Philips iU22超声诊断系统故障维修实例

山东省立第三医院 医学工程部，山东 济南 250031

引言

Philips iU22是由荷兰皇家飞利浦电子集团于2004年推出的彩色超声诊断系统。凭借智能控制功能以及先进的人机工程设计，iU22超声系统提供广泛的高性能临床应用，包括实时4D成像、语音控制与注解、以及自动化成像优化技术等[1-3]。Philips iU22系统采用先进的高清晰成像和诊断技术，可提供更高水平的诊断性能，主要用于妇科（子宫、附件）、产科胎儿常规、产前缺陷和疾病的筛查诊断、腹部脏器（如膀胱、前列腺、肝、胆、脾、胰、肾等）、小器官（如乳腺、甲状腺、阴囊、浅表器官等）、及心脏、血管的超声诊断和科研工作[4-5]。它可帮助临床医生提高临床检查效率并实现更高自动化控制，同时还具备易用性[6-7]。然而，随着设备使用时间的延长，会逐渐出现一些故障。本文通过介绍Philips iU22彩超的结构（包括前端、后端、控制部分、显示部分、电源部分）组成（图1），根据设备运行原理，对出现的故障现象进行逐步分析和排查，我们希望本文处理故障的方式能为广大临床工程师的日常设备维修工作带来启发。

图1 iU22超声诊断系统的宏观构成图

1 故障案例一

1.1 设备故障现象

设备开机启动，提示“initialize hardware”，开机画面不再往前继续。按键盘上的patient data按键（此按键相当于F1，排除主板CMOS电池故障）后，故障依旧。

1.2 故障分析

首先确定前端启动状态，由于超声机正常工作时前后端有统一的时钟，前端提供时钟的NAIM板先工作，并与后端统一时钟时才可能使设备正常启动。

运行FEC debug用来确定前端PCB的配置（包括部件号），前端asic的版本号，以及采集系统是否存在电源监控故障和硬件配置错误等故障。另外，还能检查电机控制器PCB是否存在，并报告和校验通道板的信号。经运行FEC debug后显示内容确认前端启动正常。继而推测超声机的后端部分出现故障，而超声机的后端部分基本是由计算机构成[8]，超声启动的流程如图2所示。

图2 iU22超声启动的流程图

在超声后端计算机启动中，先初始化硬件加载BIOS，接着启动加载操作系统，再启动超声应用程序使设备进入超声扫描界面。而现在设备启动界面停在初始化硬件的画面，首先考虑计算机正在自检或初始化时出现问题，自检初始化完成的工作内容包括以下三个方面。

（1）加电自检（Power On Self Test，POST）。用于电脑刚接通电源时对硬件部分的检测，功能是检查电脑是否良好，通常完整的POST自检将包括对CPU、640 K基本内存、1 M以上的扩展内存，ROM，主板，CMOS存储器，串并口，显示卡，软硬盘子系统及键盘进行测试，一旦在自检中发现问题，系统将给出提示信息或鸣笛警告[9]。自检中故障分两种：① 严重故障（致命性故障）停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任何提示或信号；② 非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理[10]。

（2）初始化。包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是BIOS设置，主要是对硬件设置的一些参数[11]，当计算机启动时会读取这些参数，并和实际硬件设置进行比较，如果不符合，会影响系统的启动。

（3）引导程序。功能是引导DOS或其他操作系统[12]。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到引导记录会把计算机的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入计算机，在计算机启动成功后，BIOS的任务完成。

1.3 故障排除

对后端计算机进行最小化配置，包括主板、内存、CPU、主板显卡。开机看到初始化硬件界面已经通过，停留在寻找启动媒介的界面。说明被隔离的DSC、UAVIO、副显卡、硬盘可能存在故障位置，导致计算机无法继续启动。逐个替换新的硬件进行排查，发现只有HDD1硬盘更换后，重置软件，系统恢复正常，由此确定为HDD1硬盘故障（该版本的iU22一共三块硬盘，HDD0用来装系统和程序，HDD1和HDD2用来存储图像）。

1.4 小结

在此案例中只有掌握超声设备的构造，熟悉超声设备的启动流程，才能在逐步排查中确定设备故障原因在后端，并用维修计算机的思路，通过隔离排查最小化配置启动系统，逐步安装后端板卡逐一检修，精确定位故障位置，顺利排除故障。

2 故障案例二

2.1 设备故障现象

设备使用过程中间歇性图像异常，腹部探头、小器官探头和经阴道探头都存在这个问题，而且图像分辨率及图像质量下降明显。由于设备出现故障的频率较高，所以捕捉到了图像异常的情况，具体的成像表现如图3所示。

图3 异常的成像现象

2.2 故障分析

多把探头同时出现相同故障可能性极低，所以初步排除探头问题。根据显示异常的图像，推测可能是干扰造成的[13]。为排除干扰，将设备推到其他的楼层的房间，重新启动设备故障依旧。接着对设备进行细致的保养，排除设备内灰尘造成干扰之后，设备故障依旧。此时推断此故障属于成像的问题，包括超声波的发射和接收、图像的后处理[14]。

2.3 故障排除

根据故障表现，首先怀疑设备的通道板Channel board和信号处理板DSC。DSC是负责RF信号的处理；孔径处理等等，处理来自前端的双实时信息流[15]，包括回波、彩色、CPA成像、运动能量成像、组织多普勒成像、PW多普勒、CW多普勒、2D/M模式、彩色M模式，然后将数据发送到主板。多数超声设备都有对设备进行自检的程序，通过设备自检程序可以基本判断设备前端板卡的工作情况。首先做一下DSC信号处理板的 flash测试。在启动应用程序界面按下Ctrl+Alt+R，进入命令窗口，做DSC信号处理板的 flash测试之后故障依旧。

然后测试通道板，设备共有4个通道板Channel board（CB，包括CB0～CB3），每块通道都包含发射控制和波束形成。主要负责信号的发射与接受；完成A/D、D/A转换；超声波信号的滤波和放大等。通过自检程序进行通道板的channel walk测试。该测试的目的是判断是否通道板故障，在测试过程中，发现CB1故障，不能通过测试。联系订购一块通道板进行更换，故障解决。

2.4 小结

在此案例中清楚超声设备的原理和构造，了解设备成像原理可以帮助我们分析故障原因，从而把故障原因定位、缩小，逐级排查从而最终定位故障。学会设备中自带的测试程序也能对我们判断故障有很大帮助。

3 总结

通过两个案例分析维修的过程，对iU22的前端和后端的原理和结构及设备的启动流程都有了一定的了解，在日常遇到类似的故障时可以参考。在维修分析时，应由简到繁[16]，从简单的保养，到排除干扰，再到安装软件，确定硬件故障。后端计算机是超声重要的组成部分，超声设备启动故障的多数原因都在计算机部分，熟练掌握计算机运行原理更有助于故障排除。另外，临床工程师应对超声的工作原理组成部分，功能作用，技术参数及操作过程进行充分学习，才可能及时排除故障，保证超声诊断系统的性能稳定和正常运转。