锡鑫CS-2012A-3型体外冲击波碎石机的原理及故障分析

周 伟

尿路结石是泌尿系统的常见病之一，在体外冲击碎石(extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL)术诞生之前，尿路结石唯一有效的治疗方法是手术取石。

1980年第一台体外冲击波碎石机应用于临床。体外冲击碎石机治疗尿路结石具有创伤小、费用低、治疗效果好等优点被广泛应用于临床。

1 体外碎石机原理

体外碎石机主要由组成：①体外冲击波发生源；②冲击波触发系统；③冲击波与人体的耦合；④结石定位系统；⑤治疗床。

1.1 体外冲击波碎石机的心脏部分

冲击波的发生源是体外冲击波碎石机的心脏部分。冲击波是在某一介质中(水、空气等)由于能量的突然释放而产生的高能量压力波。目前冲击波的发生源可分为：①液电冲击波发生源；②电磁冲击波发生源；③压电晶体冲击波发生源。

1.1.1 液电式冲击波波源

用水下电极的尖端通过瞬间高压放电产生冲击波，毫微秒级的强脉冲放电产生的液电效应，冲击波经半椭圆球反射体聚焦后，通过水的传播进人人体，其能量作用于第二焦点，结石在冲击波的拉应力和压应力的多次联合作用下粉碎。液电式冲击波源是一个半椭圆形金属反射体内安置电极，反射体内充满水，当高压电在水中放电时，在电极极尖处产生高温高压，因液电效应而形成冲击波，冲击波向四周传播，碰到反射体非常光滑的内表面而反射，电极极尖处于椭球的第一焦点处，故在第一焦点(f1)发出的冲击波经反射后就会在第二焦点(f2)聚集，形成压力强大的冲击波焦区，当人体结石处于第二焦点时，就会被粉碎。

1.1.2 压电式冲击波波源

压电式是由许多安装在约50 cm球冠上的陶瓷晶体元件，在电脉冲作用下产生压电效应，使晶体快速变形产生机械振动，从而使水介质产生超声冲击波，冲击波在圆球的球心f处聚焦，当结石处于焦点处时，就会被强大的冲击波粉碎。

1.1.3 电磁式冲击波波源

电磁式碎石机是通过高压电容器对一个线圈放电，放电产生的脉冲电流形成一很强的脉冲磁场，引起机械振动并在介质中形成冲击波，经透镜聚焦得到增强而粉碎结石。电磁式冲击波波源可分为平板式和圆筒式两种。

(1)平板式电磁波源是一个中空圆柱体，圆柱体一端有组高频线圈，当高频高压脉冲电流通过时，线圈产生脉振磁场，根据电磁场感应定律可知，靠近线圈前端的平板金属膜就会发生振动，从而使水介质产生冲击波，平行直线传播的冲击波穿过双面凹的声透镜后在透镜的焦点(f)处聚焦，强大的冲击波可把处于焦点处的结石粉碎。

(2)圆筒式电磁波波源是一个圆筒形绝缘体，外壁安装若干组高频线圈，线圈外是一个圆筒形金属振膜，整个装置安放在一个旋转抛物线形成反射体底部，当有高频高压电流通过线圈时，线圈周围产生脉振磁场，根据电磁感应原理，圆筒形金属振膜就会产生震动，从而使水介质产生冲击波，冲击波平行向四周传播，碰到反射体非常光滑的内表面而反射，然后在抛物面的焦点f处聚焦，当结石处于焦点处时，就会被强大的冲击波粉碎

1.2 触发系统

无论何种波源都要求有一套充放电路作为触发系统。交流电经调压器调压后经升压变压器升压，整流后向电容器充电储能。当高压开关导通，电容上的电荷向冲击波波源装置瞬间放电触发产生冲击波。放电时间＜1 μs、电容容量在0.3～1 μF之间、电压在几kV至十多kV。产生冲击波的能量决定于电容储存的能量，根据能量公式E=1/2 CU2，一般情况下碎石机的电容容量是固定的，只要调节电压就能调节冲击波能量的大小。

1.3 定位系统

体外冲击波碎石机的定位，就是要求结石能准确地移动并固定在冲击波焦区范围内，达到有效碎石的目的。目前碎石机均采用医用X射线或者B超进行定位。

1.3.1 X射线定位系统

X射线定位分单束X射线定位和双束X射线定位两种形式。

(1)旋转式C形臂单束X射线交叉定位。C形臂两端分别固定一个X射线球管和影像增强器，C形臂可作以冲击波焦点为圆心的平面转动或球面运动，X射线投影中心经过焦点，把C形臂任意转动两个角度，就可以进行定位。此种定位系统定位清晰、准确、快捷，同时当C形臂处于正投影位置时，可以得到与X线片相同的图像，便于寻找结石，它还可以从多个角度观察结石在碎石过程中的形态变化。

(2)双束X射线交叉定位。双束X射线定位是把两套X射线装置互成一定角度，固定在机器上，双束X射线中心分别经过焦点f，且相交于f点，通过调整结石至f点定位。此种定位因X射线束固定而难以避开有骨骼组织的阻挡使图像质量差，同时其操作步骤繁琐，碎石机造价又高。

1.3.2 B超定位系统

B超定位系统包括B超探头、B超机和探头支架，探头支架除极少数使用机械手外，大部分都是安装在冲击波源旁边，尽管各厂家生产的B超定位方式有差异，但总的原理是一致的。就是使B超探头的中心延长线经过焦点f，并使探头沿着这一轴线伸缩运动，根据已知的探头至焦点距离和利用B超的测距功能，就能把结石准确地定位在焦点f上。

1.3.3 X射线与B超双定位系统

X射线B超双定位是把X射线定位系统和B超定位装置安装在同一台机器上，充分发挥X射线定位和B超定位的优点，可以实现全尿路各种结石的治疗，但操作者要同时掌握两种定位技巧，要求更高，而且机器造价也高。

1.4 冲击波与人体的耦合

冲击波与人体的耦合为水槽式耦合和水囊式耦合。现体外冲击波碎石机大多采用水囊式耦合。

1.5 CS-2012A-3型体外冲击波碎石机

CS-2012A-3型体外冲击波碎石机是一种电磁式冲击波波源的体外冲击波碎石机，它是对平板式电磁波源进行了改进，将电磁线圈和靠近线圈前端的平板金属膜改成一球面，当高频高压脉冲电流通过时，线圈产生脉振磁场，金属膜发生振动，使水介质产生冲击波，冲击波在圆球的球心f处聚焦，强大的冲击波可把处于焦点处的结石粉碎，省去了声透镜，减少了能量的损失，采用水囊耦合、旋转式C形臂单束X射线交叉定位。

2 故障分析和维修

2.1 故障现象一

X射线图像无显示，按下(透视)曝光键，透视计时器有计时也有“滴滴”的提示声音。mA、kv有数字指示，按升降mA、kv键均有变化。

2.1.1 故障分析：拆开影像增强器顶端的电视系统摄像机后，使摄像机的镜头朝向可见的物体，踩脚闸或按控制台上的透视按钮，观察监视器中是否有可见的物体影像，若无则为电视系统有故障。同时观察影像增强器的后输出屏上是否有绿色的可见光线，若无则为X射线发生系统部分的故障。

(1)X射线发生系统部分故障的检修方法：在保证束光器完全打开的方式条件下，在束光器上方放置一个拍片用的暗盒(X线胶片)，并在暗盒上放置一个金属物。调整X射线的mA和kv数值使mA显示为3 mA，kv显示为70 kV，按一下(透视)曝光键后，将暗盒中的X线片进行冲洗。若胶片被曝光并能看到金属物，则为影像增强器的问题。可以检查它的+24 V开关电源供电是否正常，若正常即为影像增强器的问题，更换即可。若胶片没有被曝光，不能看到金属物则为X射线产生部件的故障。X射线产生的两大部件为球管和高压发生器，取下束光器后，通过球管正上方的可视玻璃窗可以看到球管的灯丝是否发亮。如不亮则可以用万用表测量高压发生器上接线柱F0和F1上是否有，＜90 V左右的交流电压，若无则检查保险丝F3=2 A、磁饱和稳压器、R3、R4及其连线是否正常；若有则检查高压发生器阴极高压线及球管是否有问题。用万用表测量P1、P2接线柱上是否有120～300 V的电压，有则检查高压发生器及阳极高压电缆、球管是否有问题，无则检查F1、F6、K1、K3及其连线是否正常。

(2)X射线电视系统部分：电视系统分为CCD摄影像机部分和图像处理部分。图像处理部分是安装在控制台上方的中控器部分，摄像机的供电为中控器内的开关电源，检测开关电源是否有电压输出，有则可以检测一下摄像机上的视频输出线是否接触良好。图像处理部分的检测则可以把摄像机上的视频输出线信号直接接在监视器的视频输入端，观察是否能看到图像，有则为图像储存板的问题，更换即可。

2.1.2 故障维修：本例故障为球管负极高压电缆线插头松动且卡口螺纹损坏，无负极高压输进球管导致无射线输出，更换此高压电缆线，故障排除。

2.2 故障现象二

碎石效果不好。

2.2.1 故障分析：电磁线圈和靠近线圈前端的金属膜需要紧密的贴合。首先检查真空泵工作是否正常，按下面板上的真空泵按钮开关，如不工作则检查220 V电源和真空泵按钮开关；如工作则检查密封情况。密封情况良好则检查电磁线圈是否有击穿现象，如无则检查定位系统是否有尖对尖偏移现象。方法是用随机配置的定位棒插入X线机的定位孔、用随机配置的定位器装到碎石机头上移动到正常工作位置，如有偏移须调整机头的定位螺栓。如果是密封情况不好，拆掉电磁阀到线圈的那根管子，堵上接头试压，如正常则是金属膜破裂，不正常则为电磁阀漏气，更换即可。

2.2.2 故障维修：本例故障为电磁线圈击穿，临床报修不及时导致金属膜破裂。更换电磁线圈和金属膜，故障排除。

2.3 故障现象三

高压升至9 kV(或5.0 kV)，在“手动”“自动”方式下不放炮，计数器有计数指示。

2.3.1 故障分析：高压电源箱200号线(+310 V)有无电压，如无则更换电源A板的保险丝F2=1 A即可。充电电阻R2、R3=20 KΩ/50 W是否完好。拆去高压开关(2)号脚，用尖嘴钳夹住导线接近高压开关(3)号脚，观察是否有放电火花，有则说明触发回路正常，高压开关损坏。

2.3.2 故障维修：本例故障为高压开关损坏，更换高压开关，故障排除。

2.4 故障现象四

高压升至9 kV(或5.0 kV)，在“手动”“自动”方式下不放炮，计数器无计数指示。

2.4.1 故障分析：触发板C板上的发光二级管是否有闪烁的指示。有指示：检查触发板C板上的集成电路IC1(NE556)、IC2(4N25)和三极管BG3(D401 A)是否完好；无指示：检查电源B板上的保险丝F3、F4、F5=1 A是否完好。

2.4.2 故障维修：本例故障为查触发板C板上三极管BG3(D401 A)损坏。

2.5 故障现象五

X线机手/自动不能正常工作。

2.5.1 故障分析：手/自动按键接触不好，J4继电器不得电，集成块CD4013是否损坏。

2.5.2 故障维修：本例故障为J4继电器不能得电，导致手/自动不能切换，原因为集成块CD4013损坏，更换后手/自动切换正常，故障排除。

2.6 故障现象六

X线机无图像输出。

2.6.1 故障分析：高频控制部分是否有保护，有无灯丝电压(F0、F1之间电压)，影像增强器有无电源，摄像机有无电源，束光器的关闭情况，所有与X线机部分相连接的导线(含高压电缆线)，图像处理器即中控器工作情况。

2.6.2 故障维修：本例故障为图像处理器即中控器内部±12 V、+5 V开关电源损坏。

2.7 故障现象七

开机按“高压”、“升压”键，高压显示器无指示。

2.7.1 故障分析：在“高压”、“升压”方式下，观察调压联轴器是否转动，转动：则检查继电器板上的保险丝RDGY=4 A是否完好；不转动：则检查继电器板上的保险丝RD2=4 A是否完好。

2.7.2 故障维修：本例故障为继电器板上的保险丝

RD2=4 A损坏，更换后正常，故障排除。

2.8 故障现象八

按住“高压”按键指示灯亮，同时可以进行升压、降压，手松开“高压”按键指示灯即熄灭，同时也不能进行升压、降压。

2.8.1 故障分析：集成块CD4013是否损坏，三极管BG1(9012)是否损坏。

2.8.2 故障维修：本例故障为更换操作盒键盘印板上的三极管BG1(9012)即可，故障排除。

2.9 故障现象九

按住“进水”或“排水”键可以工作，手松开指示灯即刻熄灭，不能自锁。

2.9.1 故障分析：检查操作盒上的按键开关是否接触不良。检查操作盒中的集成电路IC2(CD4013)或IC3(CD4013)是否完好。

2.9.2 故障维修：本例故障为操作盒上的按键开关接触不良。

2.10 故障现象十

“计数器”“高压显示器”“温度显示器”无显示。

2.1 0.1 故障分析：检查输入电源是否正常，检查电源开关是否打开，检查继电器板上的保险丝RD1=10 A是否正常，检查电源板B板上的保险丝F1、F2、F3、F4=1 A是否正常。

2.1 0.2 故障维修：本例故障为继电器板上的保险丝RD1=10 A损坏，更换后正常，故障排除。

2.11 故障现象十一

在治疗过程中，水囊中的水会自动慢慢减少。

2.1 1.1 故障分析：电磁阀是否有问题，管子是否有破损。

2.1 1.2 故障维修：本例故障为电磁阀问题，拆开排水电磁阀线圈后，清洗阀芯与阀体孔隙之间的杂质，将阀芯中的弹簧拉伸一下或更换，处理后故障排除。

2.12 故障现象十二

按下C形臂控制按键，C形臂只能作垂直方向的旋转运动。

2.1 2.1 故障分析：检查键盘按键是否损坏，损坏则更换。检查限位开关及其连线是否损坏，损坏则更换。检查X线机部分保险丝F2(2 A)是否损坏，损坏则更换。

2.1 2.2 故障维修：本例故障为限位开关损坏，更换后正常， 故障排除。

3 结语

锡鑫CS-2012A-3型体外冲击波碎石机在我院使用多年，临床反映良好。

[1]郝清风，刘新铭.JDPN-Ⅳ体外震波碎石机高压故障排除一例[J].医疗卫生装备，2003，24(9)：63.

[2]周树仁，宣跃云，高俊生.用数字万用表检修KDF-2型体外震波碎石机故障[J].医疗装备，2002，15(5)：57-58.

[3]李延斌.体外冲击波碎石机的发展、临床应用和选购[J].中国医疗器械信息，2007，13(9)：16-20.

[4]万仁谦.液电式体外碎石机保养及维护措施[J].中国当代医药，2010，17(15)：146.

[5]纪美义.体外碎石机故障分析[J].医学信息，2009，22(8)：1667.

[6]尹君伊，杨鸣.体外冲击波碎石机的工作原理及维修实例[J].科技创新导报，2008(33)：72.

[7]吕文标，马桂玲，刘勇.碎石机3例特殊故障的分析与检修[J].医疗设备信息，2005，20(11)：87.

[8]林森财.Lithostar体外碎石机原理与维修[J].医疗设备信息，2006，21(7)：69-69.

[9]陈宏文.多尼尔Lithotripter S型体外震波碎石机故障维修2例[J].医疗卫生装备，2005，26(12)：83-84.

[10]伊朝林.BD8828型超声定位体外震波碎石机的使用与维护[J].医疗装备，2006，19(5)：35.

[11]陈宏文，廖伟光.多尼尔Lithotripter S型体外震波碎石机故障维修实例[J].医疗设备信息，2006，21(10)：84-84.

[12]陈宏文，沈庆贤，刘成山.Lithotripter S型体外震波碎石机超声系统维修二例[J].医疗卫生装备，2004，25(8)：75-75.

[13]林晟捷，李贵良.WD ESWL 91体外震波碎石机频繁停机故障检修一例[J].医疗装备，2003，16(3)：34.