B型超声仪工作原理与故障诊断

兴*生

超声波是一种超出人耳听力范围的声波，发射频率在2万赫兹以上，通过人体组织后反射回来显示在荧光屏上，形成很多亮暗不一的光点，构成一幅切面图像来诊断疾病。由于它采用灰度调剂，这种切面超声显像的第一英语字母为“B”，因此称为B型超声波。在临床诊断上，超声诊断具有无侵袭，不影响人体，适应性广等优点，目前已成为不可缺少的手段，特别是以超声图像技术为基础的B型超声系统已成为普遍使用的医学检查手段，在临床各领域的应用较为广泛。但由于B超系统结构复杂、故障频繁，设备引进时多数没有配备维修手册，这就给设备维修带来了很大的困难。
    一、B型超声仪的结构与原理              
    目前常用的B超系统的扫描方式可分为线阵扫描和相控扇扫两种。线阵扫描B超系统的基本原理是将若干组超声换能器依直线排列，由控制系统控制，连续依次激励各组换能器，形成扫描波束，换能器接收回波信号。当前一组换能器完全接收回波后，下一相邻组换能器才开始工作。同时，采用相控技术进行波束聚焦，使得回波信号得到增强，并将其送到信号处理系统，信号处理系统再将回波信号根据需要进行处理后，变成视频信号输出，供给显示器，图像记录仪进行记录。
相控扇扫B超系统的原理与线阵扫描B超系统的原理相同，不同之处只是换能器的扫描控制方式。相控扇扫是利用控制器，按特定的时差规律顺序，使换能器被等级差时间延迟的激励脉冲激发发射超声波，通过不同相位超声波的功率叠加，形成特定角度的波束，改变各换能器的发射相位差，可以使波束角度改变，形成扇扫波束。
    现已相控阵超声系统为例，分析B型超声系统的主要结构和原理。其可分为两大部分，控制系统部分和成像系统部分。控制器系统部分是整个系统的控制中心，它接受操作者的控制命令。成像系统又由扫描器子系统和扫描转换器子系统两部分组成，在扫描器子系统分配器单元及前端处理器单元能根据需要选择相应的探头，对探头发送激励电压，并且接受相应的回波信号。延时电路是扫描器的心脏部分，它分成粗延时和细延时两部分，提供发射和接收时聚焦和相控所需要的延时，图像检测电路和多普勒检测电路包括二维M方式下成像所需要的所有滤波和检测电路，以及对多普勒信号和血流信号进行检测处理，产生的超声回波合成信号供给扫描转换器子系统进行进一步处理。TGC电路（见图1）产生对应于TGC前控制面版上设定的电压并为延时电路提供时钟信号。扫描器通过RS232与其他子系统通讯。

                                                               

    扫描转换器子系统由以下部分组成：（1）扫描器I／O接口电路；（2）多普勒处理器单元；（3）彩色血流处理器电路对从扫描器I／O电路接收到的数字化血流信号进行检测，然后把血流信号和二维信号叠加在一起；（4）M方式、生理频谱电路把M方式生理信号、多普勒等数字信号，根据需要进行处理后，送入视频I／O接口板；（5）坐标变换电路利用特定的算法将声数据的报坐标信号变换成光输出的直角坐标信号；（6）图像存储器单元用于存储图像信号，供给视频输入输出电路；（7）图像处理单元；（8）视频输入／输出电路将各种图像、字符、信号合成输出到彩色监视器供操作者观察，同时向视频打印机和录像机提供视频信号。

    二、B型超声仪常见故障的诊断与检修
    一般来讲，根据系统的自检程序提供的错码，分析系统信号流程和电路原理，并根据操作者对故障的描述或结合维修经验进行综合判断。

故障1 死机现象
例如，一台日立EVB-515超声诊断仪，开机有光栅，但干扰多，按面板一直有死机现象，彩色多普勒部分无法调节。
原因诊断  经初步分析，故障原因可能出自面板控制键及键控转换电路，以及传输线，接插头等部分，但检查均未发现问题，继而对DSC部分进行检查，如果缓单元的D／A转换器有故障，也会导致上述故障。打开机器后板，测得缓单元供电电压为4.7V，疑电路有短路，仔细检查DSC单元各块电路板，亦未发现故障元件，但每块电路板上均积有大量灰尘，加之南方湿度大，从而引起元件插脚局部短路，这是造成此故障的原因。
排除方法  办法是清除灰尘，除尘后重新装上，再试机，机器正常。

故障2 探头有问题
一些故障是由于操作及工作负荷大引起的。如一台东芝340经常出现屏幕显示T/R ERROR! Please Power off。
原因诊断  检查电源部分正常，但发现探头有问题，由于负荷大，探头线有扭曲导致内部线路隐断。
排除方法  更换探头，随即正常。

故障3 无反射波，图像灵敏度低
有些故障可能会有其它原因引起。一台日立EVB-405超声诊断仪，现象扫描线有部分无反射波，图像灵敏度低。
原因诊断  机器出现此类故障可能原因有：（1）超声探头不良；（2）发射电路工作不正常。
排除方法  采用排查分析法，换用备用探头，亦出现同样情况。再考虑发射脉冲产生电路工作是否正常。检测接线头，发现电压输出正常。用示波器逐一检查发射激励脉冲波形，发现没有脉冲输出，进一步检测发现场效应晶体管已烧毁，更换参数相同的场效应管，通电后，扫描完整，灵敏度提高，故障排除。

故障4  图像常出现复影像干扰
例如，一台AlokaSSD-620B超仪，其图像常出现一些不同程度的复影像干扰，但主机的其它部分正常。
原因诊断   此故障可能出在与B超成像相关的发收电路、数字扫描变换器和图像处理的控制信号发生器电路范围内。
排除方法  更采用电路分析排除法，发现故障在发放电路及相关控制电路中。先用示波器检查该部分电路懂得相关控制信号，重点检测主机EP2536板场效管的脉冲输出信号及工作电压，以及EP2539电路上的高压扫描控制信号发生器电路，再断于这两个信号的输出端，然后开启主机观察，发现复影现象消失，说明该部分电路中的HIC6和HIC9集成片已损坏。更换上同型号的配件后，整个B超图像清晰完整，各项技术指标正常。

    三、结语
    以超声图像技术为基础的B型超声系统作为医院最基本的检查设备之一，已被广泛使用于临床诊断及科研领域。由于B超仪各自的使用环境和保养不同，在长期使用后会产生各种故障现象。尤其是在厂家没有配备任何图纸和技术资料，且主机的电路设计及工艺技术较为复杂的情况下，常常给故障诊断检测及维修带来困难。而且，从多数医院B超使用状况来看，工作负荷较大，工作环境较差是造成机器故障的重要原因。因此，弄清B超仪的工作原理，掌握常见的故障排除方法，并做好日常的维护保养工作，改善设备的环境，对于保养和维修B超机的工程技术人员来说，即使在没有任何资料和图纸的情况下，也可以快捷完全地修复B超仪器。这不仅是保障设备的正常运行，减少故障率的重要手段，也是工程技术人员必须练就的基本功。

参考文献
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[4]李朝伟，张良才. 医疗设备的检修方法探讨. 医疗装备，2004.12