Biplanar500E 型G 型臂X 射线机故障维修

赵博文，魏世奇

（解放军总医院海南医院医学工程科，海南三亚572013）

0 引言

G 型臂X 射线机是适用于骨科、神经外科等外科医学领域的影像设备，相较于传统C 型臂X 射线机，其能够实现立体成像、准确定位等功能，在颈椎、胸椎、腰椎、髋关节等手术中更具有优势。我院现有1 台于2015 年引进的瑞典SWEMAC 公司生产的Biplanar500E 型G 型臂X 射线机。由于骨科手术量较多，设备使用频繁，一旦出现故障，将直接影响临床手术的开展。

G 型臂X 射线机故障可划分为硬件故障与软件故障两大类。其中，硬件故障一般包括高压电路系统、运动控制单元、探测器等故障，软件故障包括图像处理系统、计算机软件系统等故障。高压电路系统的主要功能是为G 型臂X 射线机高压发生器及准直器提供电源支持，其常见故障主要集中在变压器和整流器上，针对此类故障，首先应根据故障现象排查相应模块，然后理清电路结构找到故障节点，最后弄清问题原因、解决故障、完成修复工作。本文介绍1 例由高压电路系统故障导致的Biplanar500E 型G型臂X 射线机正位无法成像但侧位成像正常故障的原因及排除方法，以为类似故障的维修提供参考。

1 基本原理及结构

Biplanar500E 型G 型臂X 射线机主要由两大部分构成，一是主控系统，包括显示器、储存器、系统控制器、计算机等，其主要功能为处理采集到的正位和侧位医学图像，并对影像系统进行控制调节，同时记录和储存图像数据；二是影像系统，包括机架静态部分及相关控制器单元、高压发生器、X 射线管、准直器、数字影像处理器以及探测器等，主要实现术中成像位置调节、术中正侧位影像学成像等功能[1]。该设备具备2 套各自独立的X 射线影像系统，分别安装在G 型曲臂上且相互呈垂直方向布局，能够实现在手术区域实时正位、侧位X 射线曝光成像，可以通过主控系统各自独立或同时成像。Biplanar500E型G 型臂X 射线机工作原理如图1 所示。

图1 Biplanar500E 型G 型臂X 射线机工作原理图

2 故障案例

2.1 故障现象

正位无法成像，报错提示光栅处于未打开状态，无法完成曝光操作，但侧位成像正常。

2.2 故障分析

Biplanar500E 型G 型臂X 射线机的正位、侧位2 个影像系统是独立工作的，因此判定是正位影像系统故障。根据报错提示，判断可能是位于X 射线发射器上方的准直器光栅未打开。拆开正位发射器保护罩，可以清楚看到光栅模块，此时光栅已处于完全打开状态，如图2 所示。

图2 准直器及光栅模块

操作控制台面板上的光栅开合按钮无法使光栅完成闭合动作，使用万用表测量控制光栅闭合的伺服电动机，显示伺服电动机无电流信号。用外接直流电源（12 V）给伺服电动机供电，判断伺服电动机内部线路是否存在问题，此时电动机转动，故判定伺服电动机功能正常。每个伺服电动机旁都有一个位移传感器，用来感应光栅位置状态。使用万用表对其进行检测，回路连通，确定位移传感器并无损坏，因此可以确定是前端供电出现问题[2-6]。

高压发生器与准直器共用一套前端供电线路，故排查前端供电线路状况，发现线缆外观完好，无弯折、破损情况。前端供电线路由控制器电路板和电源电路板组成，用万用表测量发现控制器电路板只有输入电流无输出电流，故决定将控制器电路板拆下检查[7-8]。在断电情况下拆卸控制器电路板时，发现电路板的金属支架过热，根据焦耳定律公式Q=I2Rt（Q为热量，I为电流，R为电阻，t为时间）可以看出，电流通过导体产生的热量与电阻成正比，由此判定应是某电阻值较高的元器件短路致使电流变大，从而引起的温度升高。

2.3 维修过程

2.3.1 电源电路板维修

经过前期一系列故障排查分析，判断问题出在光栅模块前端的电源电路板上，排查时发现电源电路板上有一个变压器的线圈绝缘聚酯薄膜有明显烧灼痕迹，初步判断里面的漆包线存在短路问题[9]。为确定变压器短路是否造成其他元器件损坏，首先用万用表对电源电路板上的主要元器件（如电容、电阻等）进行测量，结果显示其他元器件一切正常，据此可以确定故障原因为变压器线圈短路；然后用烙铁熔化6 个锡焊点位，将故障变压器拆下，为确保线圈匝数不发生改变，截取与旧线长度相同的漆包铜线重新缠绕；最后将修复好的变压器重新锡焊复位，完成电源电路板修复，修复后的变压器如图3所示。

图3 修复后的电源电路板变压器部分

2.3.2 控制器电路板维修

将修复后的电源电路板恢复原位。开机通电后，光栅模块的电动机仍无电流输入，而控制器电路板有电流输入但无电流输出，据此判断控制器电路板也存在问题。发生故障的2 块电路板是相邻零件，相互之间也由多条电导线连接，由此判断控制器电路板故障原因可能与电源控制板变压器短路所产生的大量热量有关。

在对控制器电路板进行检测时，发现位于金属散热支架上的L296P 型开关稳压电源芯片周围存在导热硅脂融化、流失痕迹。在拆卸此电路板时，发现金属散热支架温度过高，可能是电源电路板上的变压器短路故障所产生的高热量经电导线传导至控制器电路板导致。控制器电路板上的L296P 型开关稳压电源芯片受到持续高温影响，致使其与金属散热支架间的导热硅脂融化，芯片本身也由于导热硅脂的流失造成热量累积从而发生损毁。L296P 型开关稳压电源芯片由意法半导体集团生产，属于常见元器件，购买同款芯片后完成更换[10]。至此控制器电路板修复工作结束，将其复位后进行开机测试，光栅模块恢复正常功能，可以完成曝光操作，正位图像成功采集。

3 小结

从本次故障的维修过程来看，在维修相似故障时应做到以下几点：（1）了解设备运行原理，熟悉各模块之间的工作逻辑关系。例如，准直器不仅控制着射线的射出角度及平行度，也控制着射线横截面面积的大小，当准直器的自检通过时，射线才能收到发射指令。（2）利用设备本身设计特点，善用替换法加快维修进度，缩短维修时间。例如Biplanar500E 型G型臂X 射线机正、侧位模块的主要元器件基本一致，当其中一侧出现故障时可以采用互换配件的方式进行故障排查。（3）做好故障记录，完善定期保养。例如正位模块位于整机正下方，距离地面只有10 cm，上盖罩为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile butadiene styrene，ABS）塑料材质，在使用和移动过程中极易发生磕碰，从而使内部元器件发生损坏，因此在定期保养维护中应重点检查。同时可以在不影响射线的情况下，在外壳加装缓冲材料，降低碰撞风险。

综上，做好设备维修及养护不仅可以降低故障率及维修成本，还可以提高维修效率，延长设备的使用寿命，最终确保设备可以高效稳定地服务临床[11]。