GE Alpha RT 乳腺钼靶X 射线机故障检修及改进探索

冯 军，王雅军，韩 辉

（1.西安医学院第一附属医院设备供应科，西安 710077；2.陕西省肿瘤医院医学装备部，西安 710061）

0 引言

乳腺钼靶X 射线机是一种低剂量软X 射线拍摄人体乳腺的诊断设备，能清晰显示乳腺各层组织，可观察到小于0.1 mm 的微小钙化点及钙化簇[1-2]。钼靶X 射线机乳腺检查技术是早期发现、诊断乳腺癌最有效和可靠的检查方式[3]，被誉为国际乳腺疾病检查的“金标准”[4-5]，已成为公认的乳腺癌临床常规检查和乳腺癌预防普查的最好方法之一[6]，对发现早期癌症，提高乳腺病变诊断符合率和患者的生存率意义重大[7-9]。

GE Alpha RT 乳腺钼靶X 射线机是美国通用公司制造的一款高质量X 射线乳腺成像设备，主要用于乳腺癌筛查和乳腺疾病的诊断，其主要特点是对患者乳腺定位方便，采用了旋转双角阳极X 射线管和高频调谐发生器[10-12]。该设备国内装机量少、体积小、集成度高，操作简单但检修难度大，维修耗费时间长且费用高昂，致使原厂售后及第三方公司工程师不愿意上门维修。我院于2012 年底购进该设备，近几年故障频发，严重影响医院工作。因此，本文就近年来出现的3 例故障的原因分析、故障检修及电路改进措施进行说明。

1 故障检修及改进

1.1 故障一

1.1.1 故障现象

按下制动解除开关，C 型臂无法旋转，且控制显示器无故障代码提示。

1.1.2 故障分析

查阅设备说明书可知，该设备C 型臂在垂直位置，按下制动解除开关可解除制动，C 型臂可旋转，其范围为135°～（-180±5）°。松开此开关，C 型臂制动。该设备共有5 个制动解除开关，分布在机头、机架两侧和机架底部。该设备主控部分外观及控制单元组成图如图1 所示。故障出现后，按任一个开关，均不能解除C 型臂制动。判断故障位于C 型臂制动控制电路，且控制显示器无故障代码提示。关机后，可听到电磁铁释放的声音，此时C 型臂可旋转但无法锁定。综合分析C 型臂制动解除的工作原理为：开机后，固定C 型臂的电磁铁工作，使其制动。按下制动解除开关，电磁铁释放，C 型臂可旋转角度，松开制动解除开关，固定C 型臂的电磁铁工作，使其制动。因此可判断故障是按下制动解除开关电磁铁不能释放导致。针对此问题，应重点检查电磁铁控制电路。

图1 GE Alpha RT 乳腺钼靶X 射线机主控部分外观及控制单元组成图

1.1.3 故障检修

拆卸机头外壳，顺着5 个制动解除开关接线查找电磁铁控制电路。电磁铁控制电路位于主机箱内，打开主机箱两侧的面板，可见箱内主控工作电路，通过侧面板提示可知其分为4 个控制板，与立柱、机头连接件等构成主工作电路。为便于检修，将两侧面板上的紧急停止开关接线去掉（一边一个），用短接线短接（便于开机检修），取下2 个侧面板，查找电磁铁控制电路。该设备主控部分内部结构图如图2 所示。将机器开机再关机，通过电磁铁吸合声音找到其所在位置，通过其接线找到电磁铁控制电路。根据侧面板提示该电磁铁控制电路即电磁铁线圈的电源供电板。经测量该电路板上的熔断器均完好。根据其板上的标识，用万用表分别测量24、18、15 V 交流电压以及TP1～TP8 测量点均无异常。由说明书可知，F1 熔断器控制的24 V 交流电压为电磁铁线圈供电。拆下此电源供电板观察，发现大功率三极管V8（型号BDX33A，极限工作电压60 V，最大电流允许值10 A）变色，用手触摸其明显发烫，有焦煳味。经检测发现其CE 极击穿，静态检测周围原件无异常，更换V8 后开机，测量其集电极电压为34 V，设备恢复正常。工作10 min 后，又出现相同故障，V8 的CE 极击穿，说明电路板仍存在故障。采用计算机绘制该电路图[11]（如图3 所示），其工作原理为：当按下制动解除开关，即X2 插头的2、5 脚短接，V8 的基极接地，其BE 极截止，V8 截止，电磁铁断电，C 型臂可旋转；当松开制动解除开关时，V8 的BE 极正偏，CE 极反偏，V8 导通，电磁铁吸合，C 型臂制动。测量V9、R10、V10 均与该板上的标识数值相符，电磁铁两端的阻值为8.5 Ω，用手触摸无发热现象。可能存在的故障有：（1）更换的V8 性能不良；（2）电路还存在其他故障；（3）电磁铁可能有匝间短路故障。因电磁铁为专用电磁铁，无法购买，后用替代法更换了V9、R10、V10 3 处元器件，并将V8 用BDX33B（PNP 型达林顿双极功率晶体管，极限工作电压80 V，最大电流允许值10 A，与BDX33A 相比最大耐压值更大）代替。后检查电路板无其他故障，测得电源供电板全波整流电压为34 V（即V8 集电极电压），正常，试机无异常，交付使用科室试用1 d 后V8 CE 极再次击穿。

图2 GE Alpha RT 乳腺钼靶X 射线机主控部分内部结构图

图3 电磁铁控制电路工作原理图

1.1.4 故障改进

分析导致V8 CE 极击穿的原因有：（1）V8 导通时的电流过大；（2）V8 的CE 极反向电压过高。为了减小电流和分压，在V8 的集电极与全波整流输出之间接一个限流电阻R（其改进原理图如图4 所示），对Ib进行限流（全波整流输出电压UR4不变，R 与R10 串联，使Ib减小），同时也能对Ic限流（Ic=β×Ib，式中，β 为V8 的电流放大倍数，当V8 确定，β 为定值），当V8 导通时，限流电阻R 有电流经过，会产生一定的压降，从而使V8 CE 极两端的电压减小。但只要电磁铁能吸合且C型臂无法旋转即满足要求。通过测量电压、估算和试验，当选用4.7 Ω 限流电阻时，电磁铁吸合良好且V8不再出现过热现象，改进后的电源供电板如图5 所示。此时按下制动解除开关，测量TP1 电压值为19 V，低于侧面板标注的27 V，大大降低了V8 CE 极反向击穿的可能。装机后使用至今约1 a，设备运行正常。

图4 电磁铁控制电路改进原理图

图5 改进后的电源供电板

1.2 故障二

1.2.1 故障现象

X 射线视野定位灯（以下简称“视野灯”，欧司朗品牌）不亮，更换后压迫板只能升不能降（电动），且控制显示器显示故障代码E.10（如图6 所示）。

图6 控制显示器显示E.10故障代码

1.2.2 故障分析

根据说明书故障检查代码指南提示：E.10 的故障原因为“压迫板测量错误”，校正措施为“将压迫板驱动到上位，再驱动到下位，致电维修中心”。该设备压迫板把乳房压迫在盒架上，其驱动方式有2 种，一种是通过脚踏开关驱动电动机转动使压迫板上下运动，另一种是通过手动旋钮旋转驱动。在本故障中，手动控制正常，脚踏开关驱动时压迫板只能升不能降。按提示的故障校正措施操作，故障未排除。经咨询使用科室的工作人员得知，视野灯坏之前，压迫板工作正常。因此分析故障应出在视野灯工作电路，而压迫板测量电路故障概率较小。

1.2.3 故障检修

取下视野灯，将设备开机，E.10 故障提示消失，经查对视野灯与原灯设计参数一致（均为12 V、50 W）。更换同规格灯再试，故障并未排除。检查视野灯工作电路：正常情况下，该灯除了单独控制开关可控制其工作外，还受控于脚踏开关。脚踏开关（如图7 所示）主要是用于控制压迫板升降。当压迫板上升，视野灯不工作；当压迫板下降，视野灯与其同时工作，目的是便于操作人员观察，以免夹伤患者乳房。更换视野灯后，脚踏开关只能控制压迫板上升，用脚踏开关控制压迫板下降时，视野灯工作而压迫板不能下降。在维修过程中发现当用手托住压迫板并给予一定的向上托的力时，踩下脚踏开关压迫板能下降，说明驱动其下降的电动机负荷不足。通过接线可知压迫板驱动电路受主板CPU 控制，且和视野灯为同一个18 V 供电（即压迫板驱动电路和视野灯并联，供电电压为18 V）。因此推断是由于新更换的视野灯电阻值小，拉低了其两端的电压，导致并联在该视野灯两端的压迫板驱动电路电压下降，工作电路电压降低，从而影响到压迫板正常运行。由于此设备结构的原因，无法直接测量驱动电动机的工作电压，尝试用小功率的国产灯（12 V、30 W）代替，目的是增大灯丝电阻，减小回路电流。开机观察，故障仍未排除。

图7 控制压迫板升降的脚踏开关

1.2.4 故障改进

因功率在30～50 W 的视野灯电阻的值增大不足1 Ω，经认真分析和测试电压后决定采用试验的方法，在视野灯上串联一个大功率4.7 Ω 的电阻，开机观察，E.10 故障代码不再显示，脚踏开关控制压迫板正常工作，但视野灯亮度很暗。一段时间后电阻过烫。分析认为，在视野灯的串联回路中，当电流不变时，电阻越大，两段电压越大，功耗就越大，电阻发烫严重，说明串联的电阻值偏大。于是反复试验，最终用2 个5 W、2.2 Ω 的电阻并联再串联到视野灯工作电路中，目的是减少电阻值，加大功率耐受且保证同规格的电阻并联不易损坏。此时开机运行，灯泡亮度正常，用手触摸电阻微微发烫，为了增加安全系数，将串联的2个并联电阻用导线引出，加装至机头后部风扇近处以改善散热，设备故障排除。改进后的视野灯实物图如图8 所示。

图8 改进后的视野灯实物图

1.3 故障三

1.3.1 联锁故障1

1.3.1.1 故障现象

开机后，能听到电磁铁的吸合声，控制显示器面板无任何显示，无法调节参数和选择正常操作程序。

1.3.1.2 故障分析

由于控制显示器面板没有显示，无法参考说明书故障代码提示，判断应为外电源及设备电源电路故障或显示电路故障。

1.3.1.3 故障检修

检查外部供电及主机熔断器，均正常。打开主电源和机架前面板开关均有声响，电源指示灯亮且有电磁铁的吸合声，C 型臂工作正常，说明该设备电源电路基本正常，只是某部分电源或部分显示电路故障，根据故障一检修的经验，直接打开主机箱两侧的面板，开机测量电源供电板TP1～TP8 的电压，其中TP7接地，TP1 为电磁铁控制电压。经测量TP4、TP8 电压为0，与侧面板标识不符（正常分别为24、10.5 V）。由此可判断是电源供电板发生故障，将设备关机，经查F2（5 A）延时熔丝管坏，需谨慎更换。所以拆下电源供电板，用万用表检查此电路，经查无可疑原件损坏，更换后发现熔丝管与熔丝管座接触太松，用尖嘴钳夹时，熔丝管座卡片断裂且有打火的痕迹，更换熔丝管座后开机，测量TP4、TP8 电压恢复正常，此时控制显示器恢复正常。说明延时熔断器损坏是由于熔丝管与熔丝管座接触不良造成[13]。

1.3.2 联锁故障2

1.3.2.1 故障现象

联锁故障1 排除后，检查主机功能时，发现除该设备机架只能降不能升外，其余组件工作正常，同时控制显示器无故障代码提示。

1.3.2.2 故障分析

该故障与上述排除的故障无关。机架（即含C 型臂和侧面板所在的运动部分）运动是由电动机驱动的，其控制键（即机架升降开关）分别位于X 射线管、C 型臂两侧和手柄下方等5 处，且与制动解除开关为一组。在C 型臂倾斜时，按压上述5 处位置的任意机架升降开关，机架均只降不升。另外，说明书还特意注明，若选择国家代码16（澳大利亚），垂直运动在完全解除压迫后开始。若选择国家代码12（英国），垂直运动将在压迫过程中被禁止，完全解除压迫后可开始垂直运动。其他国家代码未说明。经咨询工作人员，该设备在使用中垂直运动不受压迫板影响，而本次故障中机架只能降不能升即只能完成垂直运动的一半功能，因此不考虑压迫板电路的原因，故障可能在机架升降控制电路中。据说明书及侧面板框图提示分析垂直控制电路的工作原理：向上按机架升降开关，接通上升控制电路；向下按机架升降开关，接通下降控制电路。通过继电器切换分别实现正、负电压，使电动机正、反转完成机架升降。

1.3.2.3 故障检修

通过侧面板提示，找到机架升降控制电路板。开机，向下按机架升降开关时，可听到驱动板继电器有吸合声，红指示灯闪亮，有电动机转动声。向上按机架升降开关，未听到继电器有吸合声，未见指示灯闪亮，无电动机转动声。因此判断机架升降控制电路板中的上升控制电路故障，因该设备机架升降控制电路板的技术结构复杂、空间狭小、连线交叉缠绕，仅有侧面板框图，仔细分析观察，决定从机架升降开关接线入手。拆开机头，可见5 个机架升降开关，按两侧分3 组分别接入X42、X41、X43 转接头，其中X41、X42、X43 每个接头有5 根线（含制动解除开关的2 根线），各接头对应颜色相同。通过按制动解除开关，用万用表测量通断可判断出制动解除开关接线为白线和蓝线2 根，剩下的3 根线是机架升降开关的接线，其颜色分别是黄色、橙色和紫色，顺着X41、X42、X43 转接头三色接线找到其接到机头后部X31 的转接头（2 组，6 根线），通过X31转接头接至X20 转接头，在X31 和X20 转接头之间实现了5 个机架升降开关接线的并联，输出黄色、橙色、紫色3 根线进入主控板。因无图纸，只能根据接线排查，根据导线走向判断3 根线不是接到机架升降控制电路板，而是接到CPU 控制板X4 插排上，而且该插排有粗细一致的黄色、橙色、紫色线。拔下CPU 控制板X4 插排，通过万用表测量X20 与X4 插排这3 根连线，发现其中有一根橙色的接线不通（即此导线断路）。为了进一步确认，若要按线直接排查过去，需要拆掉机头、球管和整个机架（如图9所示），加之设备使用年限较长，故障频发，若贸然拆卸恐怕会导致新的故障。因此为了确保安全和设备能正常运行，采用试验的方法检修。

图9 机头与主控板内部接线图

1.3.2.4 故障改进

外接引线替代损坏的导线，用试验的方法确认。具体做法为：将X20 的橙色接线靠主控电路端剪断，外接引线到设备外部并剥出铜线，在X4 插排上将靠机头方向的线剪断，接引线到设备外部并剥出铜线（长度以能接上述引出的2 根导线为宜）。通电开机，向上按机架升降开关，用瞬间触碰的方法让2根导线接通，观察设备情况，当接通的瞬间，机架升降控制电路中的继电器有吸合声，指示灯闪亮，同时机架动了下，无其他异常。延长接通时间，发现机架向上运动，即设备恢复正常状态。接通后观察，无其他不良后果。最后拆除连接线，在设备内部X20和X4之间单独穿一根导线替代损坏的导线，无需拆卸，故障排除。

2 小结

医院工程师在维修进口大型医疗设备时，通常无设备电路图，仅有操作手册和故障代码提示说明。如何在短时间内判断故障范围，找到故障原因，高效修复设备，是医学工程科同仁们必须要面对的现实问题[12-14]。从GE Alpha RT 乳腺钼靶X 射线机3 例故障案例的分析[12]、故障检修和电路改进的整个过程中可得到以下启示：（1）维修进口大型医疗设备时，根据故障现象及问题提示（或代码）快速咨询设备生产厂家或代理公司的售后技术支持，缩小故障检查范围，明确问题所在。若无法达到目的，必须查阅操作说明书中的故障提示或代码，了解故障可能的原因，判断故障的部位，缩小检查范围。（2）快速咨询设备操作人员设备故障前的工作状态，了解故障后的表现，有针对性地了解该部分的工作原理，分析故障原因。（3）综合运用常规维修方法和检修流程的同时，充分利用设备随机操作说明书以及设备电路板上及机盖内侧的各种标识信息，为检修提供参考。（4）当采用常规维修方法无法排除故障时，在符合设备工作原理的情况下，对相关电路加以改进也是一种可行的解决方案[15]，但前提是一定要慎重，最好是有经验的高年资或具有高级职称的专业工程师参与，经充分论证，在保证设备、人员安全的前提下，同时在满足设备的主要性能及参数的情况下，可对电路进行改进，使设备恢复正常，发挥应有效能，继续为患者提供检查服务。