飞利浦HD15彩超基本原理及故障排查

2013-08-07黄庆丰

中国医疗设备 2013年4期

黄庆丰

广西医科大学第一附属医院设备科，广西南宁 530027

飞利浦HD15彩超（下称HD15）不仅综合继承了HD的iU22与iE33成熟优势，还创新地吸取了磁共振成像与造影成像的技术精髓，使图像显示更快、更精致，拓展了医院超声科对更高诊疗需求的技术职能[1]。本文介绍HD15的基本结构以及工作流程，然后将几种常见的故障进行深入的剖析。

1 HD15的系统结构

与其他超声设备基本原理相似，HD15的系统结构主要由前端电路板箱（E-box）、计算机（main PC）、电源系统等几大部分组成。E-box统称为系统的前端（图1），主要包括：1块DB板（分配板）、1块BP板(底板)、1块AIM板(模拟输入板)、1块ACB板(采集控制板)以及2块FE板(发射接收板)、1块MC板（马达控制板）[2]。

图1 HD15前端超声发射系统

各个板块的功能如下：DB板传输探头控制信号至图像系统，从ACB板接收探头的识别信号。BP板提供FE、AIM、ACB和DB板的连接数据通路。FE发射和接收板，发射的时候形成电子束，并处理接收信号，每块板提供64个通道去接收、发射超声声束，两块FE板一共128个通道数据叠加起来，然后由其中1块FE合成射频数据送到ACB进行处理。AIM板的主要作用是产生主晶振时钟给系统的前端。ACB板用于控制和解调、波束处理，提供成像探头的控制信号，执行前端的图像处理并进行模数转换（ADC），并且通过线缆将前端采集的数字射频信号传输至计算机进行图像的处理。MC板的功能是驱动三维探头的马达。

HD15的电源系统分成两个部分，分别是主电源和计算机电源[3]。外接的交流电压通过主电源输入至设备中，主电源会对输入的220 V交流电压进行电压调节，得到设备各个部分所需要的交直流电压；计算机有单独的ATX电源。整机上电流流程是：在机器外接市电的情况下，主电源只有一组电压输出（110 V交流电压），此组电压通过一条电缆给计算机电源供电，当开机时实际上是让计算机启动，计算机启动后，安装在计算机里面的接口板卡（PCIO）在计算机的驱动下，通过一根线缆经ACB板给主电源一个启动信号，主电源其他各组电压才真正启动，负责HD15的前端，外接打印机以及LED显示器的电源供应。了解各组电压的工作状态和流程，在HD15出现内部供电故障时，对分析故障帮助很大。

2 HD15常见故障方案及维修

HD15的常见故障判断主要有两种方法，我们结合一些例子进行阐述。

2.1 通过开机启动顺序来判断故障的来源

HD15的开机过程大体分成3步：① 仅仅显示“PHILIPS”,这段时间主要完成计算机主板BIOS（基本输入输出系统）的加载，检测计算机内部的基本板块；② 显示“PHILIPS”时伴随下面的滚动进度条，这个阶段开始加载基本的操作系统，如果这个阶段出现故障，我们主要怀疑系统软件是否崩溃；③ 出现蓝色底的飞利浦加载界面，主要用于加载超声系统的应用软件系统。这个阶段是运行应用软件，接收前端各部件进行自检的状态信息数据。由于这个阶段的加载涉及系统的各个组成部分，所以出现故障时我们可以怀疑的方向很多[4]：有可能是电源系统无法提供探头所需要的电压电流；也有可能是由于计算机硬件及超声相关软件的损坏；还有可能是前端电路板故障或前端与计算机之间的通讯出现故障，控制面板的连接故障也会导致系统停顿在这个阶段。系统如果停留在这个阶段，就需要用到后面介绍的第二种故障判断方法。

例如，机器自动重启，一开始是正常使用过程中偶尔出现，后来现象越来越频繁，最后发展到在开机的过程中也会出现重启，毫无规律。经分析得知，机器的重启通常是由电源和软件系统的不稳定引起（也包括负载过重原因引起的电源断电重启），从尽量简单的处理原则出发，重装软件系统，故障依旧；接下来重点排查电源部分，根据以上分析得知，计算机的ATX电源输入电压是从主电源来的，因此尝试不经主电源直接给计算机供电，发现故障仍没有改变，由此基本确定，故障出在计算机部分（由以上介绍的工作原理分析得知，只要计算机正常，就算主电源、前端、键盘等部分有故障，机器也应运行通过前两步后停留在第三步界面而不会重启），更换PC电源后机器恢复正常。

2.2 通过查看系统日志判断故障来源

HD15停留在第三步（应用软件加载界面），可以怀疑的故障原因很多，所以要用系统日志来辅助故障排查。在此之前，需要先进行计算机部分可靠性的测试，因计算机的故障也会使机器停在第三步；另外稳定可靠的计算机系统会让日志的内容更准确。由以上HD15的工作原理分析可知，计算机和前端、主电源之间的工作是联动的，因此可以采用隔离前端的方法，让计算机单独工作，确认计算机本身是否有问题[5-6]。具体做法是：关机状态下断开前端和计算机之间的连线（让计算机单独启动），开机后，在刚进入应用软件加载界面屏幕下方出现“U”提示符时按下“Ctrl+Alt+S”键，进入超声模拟方式。在此方式下，如显示屏内能出现超声区，且超声区回波能随“二维”“深度”等功能键的控制，就能判断计算机软硬件功能是正常的。如在超声模拟界面下无可调的超声区，可判断计算机出了问题。计算机结构和普通的PC类似，内部软硬件故障的具体排查是较通用的方法，在此就不一一阐述。我们把重点放在非计算机的故障点分析排查上，就需用到日志辅助排查。

HD15是基于Windows XP操作系统，所以我们可以利用Windows附件中的事件查看器（Event Viewer）来查看系统错误日志（Event Log）。具体做法是：在刚进入应用软件加载界面屏幕下方出现“U”提示符时同时按下“Ctrl+Alt+R”键，进入系统的测试（TEST）模式，在测试模式下我们可以将系统的日志下载至U盘之中，用Windows自带的事件查看器打开进行分析。下面我们针对几个具体的案例加以分析。

（1）HD15开机启动后停留在第三步，检测发现主电源各组电压正常，排除计算机故障后，下载日志分析。系统的报错显示“system communication failed”（系统通信不正常）。根据上面提到的HD15的工作原理我们可以知道，前端和PC之间的通信是由ACB板负责，通过一根线缆与计算机之间完成，如果出现连接失败，就会使计算机在开机加载应用软件时得不到前端的数据回复，出现通信失败的故障，经万用表测量，线缆正常（内部无断线），最后更换ACB板后故障解决。

（2）HD15开机启动后停留在第三步，对主电源的各组电压进行测量，±5 V、±12 V、±100 V、48 V输出正常，只有正负高压（HV）偏低，为28 V。怀疑彩超的主电源出现故障，结合下载的日志进行分析：发现“Field service Text：HV calibration failed； HV time-out；”（机器自检：探头供电的高压不正常；HV值偏低），基本确认是机器的主电源出现问题，更换主电源后问题解决。

（3）HD15开机启动后停留在第三步，经测量，主电源的各组电压输出正常。隔离前端法确认计算机的软硬件没故障，重点怀疑前端的电路板有问题。我们仍然采用同样方法下载日志进行分析，发现“m3d motor：The motor controller reported error”（三维探头：控制板异常），三维探头或三维专用的马达控制板出现故障都会引起这个现象，更换三维马达控制板，机器正常。

（4）HD15开机启动后停留在第三步，经测量，主电源的各组电压输出正常。隔离前端法排除计算机故障，下载日志看到信息“ADC conversion failed”（模数转换失败），更换负责此功能的ACB板后机器正常。