西门子Definition AS 术中CT两例硬件故障维修分析

孔康辉，赵东升，张龙

河南省人民医院 医学装备部，河南 郑州 450003

引言

术中CT在神经外科、胸外科等领域用于疾病的诊疗，已取得了显著的效果[1-2]，尤其在食管癌放疗、宫颈癌治疗、肺结节胸腔镜定位切除等领域有一定的应用价值[3-5]。我院于2012年建造复合手术室，配置术中CT，CT型号为西门子Definition AS 64层滑轨CT，扫描机架能够在地轨上滑动，实现术中穿刺定位和术后手术效果判断等功能。大型影像类设备由于维修资料及维修密码的限制，维修难度大，尤其是硬件故障的维修难度更大，维修费用更高。原厂维修方法是采用配件模块化更换进行维修，费用高，给医院造成较高的运行成本。检索相关文献，关于术中CT硬件方面的维修较少[6-9]。尤其是术中CT这种特殊的设备，设备经济效益无法和门诊检查设备相比，基本处于亏损运行状态。通过自主维修，节省维修成本是医学工程师体现价值和追求的目标[10-13]。我院术中CT出现的两例典型硬件故障，通过自主维修，以极低的成本成功修复了设备，为医院节约30余万元。本文通过两个典型硬件故障案例的故障分析介绍，进行维修经验的分享，为广大医工同行提供参考。

1 西门子Definition AS 64层术中CT结构原理

1.1 术中CT结构

西门子Definition AS 64层术中CT相比普通CT，最大的区别是带有滑轨，扫描架能够根据手术需要在滑轨上进行移动。术中CT结构图如图1所示，包含可移动床面的检查床、扫描架、滑轨、控制柜、图像后处理系统、机架散热系统、铅屏蔽自动门和操作台等部分。

图1 术中CT结构图

1.2 术中CT扫描架原理

西门子Definition AS 64层术中CT扫描架电气原理如图2所示，HVT高压发生器包含散热油箱、高压变压器和整流滤波电路，产生直流高压连接XTA球管阳极和阴极，XGR灯丝电源板通过灯丝变压器向球管灯丝供电。XGR旋转阳极控制板连接XTA球管旋转阳极电机，XDC焦点控制板的作用是X射线偏转控制、焦点调节和XTC球管冷却器控制，PDR是XDC的供电模块，UMAR是安全回路控制模块，UMAR和XDC模块实现CAN（通信协议）和光纤通信，扫描架运动系统出现故障，通过CAN向UMAR发出信号，UMAR通过光纤通信连接主控电脑UMARS，发出指令停止扫描架运转。

图2 术中CT扫描架原理图

2 故障案例分析

2.1 故障案例一

2.1.1 故障现象

停电后设备无法重启，操作台无电源指示，经检查，F1开关跳闸，复位后机架重启正常，随着使用时间的增多，停电次数的增加，F1开关复位困难，有时需要多次打开才能复位，有时复位伴随着F12开关跳闸。

2.1.2 故障分析

术中CT控制柜开关布局结构如图3所示，导致F1开关跳闸有3种可能：① F1输出端过载；② F1开关性能下降，出现跳闸；③ F1连锁机构动作导致跳闸。根据3种可能性逐一进行排查。

图3 术中CT控制柜开关布局图

（1）F1输出过载可能性排除：用钳形电流表测F1输出三相启动电流，均不超过F1开关的额定电流，断开F1电源，用数字万用表欧姆自动挡红表笔分别连接F1输出三相线缆，黑表笔接地，显示三相电对地阻值无穷大，可以排除F1开关输出过载可能性。

（2）F1开关性能下降可能性排除：将同型号的F2和F1开关对调，重启设备，仍存在跳闸故障，可以排除F1性能降低导致跳闸可能性。

（3）F1连锁机构动作导致跳闸：F1连锁机构线路原理如图4所示，导致F1连锁机构动作的元器件包含F18漏电过流保护器、T2互感电流检测、T1变压器温度保护、K1和K2工业继电器。通过图4分析，导致F1连锁机构动作的条件是F18漏电过流保护器输出报警信号或者K1工业继电器动作。F1合闸，F18漏电过流保护器显示正常，未见报警或故障信号显示，基本可以排除F18导致F1连锁机构动作的可能性。至此，基本可以确定是K1工业继电器上电，K1常开触点1-1吸合导致F1连锁机构动作，K1工业继电器线圈上电的条件是K2工业继电器K2-1常闭触点闭合。

图4 F1连锁机构线路原理图

根据图3控制柜，反求出图4开关 F1连锁机构电路原理图，通过图4判断，正常情况下，F1上电，K2吸合，K2常闭触点K2-1断开，K1不上电。断开设备电源，用数字万用表通断档测得T1变压器温度保护接线端子相通，F4和F12开关正常，可以确定是K2常闭触点K2-1在K2线圈上电情况下未断开导致F1开关连锁机构动作。

2.1.3 故障排除

通过图4的线路原理图得出K2工业继电器K2-1常闭触点在K2线圈上电情况下未断开导致F1开关动作，需要更换K2工业继电器，K2继电器如图5所示，12和14脚常闭触点可能由于多次停电，触点打火存在粘连的可能性。K2的型号是SIEMENS SIRIUS 3RS1800-2BP00，购买同型号的工业继电器，更换后，开机正常运行已经超过半年，经历多次电网停电，来电后未见F1再跳闸的故障发生，F1间断性跳闸的故障已经成功修复。

图5 K1、K2继电器放大图

2.2 故障案例二

2.2.1 故障现象

设备开机后，未能进入待机状态，扫描架显示屏呈灰色条状，查看故障日志，故障提示“Fatal FW version mismatch for XDC_F2_A:not reachable”“Fatal FW version mismatch for XDC_F1_A:not reachable”和“Fatal FW version mismatch for XDC_XTM_A:not reachable”，3种故障ID显示216故障代码。

2.2.2 故障分析

根据故障日志的描述，故障指向XDC模块，关闭机架电源，拆开扫描机架外壳，重新机架上电，检查发现XDC模块指示灯不亮，关闭机架电源，检查XDC模块保险管，保险管未烧坏，处于正常状态，判断XDC模块故障。XDC模块所在机架的位置如图6所示。

图6 XDC模块在机架中的位置图

2.2.3 故障排除

从机架拆下XDC模块，XDC模块电路板如图7所示，XDC正面局部放大图如图8所示，背面局部放大图如图9所示。电路板电源输入端是桥式整流滤波电路，220 V交流电通过滤波整流电路产生310 V直流电，直流310 V进入DC-DC模块。对电路板进行初步排查，保险管正常，电源输入端口用数字万用表欧姆自动检测挡一表笔分别连接图7中电源输入X4接头零线和火线，另一表笔接电路板上的地，阻值均无穷大，用万用表欧姆自动挡检测图7中X13和X14输出接头，均未发现短路问题，电路板具备上电测试条件。将220 V交流电连接图9中X4接口C位置标识，测得图9中A区域两个点直流电压310 V，进一步测得图9中B区域两点之间电压为0 V，以此确定DC-DC模块故障。拆开图8中DC-DC模块散热片，DC-DC模块型号为PH50S280-5，品牌TDK-Lambda，输入直流200～400 V，输出直流电压5 V。购买同型号DC-DC模块，更换损坏的模块，电路板重新上电测试，测得图9中DC-DC模块B区域两点直流电压5 V，XDC模块工作指示灯亮，模块状态正常。将XDC模块复位后装回扫描机架，试机后运行正常。

图7 XDC模块电路板完整图

图8 XDC模块正面局部放大图

图9 XDC模块背面局部放大图

3 讨论

对于CT类设备的故障维修分析，以往发表的研究主要集中在软件故障和部分模块化更换维修方面，如球管打火和伪影分析、运动故障和过滤器故障分析、通信故障分析等，维修方法主要是基于维修经验的故障分析[14-16]，但未进行电路板芯片级维修分析，对硬件故障的深度维修较少，尤其是对于芯片级别的维修。医疗设备进行深度芯片级的维修，能够节约维护费用，为临床工作和医院创收产生积极影响[17-19]。本文通过反求电路进行故障分析和在线电路板电压追踪维修方法，成功实现了硬件疑难故障的深度维修。本文阐述的两例典型硬件故障，能够成功修复设备得益于清晰的维修思路和正确的维修方法。案例一是隐性故障，每次停电都会造成扫描机架不上电而无法重启，严重影响患者的检查治疗。在常规的维修思路下检查是否过载、是否接地、开关是否损坏等方法，没有发现故障点，通过控制柜反求出电路原理图，进行电路原理图分析，通过存在的可能性逐一进行排除，成功查到故障点。本文中案例二扫描机架不能够进入待机界面这一故障现象，进入故障日志，查找到故障代码和故障描述，将故障点定位到XDC模块，厂家的维修方式基本是更换XDC模块，费用30余万元。而通过电路板芯片级的维修思路和方法，进行XDC模块的检修，通过电路分析和在线电压检测，成功查找到故障点在DC-DC模块，通过更换同型号的DC-DC模块，以低成本成功修复设备。

通过本文两例维修案例的分析，总结到的维修经验是维修应有清晰的维修思路和正确的维修方法。维修的前提条件是找到故障点，对于一些疑难故障，在无法确定故障点的前提下，通过图纸分析能够比较顺利找到故障点，在没有电路图的背景下，通过反求电路原理图进行故障分析，应是查找疑难故障点的一种思路。而清晰的维修思路来源于通过图纸分析对控制电路的理解，对所有存在的故障可能性逐一进行排除。掌握正确的维修方法是快速修复设备的关键，对于复杂的电路控制板的维修，在排除上电风险后，通过电路板在线测量，根据线路板结构布局、输出电压走向、控制芯片关键脚等点位，测量电压信号、波形信号等，能够比较快速锁定损坏的故障元器件；对于在线测量仍旧无法找到故障元器件的案例，通过电路板局部反求电路原理图进行分析，辅助故障元器件的查找。本文的意义在于探讨CT电路板的故障维修方法及其技术规律，为医疗电子设备维修技术水平有效提升提供有益借鉴。

4 结论

本文通过对西门子Definition AS 64层术中CT两例典型硬件故障进行电路维修分析，成功修复设备。总结到的维修经验是坚持可行的维修思路和维修方法，即在常规的故障排查方法无法找到故障点时，进行电路原理图反求，根据电路原理图，分析故障的可能性，逐一排除故障；而对于独立的电源类电路板，在排除不能上电的故障隐患后，上电进行测试分析，能够很快锁定故障点。本文通过两个维修案例的维修分析，为广大医工同行提供CT类设备硬件故障的维修参考。