GE Innova 2100数字血管减影系统部件维修案例分析

黄升云，万洲，李晨旭，石胜陵

1. 重庆市涪陵中心医院 医学装备科，重庆 408000；2. 重庆市酉阳县人民医院 医学装备科，重庆 409899

引言

GE Innova 2100-IQ数字减影X射线机主要用于心血管介入（包括冠脉造影和心律失常射频消融治疗、先心病介入治疗等）检查治疗[1-2]，对于急性心肌梗死等疾病具有非常明显的治疗效果，作为医院胸痛中心创建、审批中必备的设备之一，具有不可代替性作用[3-5]。2012年，我院引进了美国GE公司的Innova 2100数字化平板心血管专用系统。现使用时间已较久，其中5年为自主维修与单次叫修相结合的维修方式。目前，针对该设备的研究基本是进行设备整体故障产生的分析、判断及部件、组件的更换维修[6-8]，在医疗设备自带维修诊断软件的条件下，设备故障时会通过自诊断软件诊断后指明故障方向，工程师利用设备自带测试程序进行测试后，基本能判断出损坏的组件，然后通过更换组件修复设备。这种维修方式对工程师的维修技术能力提升有限，且因组件价格昂贵，会导致维修、使用成本居高不下。该设备容易损坏的贵重备件有球管、DL主机、准直器、高压发生器等。因球管为专用配件，常见故障为灯丝开路、高压放电、旋转阳极坏等，这些配件无法维修只能进行整体更换；DL主机、准直器、高压发生器等组件是可以进行细化研究和维修。本文所述GE Innova 2100设备的准直器大多采用外购西门子的产品，维修方常规处理方法就是更换准直器[9-11]，价格昂贵且该元件易坏，本科室所负责的几台设备平均每2年多就会坏一次，随机没有关于该准直器的维修资料可查阅，经过多次维修总结，本文介绍其中几例准直器故障的分析处理过程，从维修方法、维修思路等为医工同行提供参考。

1 准直器结构解剖及原理分析

该准直器由水平X、Y方向的正方形射线遮挡光栅、铜滤过片、月牙形软遮挡光栅3层装置组[12-14]。准直器实物结构图如图1所示。最上一层为常规的方形铅挡，有水平X和Y两个方向，分别由电机X41和X42驱动，定位精度则由S1和S2两个微动开关作为初始位置的起点。软件根据不同部位设置了不同的参数或者操作者手动设置参数，以此来调节照射野大小，通过给予L6285脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）电流控制回路驱动步进电机精确运动到设置位置。中间一层为铜滤过层，该层由上下两层铜滤过片组成，每层有空位、0.1 mm和0.2 mm的圆形铜片按照120°角位组成，两层由同一个电机驱动。共形成4种不同滤过组合，位置由U1到U4四位光感应开关来确定集中组合的位置。感应到的信号发送回控制板，与系统发出的输出信号（根据不同位置自动设定的）进行对比，根据对比结果输出信号，由PWM电流控制回路L6285驱动电机运转到指定位置。最下面一层为软射线遮挡层，由2个电机分别控制左右遮挡及旋转方向，起始位由S4与S5微动开关确定，行程位置通过手动操作输出控制信号，同样通过L6285驱动电机到达位置。准直器结构原理图如图2所示。

图1 准直器实物结构图

图2 准直器结构原理图

2 案例分析

2.1 案例一

2.1.1 故障现象

在正常使用设备时报准直器错误“Collimator Fail Call Service”，设备无射线产生，无法使用。

2.1.2 故障分析

根据故障现象，初步判断故障产生原因为：准直器故障、准直器无电源、准直器与JIDA发生器通讯不畅、JIDA发生器本身故障。

2.1.3 故障检测及诊断

本着先易后难的原则，拆下准直器外壳测量中心控制板（Center Board Control，CBC）上的24 V直流电源电压，其值为23.9 V，供电正常。仔细观察准直器动作及听其声音，结合记录的设备正常运行时的开机自检声音[15-16]，判断准直器的运动声音异常。拆下准直器上端铅档外盖并开机自检准直器，仔细观察发现处于准直器中间的铜滤过层上下两层运动状态异常，经过与设备正常运行时记录的运动状态进行对比，发现两层滤过运动同步异常，联系维修公司，回复为准直器控制程序错误且无法维修处理，需整体更换准直器，价格17万元。

设备随机未提供该部件相关资料，笔者决定拆机分析其结构原理并进行维修，研究发现该结构下面一层可以正反两个方向转动，上面一层因限位挡块的控制只能逆时针方向（图3）。自检时电机带动上下两层顺时针转动，光感位置传感器对应位置的反光定位，由3个120°涂有不同高度的白色涂层的挡片确定。经仔细观察为上层位置定位错误，首先怀疑光感应传感器或者定位片错误，通过万用表对比测量上下层元件的阻值与电压值，排除了元件及定位片故障。反复转动驱动电机，观察到电机转动时，下层同步运动，上层总是间隔一定时间后才能同步120°，间隔时间规律不明显。取下传动中心卡簧，将上层的滤过层取下，仔细观察中间有一销子会缓慢上升（图4），研究其结构发现此销子对应上层的3个120°的锥形槽。其运动是电机直接带动下层运动，下层通过此销子及其联动装置带动上层同步运动。故判断为此定位销的运动阻力太大，运动不到位引起故障。

图3 滤过结构图

图4 滤过互锁装置

2.1.4 故障处理

将互锁的定位销取出清洁，下面的小弹簧没有可单独更换的，通过对使用小弹簧的多种产品及元件的对比，永前电气LA128A点动开关内的小弹簧比较合适，更换后试机工作正常，并备用10个点动开关。

2.2 案例二

2.2.1 故障现象

图像下方出现1 cm左右黑边，见图5。

图5 实发故障图

2.2.2 故障分析

出现黑边的原因一般为：① 防撞安全气压开关失灵，设备碰撞后发生位置漂移；② 探测器位置发生变化；③ 准直器损坏。

2.2.3 故障检测、诊断

检查气压开关正常，X射线球管、探测器等均没有碰撞痕迹，位移的可能性排除。拆开探测器发现上下的驱动皮带有点松动，固紧皮带后检测故障依旧。根据原理分析，进入设备维修界面并运行相关检测诊断程序，显示正常。软件、设置均没有问题，判断问题应该出现在准直器驱动部分。自主剖析原理图，Y轴方向由S2开关控制起始位置，软件及数据没有问题，那应是S2位置发生少量偏移，分析结构其中心点由右边的blade板上的调节螺丝触发定位开关确定（图6）。对微动开关和调节螺丝均做调整后，图像黑边明显好转，但没有完全解决，判定为微动开关与调节螺丝位置错误引起故障。

图6 定位开关、运动图

2.2.4 故障处理

随着设备使用时间的增加，调节螺丝和微动开关频繁接触，导致磨损和变形后，发生定位漂移。因微动开关尺寸特殊，短时间无法更换，所以采取拆除弹簧或加长螺丝的处理方法，应急恢复设备使用，及时购买合适的微动开关进行更换，并备用适量开关。

2.3 案例三

2.3.1 故障现象

开机自检后报错“Collimator Fail Call Service”，后台显示准直器自检失败，设备无法正常使用。

2.3.2 故障分析

根据现象判断应该是准直器的自检信号异常、外部供电及通信不畅。

2.3.3 故障检测、诊断

测量准直器供电24 V电源正常，在维修界面用软件检测通信呼叫正常但无应答，故障大概率出现在准直器部分。拆开准直器外壳，观察发现开机自检时准直器通电后电机有动作，瞬间准直器驱动板断电且指示灯熄灭，一会儿指示灯点亮后再次熄灭，反复出现。测量准直器内部输入电压正常，分析板子结构，发现其中一个可恢复的保险（F3）一直处于断开和恢复的交替之中。判断是有元件短路导致电压异常，因无任何资料可查，根据自主绘制的原理结构图（图7）进行分析，设备的控制信号通过J3线输入后与位置传感器反馈信号组合，组合后通过J21、J26、J4、J18等分别输出对应的输出驱动信号，通过PWM电流控制回路J28、J20、J24驱动电机X51、X52动作。断开铜滤过电机（X51）和软遮挡电机（X52），开机故障依旧，判断故障应该出现在CBC板。测量电源电流偏大，判断是驱动元件有短路现象，在长时间开机后，关机感触板子上的元件，发现PWM电流控制回路L6285（J28）温度偏高，判断为该集成损坏。因设备使用时间紧迫，更换元件无法满足及时性和准确性要求，决定采用更换准直器的维修方案。

图7 驱动电路原理图

2.3.4 维修处理

这次维修虽然采用更换维修，但经过维修分析过程，了解了故障发生的原因，在不增加成本的基础上保留下旧的准直器。最后通过购买元件更换修复该准直器，作为设备维修的备用件。

3 讨论与总结

随着GE Innova 2100血管机在医院的广泛应用，设备在高负荷运行状态下，故障也随之增多，此设备常出现问题的组件有准直器、PDU控制器、主机DL电脑箱、球管、主机UPS、机架控制板、高压发生器等。大部分文献均是在血管机厂家随机提供的技术资料条件下开展研究，根据技术资料对设备整体回路中的部件工作状态及信号处理作出故障判断，然后进行换件及技术处理[17-18]。然而，当代大型医疗设备零部件均实行了全球采购，这部分零部件的资料随机并未提供，大多数情况下维修工程师只能外购配件整体更换。这种维修方式会导致其材料成本大幅增加，且发货之前还需要维修方工程师到场诊断，维修人工费也较高，导致该类设备使用成本居高不下。本研究从工程师自修角度出发，经过日常对设备性能的观察记录，总结设备的易损配件，通过研究、分析并绘制原理图等方法将组件诊断模式维修变为组件的元件级维修，通过此种维修方法工程师的维修技术水平会得到大幅度提升，设备维修时判别故障速度会提升，并通过备用易损元件（如准直器里面的小开关、PDU机柜的延时继电器、主机UPS的电池组件等），在设备出现故障时能以最快速度恢复设备的正常工作。

本文所研究的准直器是GE厂家在设备生产过程中采购的西门子厂家组件，无随机维修资料提供，维修难度增大且维修组件价格较高[19-20]。本文通过平常对设备及其组件的相关运行状态、指示状态、自检流程及机械动作声音等的记录，设备故障时快速对比诊断、细心分析部分小细节（如故障一的小弹簧引起的大问题），涉及电路时注意分析电路结构，重点分析集成元件及其外围电路等维修方法，从而达到通过更换小元件解决需更换组件的大问题。此类维修在设备运行初期数据较少会导致维修时间增加，对工程师的专业知识水平要求较高，维修时要工程师具有维修的耐心、细心等工作态度。此类维修方法可为同行在进行维修费、材料费昂贵且易损的放射类（CT、DR、ECT等）等产品的维修时提供一定参考。