由移动式C臂机三例典型图像故障探讨设备的维修流程与方法

2018-08-09陈基炜黄圣雁

中国医疗设备 2018年8期

陈基炜，黄圣雁

1.昆山市中医医院医学工程处，江苏昆山 215300；2.苏州大学医学部公共卫生学院，江苏苏州 215123

引言

移动式C臂机（单C臂）是一种通过对照射部位显影来辅助临床诊断和治疗的一种医疗设备，可以直接用于术中定位、检查术中复位的效果以及配合各种微创手术等医疗活动[1]。在X线透视引导下的手术具有操作简单、时间短、出血量少、恢复快、精确定位等优点，使手术更加透明简便，进而缩短了手术时间，减少了传统术中出血性的损伤，提高了手术的安全性[2]。由于C臂机具备连续与脉冲透视、摄影、减影和血管造影等功能，故广泛应用于临床骨科手术[3-5]，泌尿外科术中定位[6-7]，肿瘤治疗穿刺[8-9]等医学治疗。

移动式C臂机的结构基本上由C臂推车系统，显示器推车两部分组成（图1）。C臂推车系统主要由C臂主体、球管/高压模块（集成了单焦点球管、高压发生器和准直器系统）、成像系统（包括影像增强器、摄像机、成像电路）、控制和显示面板、水平支撑臂和可升降支架组成；显示器推车由主车体、射线指示灯、实时显示器（显示器A）、参照显示器（显示器B）、电缆/信号连接线（放置于显示器推车背面）、图像后处理模块等共同组成。不同型号C臂机结构可能会有所差异，但大体结构基本一致。电缆/视频连接线的一端固定在显示器推车上，另一端为可拆卸端连接至C臂机推车系统，实现为C臂机提供电源，传输信号的作用。目前除临床应用外，对于C臂机的研究资料多集中在C臂机操作过程中的放射防护[10-13]和设备内部电路维修[14-19]两方面，尤其对于C臂机术中图像出现故障的报道极少，且现有资料也未对图像故障方面维修流程进行归纳分析，本文正是基于C臂机三类典型的图像故障进行分析，归纳总结出发生C臂机图像故障时通用维修判断思路。

1 三例C臂机图像方面的典型故障和维修

1.1 典型故障一

1.1.1 故障现象

岛津WHA-200型C臂机，曝光时射线指示灯正常，有曝光指示声音，显示器A无图像，无行场消隐信号，显示器B有患者图像。

图1 C臂推车系统和显示器推车的结构

1.1.2 故障分析与查找

C臂机曝光指示灯与提示声音均正常，且显示器B有患者图像，说明有X射线，随即排除球管/高压模块。显示器A无图像，对调显示器A与显示器B的视频连接线，对调后显示器A有图像、显示器B无图像且无行场消隐信号，说明通向显示器A的视频连接线A无信号源,故排除显示器A故障；追溯视频连接线A至图像后处理模块monitor I/F板的LCD接口，使用万用表通档测量视频连接线A两端为通路，排除视频连接线A故障。再次追溯视频连接线A的信号源LCD接口，发现monitor I/F板的输入信号仅为J121视频线，输入端为MEM1接口，输出端为LCD接口。由于monitor I/F板的存在，不确定到底是J121无信号还是monitor I/F板故障，故再次使用替换方法，将显示器B的视频线J122连接至LCD接口，显示器A出现图像，说明monitor I/F板正常，视频线J121无信号。J121直接通过电缆/信号连接线一直通到C臂机推车系统摄像机系统输出的memory out1接口，而使用万用表通档测量J121接口A与memory out1接口的通断，发现其断路，初步判断故障原因为memory out1接口至信号源接口A之间视频线断路，再进一步排除C臂机机架内memory out1接口至电缆/信号连接线接口线路非断路状态后，使用万用表通档测量电缆/信号连接线两端信号源A的输入与输出针脚，发现断路，故判定电缆/信号连接线中的视频线断路，导致显示器A无图像且无行场消隐源的结论，视频传输线路，见图2。

1.1.3 故障处理

由于电缆/信号连接线为显示器推车的一部分，承担提供电源和传输信号的功能，属于易损耗配件，厂家订配件周期较长，会进一步影响临床使用，故先行使用长度超过5 m的视频线外接以恢复C臂机功能，将5 m的视频线一端连接至C臂机推车系统摄像机系统输出的memory out1接口，另一端直接连接至显示器A，开机后显示器A恢复行场消隐信号，曝光时显示器A有患者实时图像，机器恢复正常使用。

图2 岛津WHA-200移动式C臂机视频传输线路

1.1.4 经验与教训

王雅丽等[20]指出在维修C臂机时经常遇到C臂推车系统和显示器推车之间的电缆/信号连接线出现问题,其中电缆/视频连接线更容易发生断线现象。因该连接线本身设有屏蔽层,线径较粗或硬度较大,在操作C臂机架时易因转动或牵扯动作而引起断线。尤其是在连接插头和插座的焊接处,在拉动和插拔时会产生较大的扭矩,对于线径较粗、硬度较大的导线极易引起虚焊和脱焊。且C臂推车和显示器推车连接的电缆/信号连接线经常插拔容易磨损，久而久之插头及插座之间会发生接触不良现象引发其他故障。应引起维修人员和操作人员的注意。

完成维修后分析导致故障的原因，电缆/信号连接线为多芯线且外包裹较厚的橡胶保护层。视频线也在多芯线中被橡胶保护层保护，仅有传输信号的作用，通过的电流不会太大，不大可能发生故障；故其断路的原因怀疑为外力导致电缆/信号线发生多次形变，以至视频连接线纤芯金属疲劳性加大发生断裂。而追溯外力的来源，发现手术室在使用C臂机时将C臂推车系统推至手术床部位曝光，而显示器推车移至手术间外，由于医护人员担心X射线的有害影响，曝光时关闭手术室门，但忽略了手术室门对视频/电缆连接线的撞击作用，多次撞击导致电缆/视频连接线中视频线断裂。将导致故障的原因与手术室医护人员进行沟通，建议使用时将C臂推车系统和显示器推车均放置在手术室内，延长曝光脚闸控制线，避免电缆/视频连接线受到手术间外门的外力撞击。

1.2 典型故障二

1.2.1 故障现象

岛津WHA-200型C臂机使用时，患者体位拍摄图像边缘模糊，待维修人员赶到时查看测试图像边缘清晰，再次建议医护人员使用，使用中依旧出现图像边缘模糊的现象，维修人员第一时间赶到现场进行查看，确认图像质量较差影响临床使用进行撤机。

1.2.2 故障分析与查找

根据该故障现象，首先详细询问使用的医护人员，排除医护人员不会操作C臂机、曝光条件设置不正确的情况。后仔细分析医护人员与维修人员两次不同的曝光条件与C臂机摆位的位置，发现临床使用C臂机时多用球管在下，增强器紧贴手术部位的摆放位置；而维修人员多习惯使用球管在上，增强器在下的测试位置。结合C臂机有图像和不同C臂的摆放位置导致的故障，排除球管/高压模块故障，初步判定为成像系统故障。而成像系统存在3个怀疑点：影像增强器，摄像机与成像电路，需拆开成像系统外壳进行进一步的判断。拆开成像系统外壳后开机通电，成像电路电源指示灯显示正常，结合有图像的现象，再次排除成像电路损坏的可能性。继续将摄像头拆下，使用万用表测量为摄像头提供电源的+24 V DC正常，摄像头连接的视频信号线接口并无松动，考虑会不会因摄像头自身光圈不能放大或者缩小而导致图像模糊，关机重启设备，查看摄像头光圈复位过程，发现光圈由初始状态调整为最大，再变换为最小，故也排除了摄像头光圈导致故障的可能性，摄像头光圈，见图3。最后怀疑影像增强器故障，使用万用表测量影像增强器供电电压+24 V DC正常，放置物品进行测试曝光，影像增强器输出端有放置物品缩小版的绿色荧光影像，依照此现象，判断影像增强器也属正常？导致维修一度陷入僵局。

图3 摄像头光圈

后结合故障现象仔细进行分析，认为故障现象与C臂机摆放位置存在重大关联，理应改变C臂机的摆放位置进行测试。将测试物品用胶布绑在影像增强器输入端，使用影像增强器在上、球管在下的操作摆位进行曝光，影像增强器输出端显示出了异常，不仅放置物品缩小版的绿色荧光影像模糊不清，且影像增强器输出端频繁闪烁绿色荧光，见图4。故判断影像增强器故障，怀疑增强器中间级某一栅极短路，导致到达阳极的加速电子不足，绿色荧光影像模糊不清。

图4 影像增强器故障时输出端频繁闪烁绿色荧光

1.2.3 故障处理

更换一套新的成像系统，包括影像增强器，摄像系统等，更换成像系统后故障消失，C臂机恢复正常使用。

1.2.4 经验与教训

C臂机修复后分析产生故障的原因，根本原因为达到增强器阳极的电子数目不够，图像模糊；而直接原因则为增强器中间级某一栅极短路，造成中间栅极未对增强器内全部电子进行有效加速，导致图像模糊。而增强器内栅极为固定，一般不易脱落短路，故怀疑影像增强器受到了外力冲击，导致某一栅极脱落。后查看成像系统外壳，确认外壳有多次碰撞的痕迹。在C臂机完成修复后，维修人员随即与手术室医护人员进行了沟通，阐述了故障发生的原因，要求今后在使用或移动C臂机的过程中，使用人员需慎之再慎，防止C臂机遭受外力碰撞。

回顾整个维修过程，认为有两点值得吸取的教训，一是维修人员在接到报修后现场查看时，应严格按照发生故障时C臂机的曝光条件和C臂摆放位置进行勘察，必要时在接到故障报修时应第一时间赶赴现场进行故障查看与排除；二是在维修过程中，除了解C臂机的工作原理、查看技术资料，按照逻辑进行分析外，也需考虑使用中的曝光条件、摆放位置、环境等一系列因素。

1.3 典型故障三

1.3.1 故障现象

岛津WHA-200型C臂机使用时，自动模式条件下曝光，曝光灯亮曝光提示音有，但显示器A与B仅有行场消隐信号，但均无患者图像，设备也无任何报错，手动改变曝光条件后双显示器仍无患者图像。

1.3.2 故障分析与查找

双显示器行场消隐信号均存在，说明从C臂机推车系统摄像机输出的memoery out1接口到显示器A与B的输入端视频通路不存在断路情况，仅为成像系统探测不到图像。曝光灯亮曝光提示音有，认为球管/高压模块产生了X射线。故怀疑故障的原因主要集中在成像系统上，拆开成像系统外壳，开机测量摄像头与影像增强器的直流供电+24 V电压存在，且摄像头开机状态下光圈复位正常；通过在摄像头前部放置一纸文档进行采样排除了摄像头故障。故认为影像增强器故障，按照使用条件进行曝光，发现影像增强器输出端无绿色荧光输出，见图5。

图5 影像增强器输出端无任何信号

影像增强器结构一般由输入端、感光层、光电阴极、电极（栅极G1，栅极G2，辅助阳极，阳极）、荧光输出窗、管壳组成，结构见图6。其工作原理为X射线进入输入端，使碘化铯光电阴极受激发产生光电子，光电子经光电阴极和阳极之间的高压加速以及栅极聚焦电位的聚焦下，光电子轰击在输出屏上经电子—荧光转换，输出窗上获得缩小了几十分之一的荧光图像。影像增强器输出屏无荧光原因有3种：一是没有X射线经过增强器输入端，没有光电子的转换；二是增强器输入电源+24 V缺失，导致增强器内部没有高压电场，光电子无法到达阳极；三是影像增强器变压器电路故障，内部未形成有效高压电场。综合故障现象，认为首先应确定X射线是否有。将X射线个人剂量报警仪放置在增强器上，设置报警阈值为0.25 μSv/h进行C臂机曝光，个人剂量报警仪未报警。故判断虽曝光灯亮、有曝光音存在但设备无X射线产生。卸下球管/高压模块外壳，通过查看束光器收缩或扩张情况，见图7。进一步确认为球管/高压模块未产生X射线，增强器输出窗不产生绿色荧光图像，显示器A与B没有患者图像。

图6 影像增强器结构

图7 束光器收缩与扩张情况

1.3.3 故障处理

球管/高压模块为一体化模块，制作较为精密，且更换时只能模块化更换，更换一部新的球管/高压模块后，故障消失，显示器A与B有患者图像，C臂机可正常使用

1.3.4 经验与教训

回顾故障的维修过程，C臂机曝光指示灯亮，曝光提示音有，且无任何报错，容易误导性认为C臂机可产生X射线，致使整个维修流程走了不少的弯路。后查阅技术资料与厂家工程师进行沟通，一致认为移动式C臂机由于其便携性、体积小、高度集成化与模块化等特点，生产设计时人为取消了相关设备状态检测的模块或电路，故在曝光指示灯和提示音均有的情况下，且无任何报错，也无X射线的输出。故应吸取教训，在今后C臂机的维修过程中，个人剂量报警仪为维修必备工具，以检测是否有X射线的输出。

2 C臂机维修流程与故障判断探讨

医疗设备故障按照所发生的原因，大体可分为人为因素致故障和设备自身故障。人为因素因医院内部管理的制约而产生，多数医院手术室的C臂机是由医护人员操作，部分医护人员对C臂机的基本原理和操作程序了解程度不够，导致操作失误、设备损坏等C臂机发生故障或不良事件，其中人为因素影响有两方面原因：一是医务人员操作技能不熟练，设置曝光条件、摆位不正确，或使用C臂机的人员流动性较大，致使C臂机常常出现故障，增加了维修成本[1]；二是操作人员进行摆位、移动设备等操作时，细致度不够、责任心不强、未考虑全面等多种因素，导致设备遭受碰撞、挤压致损坏。而设备自身故障[21]则是在较长的使用年限中，由于设备内部电子元件或配件老化硬化等一系列因素引起C臂机使用功能缺失或图像存在缺陷。故对于C臂机的日常使用中应尽量避免人为因素导致故障，在C臂机维修中，应去伪存真，仔细分析，排除人为使用操作技能不熟练导致的故障。

2.1 维修时所使用的工具与场地要求

结合上述维修C臂机的经验和产生X射线的特殊性，认为C臂机维修需要场地、配套防护设施和特殊维修工具三项条件。首先，考虑到放射防护，场地要求为最好有单独的防护屏蔽间，屏蔽间内有插座或可外接拖线板，且在维修期间屏蔽室内内无任何医疗活动，闲杂人员禁止随意出入走动；如无此条件，至少应当在人员流动较少区域进行作业，同时配备移动式铅屏风以防止X射线对维修人员的伤害。其次，在维修C臂机时，不可避免的需要进行曝光测试，维修人员应提高个人防范意识，穿戴铅衣铅围裙、佩戴铅围脖以减少X射线对于甲状腺、性腺的伤害[22]。最后，维修需要工具和检测设备，包括大小号螺丝刀（+，-）型，尖嘴钳，老虎钳，套筒（包含内六角，星型内六角扳手），万用表，个人剂量报警仪，电烙铁，X射线线对卡（选配）等维修工具。

2.2 移动式C臂机维修流程

在接到报修赶赴现场后，应首先进行实际情况的仔细查看，除仍需C臂机进行手术等必要情况外，应当进行撤机处置，避免故障机器再次对医护人员和患者的手术开展造成影响。同时应详细询问操作C臂机人员，发生故障时机器的使用情况，例如患者手术部位，C臂操作方法，机器开机后状态，曝光管电压管电流，曝光使用的模式等，不要放过任何一细节。如遇C臂机出现反复性的软故障（机器时好时坏），则维修人员有必要亲自跟随手术，尽量亲眼看到故障现象。

根据C臂机成像中易出现的故障现象，可将故障现象主要分为3种：一是有图像，但图像质量差的情况；二是完全没图像的情况；三是图像时有时无的情况。但无论出现哪种故障，维修人员除详细询问外，自身也应学习移动式C臂机的成像原理，结合询问信息和故障现象，仔细分析X射线的成像通路，使用排除法、替代法等维修方法进行判断，找出导致故障的根本原因。由2.3故障现象的经验认为，不应以C臂机的曝光指示灯和曝光提示音为标准来判断是否产生X射线，而应结合显示器推车是否有图像综合判断分析。本文所总结维修移动式C臂机的思维流程，见图8。