麦迪逊X6彩超结构原理与维修案例分析

黄升云，万洲

重庆市涪陵中心医院 医学装备科，重庆 408000

引言

19世纪末，物理学上发现了压电效应与逆电效应之后，人们利用电子学技术产生超声波，从此超声波在医学领域得到广泛研发与实践应用[1]。超声诊断仪就是非常典型的实践应用[2]，现在彩色超声设备已经成为临床诊断各类疾病的关键设备之一。

麦迪逊X6彩色超声诊断仪外形纤巧并融入了麦迪逊经典数字波束生成技术，具有高分辨率、强穿透力和多种先进的功能，可有效集成2D、3D和升级4D成像模式，具有无创、无痛、成本较低的特点，因此在中小型医院临床中有着极为广泛的应用，深受临床工作人员青睐[3-4]。但中小型医院受到其环境和维修能力的限制，设备使用后期故障率较高。产生故障时，目前均采取更换板件的维修方式，基本不进行故障原因分析，增加了医院的维修成本和使用成本；现有的各类文献等资料均少有针对该设备的研究[5]。本文通过对多年维修该机型多台设备的各类故障总结分析，查找故障原因、解决办法等，总结出各类故障出现的概率、成因及预防办法。为医院提供维护和使用指导，减少设备故障率、降低维修成本；为工程师快速查找故障原因及处理故障提供参考，并节约维修支出成本。

1 麦迪逊X6的结构原理

X6彩色超声诊断仪由超声探头、探头接口板、前端处理（Front End Processing，FE）板、心脏波处理（Cardiac Wave Processing，CW）板、包含有后处理计算机单元的后端处理（Back End Processing，BE）板、电源板和显示器等组成（图1）。X6成像原理为：探头接收到电子开关切换前，由发射单元产生经探头阵源，发射到检测物体，经物体吸收后反射超声波，通过探头接口板和EF板（CW板）处理后传输到BE板，经BE板算法处理后输出到显示器[6]。X6彩超在探头通道设计时，将其设计为FE板和CW板两个独立的单元电路板，CW板设置为选配件，因此产生了多种性价比的产品配置，为中小型用户提供了多种选择。

图1 设备结构原理图

2 麦迪逊X6经典案例

2.1 案例一

2.1.1 故障现象

开机屏幕闪亮后黑屏，键盘指示灯亮。

2.1.2 故障分析

根据故障现象，键盘灯指示正常，显示屏闪亮，故障点在显示器电源、主机电源板或显示器。

2.1.3 故障检测及诊断

（1）测量显示器供电电源为24 V，电源正常

（2）本着先易后难的思路，用本机超声工作站显示器做外接显示器，试用正常。判定为显示器坏[7]，X6显示器为15寸LCD液晶显示器，该显示器接口为麦迪逊定制的高清接口（含显示器电源和信号信息等），并通过麦迪逊在显示器内置的定制板，输出给高分辨自动调节显示器[8]。因该显示器价格较高，本着缜密的工作态度，将显示器接在另外一台同型号设备上，故障现象一样，判定为显示器坏。更换一台同型号并正常使用的显示器后，直接显示无信号输入。根据自主绘制的结构原理图（图1）判定为BE板也有故障。

2.1.4 故障处理

同时更换显示器和BE板成本太高，决定自主维修。厂家无维修资料提供，网络和其他渠道几乎无资料供参考。

（1）将BE板拆下研究分析[9]，该板的显示控制输出分两路输出（图2），一路通过CYC65640芯片等输出，经过其转接扩展板供工作站（Q9端子、S端子等输出）和外置显示器（VGA、DVI）信号；一路通过TFP410芯片（支持最高像素时钟为165 MHz，能够满足高清数字视频需求）供麦迪逊专用显示器 。结合BE板图像信号输出结构原理和故障现象分析判定为TFP410芯片坏，更换TFP410芯片后，BE板开机工作正常。

图2 BE板实物图

（2）显示器拆机检修，观察到显示器背光管点亮瞬间灯光偏红，其中两根点亮困难。判断为背光灯管老化（一共4组8根），有两根已损坏，考虑长期稳定性和图像质量，决定更换所有背光管，处理后显示器工作正常。至此设备全面恢复正常使用。

2.1.5 故障小结

事后经分析总结：显示器为高清晰、高亮度显示器，多组灯管老化（少数接近损坏）后会导致控制板电流增大，控制板高负荷运行，直到显示器无法点亮，也间接导致BE板的显示芯片损坏。显示器闪亮为背光灯电流过大后的保护，此故障提醒工程师应在维修中注意到故障的相关性，不能局限于故障的表面现象，以免延长设备的维修时间。

2.2 案例二

2.2.1 故障现象

开机设备无任何反应。

2.2.2 故障分析

设备是在使用中出现异常响声后自动断电，设备再开机后无反应。初步判断为设备供电或设备内保险损坏。

2.2.3 故障检测及诊断

（1）测量设备供电电源为231 V，电源正常。

（2）判断为保险等元件有损坏，先测量隔离电源板输出无电压，拆下隔离电源组件，进一步检测为隔离电源板上保险坏，更换后设备能正常开机，但是超声扇扫区内无回声图像。

（3）拆机检测电源5、12、3.5 V等低压组电压均正常，80 V和97 V高压电源电压为0，无高压电源导致无回声图像。确定电源板损坏。

2.2.4 故障处理

从图5可以看出，随着贮藏时间的延长，游离二氧化硫的含量持续降低，尤其是初期，下降速度很快，基本呈现线性下降。随着贮存时间延长，溶解氧逐渐将游离二氧化硫氧化消耗掉，同时结合态的二氧化硫逐渐分解形成游离态，使得游离二氧化硫呈现稳步降低。

该故障无任何资料可以借鉴。拆下电源板，去除外盖、扇热装置等，结合之前维修该类设备时测量的电压记录对电源板结构及元件研究分析，划分出该板实物功能分布图（图3）。从隔离电源输出的220 V电压经AC/DC电源转换输出300 V直流高压，提供电源板的5组电源能量，5组电源的控制均来自电源监测及控制集成板。电源控制信号通过由控制开关、高频变压器、FQA9N90C开关管（低压电源）、FQA11N90C开关管（高压电源）、保险电阻、 整流管、电阻、电容等组成的开关电源电路，输出不同电压作为设备的工作电压[10]。根据故障现象判断为高压电源坏，检测2个开关管、2个保险电阻、整流管及部分印制板损坏。更换配件和处理印制板后，设备试用正常。

图3 电源板实物图

2.2.5 故障小结

此故障为医院停电后用发电机供电工作1 h后出现的故障，结合之前维修的几例因供电错误或使用发电机供电，导致隔离电源控制板压敏电阻和电源保险损坏情况，测量医院发电机输出电压（280～290 V）。推理为：因电压没有达到压敏的300 V保护电压，电源板处于极限电压的供电状态，长时间运行导致开关电源开关管短路损坏，进一步导致保险、印制板、电阻等元件损坏[11]。建议医院在出现不稳定电源情况时，停止使用设备。

2.3 案例三

2.3.1 故障现象

开机自检时出现花屏死机（图4）。

图4 开机花屏

2.3.2 故障分析

根据故障现象初步判断为系统软件、电源板、主板硬件损坏。

（1）重新安装系统软件，故障依旧。

（2）拆机测量电源板电压正常，判定为主板硬件故障。

（3）X6的软件自检系统由BE板上外插的一块含有CPU芯片、内存条、ARM程序芯片[12]及闪存的工控板（图5），通过BE板母板及麦迪逊专用IDE线（接口和普通计算机IDE一样，但中间有交叉线不能替代使用的）与外置硬盘相接，自检时先启用工控版上的ARM程序芯片里的内置程序[13]，屏幕上显示含有麦迪逊图标的进度条（图6），然后启动计算机硬盘内的软件及接口板等自检程序，屏幕显示第二次进度条。根据故障现象，设备是在加载第一次进度条时出现故障，判定为BE板上的工控板有问题。

图5 BE板内的工控板实物图

图6 自检进度条一

2.3.4 故障处理

拆下该板外盖，发现板上（图2）有水珠、内存条金手指氧化，取下该板做烘干处理，清洁内存条。将处理完的板子安装好后，机器能正常开机，但一会儿机器再次死机。重启多次，观察发现机器在加载第一个进度条时不太稳定，会在不同的位置返回重启或死机，分析可能是由于工控板程序读取不稳定。拆下后取出程序芯片，对芯片管脚和插座进行清洁、烘干等处理后[14]，多次重启设备均能正常工作。

2.3.5 故障小结

分析医院环境，医院机房位于底楼并且房间没有做防潮处理和安装除湿设备，空气太潮湿加之该板发热量大，所以集结大量冷凝水，导致板子部分短路和氧化。建议医院增加除湿设备，保障机房空气湿度与温度。

3 常见案例维修体会与经验总结

笔者所在单位对口支援的医联体单位为10家，X6设备共8台，几年来共维修X6故障设备25次，与BE板有关联的故障设备16台次，电源故障5台次，其他故障4次，详见表1。

表1 常见故障分析、处理及建议汇总

4 讨论与总结

麦迪逊X6因设备外型纤巧，所以板件紧凑且集成度高。现阶段多数研究均采用功能板级处理，未研究板件的结构原理与布局结构。本文通过对多家用户所属多台设备的多台次维修的经验进行研究[15]，分别介绍设备各板件的结构原理、板件内单元电路结构及集成元件工作原理等，总结出：① 图2～3分别划分出硬件故障高发的BE板和电源板的实物功能分布单元图，通过3个维修案例分享，为同行进行元件级维修提供参考；② 该机型BE板故障率较高，其中多数为该板的工控板故障。工控板故障原因普遍为机房的温湿度不合适，特别是笔者所在单位处南方地区比较潮湿，更易引起氧化等导致接触不良，会出现多种故障表象[16]。

现代医疗设备集高尖精技术于一体，彩超也以GE、飞利浦、西门子三家进口设备为代表，这类型设备主要集中于大中型医疗机构，此类机构对设备维修和运行费用有较大的承受力，也有一定的维修能力，更看重设备的开机率，所以多采用更换板件维修。现有文献也多是研究这三家进口设备，研究方多为设备的使用、通过更换设备板子修复设备、设备的日常保养等。本文研究的设备多用于中小型医疗机构，此类机构对设备维修和运行费用承受力有限，故工程师的工作要不限于更换板件、组件的维修，还需研究板件、组件的工作原理与结构。尽量做到元件和板块维修，每次维修后分析故障产生原因并做好记录，通过大数据分析后，为同行快速维修提供参考，为使用单位使用和维护提供指导。