GE 730彩色多普勒超声诊断仪故障维修案例

陈建均，董蕊，韩叶锋

1.慈溪市第三人民医院 设备科，浙江 慈溪 315300；2.慈溪市人民医院 a.放疗中心；b.设备科，浙江 慈溪 315300

引言

彩色多普勒超声诊断仪以其无创、无辐射、实时显示及可重复检查等诸多优点，与X射线、核医学、核磁共振并列为四大医学成像设备[1-3]。现代医院彩超的普及，大大提高了疾病的诊断水平和治疗效果[4]。但随着彩超技术的日益复杂化，彩超设备的高度集成化，给设备科工程师的故障维修也带来了巨大的挑战。在彩超维修领域，因厂家技术保密，设备科工程师的维修能力受到极大限制，维修中虽然能够找到故障原因，但大多以更换大部件为主，不但技术水平无法得到提升，而且医院还要承担高额的配件费用[5-7]。本研究通过分析设备的结构及原理，总结故障发生的可能原因，分步骤进行排查，最终确定故障板件。然后通过故障电路板反读画出电路图，分析电路图确定故障元件，从而实现元件级的维修，大大降低维修费用支出。通过该维修方法，不但可以提高工程师技术水平，还能为医院节省大量的维修开支。

1 基本结构及原理

GE 730彩色多普勒超声诊断仪的架构可以分为前端、后端、电源、外设、机架五大组成部分（图1）[8-9]。前端包括了探头、CPV探头接口板、CPR波速形成板（包含32块CPD发射接收板）、CRW连续多普勒板、CRS信号处理板、CPZ顶板和CPK母板；后端包括了PC电脑组件、CKV多媒体处理板（含DMA直接存取器控制板）；电源部分包括了CPN主电源板、CPP子电源板，其中主电源板由CCF59 V电源生成板和CPY电源开关控制板组成，而子电源板主要提供系统所需的各种直流高压和低压。

图1 系统基本架构

CRS板接收后端成像命令后，控制CPR上的CPD发射脉冲激励信号，通过CPZ连接板和CPV接口板到达指定超声探头，激励其产生超声波进入人体，然后该探头接收由组织反射回的超声信号再返回到CPD板后经过放大、滤波、补偿、A/D转换等处理，再经过CPR母板和CPK母板传输给CRS板作进一步数据处理。CRS将处理好的回声图像数据通过CPK母板传输给PCM组件和CKV图像处理器，最后将处理好的超声图像输出到显示器上显示，由此完成基本成像过程[10]。

2 故障一

2.1 故障现象

闭合ON/OFF开关后，设备开始启动，并且可以正常加载超声系统应用软件，但总是会在中途自动关机，偶尔也可以完全启动并进入到二维扫描界面，但短时间后仍然会自动关机。

2.2 故障分析

通过维修手册和实际电路可以总结出如下开机流程（图2）：当开关机按钮闭合后，CPN收到开机信号输出59 V直流电，通过KVN电缆线经过CPE送至CPP（DC/DC）产生各种直流电压（包括PC机所需的12 V、5 V等ATX电压），PC机得电后开始启动，载入Win 2000内嵌系统，随后加载应用软件并且初始化及检测前端各个硬件，功能检测通过后进入二维界面，整个启动过程完成[11-12]。发生上述故障的可能原因有：① 电源供电不足，主要可能为市电输入电压、主电源CPN、DC/DC电源PPC功率不足，导致自动关机；② 前端板卡有短路导致电源保护；③ 板载PC机组件故障，导致自动关机；④ PC机收到了错误的关机信号。

图2 开关机时序

2.3 故障处理

首先测量市电电压，显示正常，其次观察CPE上的各电压指示灯均为绿灯，并测量各组直流电压均正常，初步排除供电问题。拔掉前端各板卡以及各外设，使PC机以最小系统方式启动，发现启动后并未自动关机，由此可以排除PC机组件自身故障的可能性[13-14]。在回插前端各板卡的测试中发现，只要插上CRS板，就会出现上述自动关机的故障现象。但在更换从正常机器拆来的CRS板后，发现故障依旧，由此维修陷入困境。

在进行多次开关机测试中发现，有时设备能够完全进入二维界面，随后会听到PC机发出“嘀”的一声并开始关机，每次关机也似乎按正常关机序列进行，而并非突然掉电，基于这个现象我们猜测PC机启动后立刻收到了关机信号。使用万用表测量由CPY板输出的关机信号发现，该信号无论在ON/OFF置于哪种状态时均输出高电平（5 V），而正常情况下，只有当ON/OFF置于关机状态下才输出高电平，由此确定CPY的关机信号输出故障。分析检测CPY电路后确定为一个三极管集-射极之间处于开路导致输出始终为高电平，更换三极管后故障修复（图3）。

图3 CPY板三极管故障

3 故障二

3.1 故障现象

彩超开机正常，使用正常，但关机后未等关机程序结束便提前关闭了系统电源，导致操作系统崩溃以及硬盘损坏。

3.2 故障分析

虽然上述故障可以通过重装系统或者更换硬盘解决，但该方法只能治标，已安装系统十余次，并更换了两块硬盘，必须找出根本原因彻底修复。通过查询维修手册和分析实际电路板可以总结出以下关机流程（图2）：当打开ON/OFF开关后，CRS通过KVN电缆线5脚收到来自CPY的关机信号，并向PC机发出关机信号，PC开始执行关机程序，PC机关机后，CPE板通过KVN电缆线的3脚向CPY发送一个关闭电源信号（低电平有效），使CPY切断59 V电压输出，从而完成完整的关机。所以发生故障的可能原因有：① 板载PC机组件故障，错误向CPE板发送关闭电源信号；② CPE板故障，错误发送关闭电源信号；③ KVN电缆线故障，导致信号错误；④ CPY板故障，提前关闭输出。

3.3 故障处理

通过上述分析，首先检查CPY通过KVN电缆线3脚接收的来自CPE板的关闭电源的信号，通过示波器观察此信号，直到电源关闭也没有出现低电平信号，由此得出CPE并没有提前发出关闭电源信号，可以排除PC机组件、CPE板、KVN电缆线的故障，将故障定位至CPY板本身。由于没有电路图纸，所以只能反读电路板画出CPY的核心电路图（图4）。通过分析电路图可以发现，IC1通过R1和C1构成一个延时电路，当ON/OFF开关置于关机位置时（开关打开状态），其VI2脚收到一个低电平脉冲，此时Vo将输出高电平，同时Vcc通过R1向C1充电，在VI1达到2/3Vcc之前若KVN 3脚出现低电平（即PC端已完成关机），则IC1重置Vo输出低电平使IC2停止输出脉冲，即关闭59 V输出。通过R1和C1的标称值计算该充电时间应该在1 min以上，而实际测量发现C1电容明显小于标称值，更换C1电容（图5）后，故障排除。

图4 CPY核心电路图

图5 CPY板充电电容故障

4 小结

在超声设备的维修经验中，我们发现一些故障发生点常常伴有大量灰尘，每当天气潮湿时就容易发生故障，所以适当频率的预防性维护保养，保证设备内部电路板的清洁以及控制空气湿度可以减少相关故障的发生[15-16]。在维修方法上，可以通过维修手册中描述的设备结构和基本原理，帮助我们理解各组件的电气连接及一些板件的功能，并且借助手册中的故障示例判断和解决一些简单的故障[17-19]。对于一些深层次的电路板故障，如本文所涉及的CPY板的故障，因厂家技术保密的原因，没有提供相应的电路图纸供工程师分析判断故障。因此，设备科临床工程技术人员必须要具备扎实的电子电路理论知识和丰富的实践经验，要能够通过复杂的电路板反画出电路图，再通过电路图进行故障分析及判断，从而修复故障，为医院节省维修费用，这也是体现临床工程技术人员职业价值重要方面。