的记录，才能够有逻辑地对设备故障进行分析和判断，而不是依靠简单的错误代码对照表和几次类似的维修案例，就对设备的故障进行盲目判断并立即进行尝试性维修。故障的判断和维修都需要从报错的源头故障进行分析，通过数据流和设备工作原理逐步进行分析，才能尽快确认故障，并维修好设备。与此同时，现代医学工程人员需要不断更新技术知识储备，提高业务水平，锻炼沟通、分析和保障能力，减少超声设备宕机率，增加设备的使用寿命，从而更好地服务于临床[16-17]。