Troubleshooting of PICKER 2000 CT Axial Scan Failure

劉盧東生1，張海成2

石1.首 都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程部，北京 100050；2.首都醫(yī)科大學(xué)燕京醫(yī)學(xué)院附屬大興醫(yī)院 器械科，北京 102600

PICKER 2000 CT軸位掃描故障的元件級(jí)維修

Troubleshooting of PICKER 2000 CT Axial Scan Failure

劉盧東生1，張海成2

石1.首 都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程部，北京 100050；2.首都醫(yī)科大學(xué)燕京醫(yī)學(xué)院附屬大興醫(yī)院 器械科，北京 102600

0 前言

由于CT系統(tǒng)復(fù)雜，元器件集成度高，醫(yī)院對(duì)CT設(shè)備的維修長(zhǎng)期以來一直依靠廠家維修，而且只做到了板級(jí)維修，維修費(fèi)高昂。本文介紹了對(duì)PICKER2000 CT不能進(jìn)行軸位掃描故障的修理過程。在此過程中，首先通過對(duì)預(yù)熱程序和掃描程序的仔細(xì)研究，結(jié)合對(duì)故障代碼的仔細(xì)分析，確定產(chǎn)生故障的電路板和在電路板上可能損壞的元器件。然后通過互聯(lián)網(wǎng)查找器件手冊(cè)，利用集成電路在線測(cè)試儀，對(duì)所懷疑元器件進(jìn)行V-I曲線測(cè)試，根據(jù)器件的真值表對(duì)器件編寫測(cè)試程序，并測(cè)試元器件的邏輯功能。更換損壞的故障元器件，完成對(duì)故障板的元件級(jí)維修。最后深入分析故障產(chǎn)生的原因和維修過程中需要注意的問題，避免產(chǎn)生同樣的故障。

1 故障現(xiàn)象

球管預(yù)熱時(shí)，工作正常。對(duì)患者進(jìn)行定位片掃描時(shí)，點(diǎn)擊準(zhǔn)備定位片掃描程序后，曝光按鈕指示燈亮，提示可以進(jìn)行曝光。按下曝光按鈕后，床開始移動(dòng)，移動(dòng)很小的距離后，床停止運(yùn)動(dòng)，提示“524錯(cuò)誤”，整個(gè)過程沒有X線產(chǎn)生。對(duì)患者進(jìn)行軸位斷層掃描時(shí)，點(diǎn)擊準(zhǔn)備斷層掃描程序后，曝光按鈕指示燈亮，提示可以進(jìn)行曝光。按下曝光按鈕后，機(jī)架按規(guī)定轉(zhuǎn)速開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)很小的角度后機(jī)架停止旋轉(zhuǎn)，提示“524錯(cuò)誤”，整個(gè)過程沒有X線產(chǎn)生。進(jìn)入維修程序，查看故障代碼的主要信息如下：

2 原理分析

PICKER 2000 CT主要有3塊帶CPU的控制板：控制臺(tái)的CPB板，主要控制數(shù)據(jù)采集、重建和X線產(chǎn)生的全過程。固定機(jī)架的機(jī)架控制板（GPU），主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)母鞣N時(shí)序控制。旋轉(zhuǎn)機(jī)架的X線曝光時(shí)序控制板（XSC），主要負(fù)責(zé)X線產(chǎn)生的各種時(shí)序控制。CPB板通過掃描接口板（SIF）分別與GPU板和XSC板以串行通訊的方式傳遞命令和各種參數(shù)。

做預(yù)熱時(shí)，CPB板利用通訊程序首先將計(jì)算機(jī)內(nèi)的曝光參數(shù)及各種命令送到SIF板,經(jīng)機(jī)架母板兩個(gè)62mA保險(xiǎn)，經(jīng)滑環(huán)12（HMIT+）槽、11（HMIT-）槽傳到XSC板，同時(shí)XSC板將各種反饋信息經(jīng)滑環(huán)10（XMIT+）槽、9（XMIT-）槽，經(jīng)機(jī)架母板兩個(gè)62mA保險(xiǎn)送回SIF板，最終傳回CPB板。電路圖見圖1。圖2為總結(jié)出的預(yù)熱程序框圖，其中，粗體部分均為SIF發(fā)到XSC板的控制命令。

而做軸位掃描時(shí)，通訊程序首先將計(jì)算機(jī)內(nèi)的曝光參數(shù)、數(shù)據(jù)采集參數(shù)及各種命令送到掃描接口板（SIF），SIF板一方面將與曝光相關(guān)的參數(shù)、與曝光相關(guān)的命令，經(jīng)機(jī)架母板兩個(gè)62mA保險(xiǎn)，經(jīng)滑環(huán)12（HMIT+）槽、11（HMIT-）槽傳到XSC板，同時(shí)XSC板將各種反饋信息經(jīng)滑環(huán)10（XMIT+）槽、9（XMIT-）槽，經(jīng)機(jī)架母板兩個(gè)62mA保險(xiǎn)送回SIF板，傳回CPB板；另一方面，SIF板將與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的參數(shù)、與采集相關(guān)的命令傳到GPU板（COMRXA,RXARTN），同時(shí)GPU板將各種反饋信息送回SIF板（COMTXA,TXARTN），傳回CPB板。圖3為總結(jié)出的軸位掃描框圖，其中，粗體部分為SIF發(fā)送到XSC板的控制命令，斜體部分為SIF發(fā)到GPU的控制命令。

對(duì)比圖2和圖3可以發(fā)現(xiàn)，兩者在命令XSC發(fā)出X線的部分有所不同：預(yù)熱程序發(fā)出曝光準(zhǔn)備命令，在XSC準(zhǔn)備好曝光后6s內(nèi)，由SIF板直接發(fā)出X線曝光命令XN給XSC板；軸位掃描時(shí)，軸位掃描程序發(fā)出曝光準(zhǔn)備命令，在XSC準(zhǔn)備好曝光后，由SIF板發(fā)出軸位掃描命令TP給GPU板。在TP命令發(fā)出前，GPU的掃描中斷控制寄存器、數(shù)據(jù)采集開始寄存器、數(shù)據(jù)采集結(jié)束寄存器已分別放入相應(yīng)的探測(cè)器位置，TP命令發(fā)出后首先機(jī)架開始按要求的掃描速度旋轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)架位置測(cè)量板將測(cè)量的機(jī)架的位置反饋回?cái)?shù)據(jù)采集時(shí)序控制板（DSCC）,一旦到達(dá)掃描中斷控制寄存器規(guī)定的位置，DSCC的掃描中斷比較器輸出PINTL*信號(hào)。此中斷信號(hào)會(huì)導(dǎo)致GPU發(fā)出曝光開始/停止信號(hào)（XRSTSP,STSPRTN），經(jīng)機(jī)架母板兩個(gè)62mA保險(xiǎn)，經(jīng)滑環(huán)8（SYNC+）槽、7（SYNC-）槽到達(dá)XSC。XSC控制高壓系統(tǒng)發(fā)出X線，隨后（約50ms）掃描機(jī)架旋轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集開始寄存器規(guī)定的位置，DSCC的采集開始比較器輸出SOFP*X中斷信號(hào)，此中斷信號(hào)會(huì)導(dǎo)致GPU開始采集和傳輸數(shù)據(jù)。最后機(jī)架旋轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)采集結(jié)束寄存器規(guī)定的位置，DSCC的采集結(jié)束比較器輸出EOFP*中斷信號(hào),此中斷信號(hào)會(huì)導(dǎo)致GPU發(fā)出曝光開始/停止信號(hào)，經(jīng)滑環(huán)8（SYNC+）槽、7（SYNC-）槽到達(dá)XSC，XSC控制高壓系統(tǒng)停止工作，同時(shí)GPU發(fā)出停止數(shù)據(jù)采集信號(hào)。

圖1 CPB板預(yù)熱電路圖

3 故障分析和維修

加熱工作正常，說明XSC板、SIF板二者之間的滑環(huán)連接部分及高壓系統(tǒng)涉及到X線發(fā)生的部分均正常。軸位掃描時(shí)，曝光按鈕指示燈亮，則23步之前沒有任何問題，機(jī)架能夠旋轉(zhuǎn)，25、26步?jīng)]有任何問題。仔細(xì)分析錯(cuò)誤代碼表，XSC state error,X-ray state （expected 0×1），提示X線狀態(tài)錯(cuò)誤，應(yīng)該反饋回已經(jīng)發(fā)出X線。繼續(xù)分析各板報(bào)錯(cuò)：SIF板SIFS:8001提示SIF在軸位掃描時(shí)有錯(cuò)誤產(chǎn)生，SCANS:4表示已經(jīng)發(fā)出TS命令，BACK:1說明GPU板已經(jīng)完成背景數(shù)據(jù)采集；XRAY:0說明反饋沒有X線產(chǎn)生。XSC板提示無錯(cuò)誤，STAT:2141333e提示高壓部分狀態(tài)為陽(yáng)極準(zhǔn)備好，燈絲預(yù)熱已經(jīng)到達(dá)第三階段，曝光請(qǐng)求命令已經(jīng)批準(zhǔn)，XSC已經(jīng)準(zhǔn)備好曝光，等待8（SYNC+）槽、7（SYNC-）槽信號(hào)。TICK:0表示曝光時(shí)間為0。GPU板提示無錯(cuò)誤,其中，GPUS:1表示GPU已經(jīng)執(zhí)行TS命令，G4-2:dc8表示中斷控制寄存器存儲(chǔ)的位置為探測(cè)器441，G4-0:fa8 表示數(shù)據(jù)采集開始寄存器存儲(chǔ)的位置為探測(cè)器501，G4-1:fb0表示數(shù)據(jù)采集結(jié)束寄存器存儲(chǔ)的位置為探測(cè)器502，G8-0:258c表示機(jī)架已旋轉(zhuǎn)到1201的位置。通過以上分析，錯(cuò)誤必定發(fā)生在35和36之間，最有可能的是GPU沒有發(fā)出曝光開始/停止信號(hào)，或者XSC沒有接收到曝光開始/停止信號(hào)。做數(shù)據(jù)采集部分的功能測(cè)試（feud檢測(cè)程序），一切功能正常，說明GPU的控制寄存器、譯碼器、總線等大部分電路工作正常，固定機(jī)架內(nèi)相關(guān)的控制板工作正常。在機(jī)架母板保險(xiǎn)絲的位置測(cè)量XRSTSP,STSPRTN兩信號(hào)，均沒有測(cè)量到脈沖信號(hào)，因此，故障所發(fā)生電路板為GPU板，借來一塊GPU板安裝好后機(jī)器工作正常。

圖2 預(yù)熱程序框圖

圖3 軸位掃描程序框圖

GPU板產(chǎn)生XRSTSP，STSPRTN信號(hào)的電路為74LS32，74LS138和75114三塊集成電路芯片。74LS32為4輸入與門，74LS138為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，TL4040集成電路測(cè)試儀的器件庫(kù)中有上述兩種芯片的測(cè)試程序，用測(cè)試儀可以直接對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試，測(cè)試兩器件邏輯功能正常。75114沒有在測(cè)試儀器件庫(kù)中，通過上網(wǎng)查找其為差分驅(qū)動(dòng)電路，輸出電壓為TTL電平，見圖4；其真值表，見表1。

表1 差分驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓真值表

圖4 差分驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓圖

首先用測(cè)試儀測(cè)試75114各管腳的V-I曲線，正常圖，見圖5。所測(cè)芯片1、2、3、13、14、15腳V-I曲線近似為0，初步判斷75114燒毀。為了進(jìn)一步測(cè)試芯片的邏輯功能，需要編輯75114的測(cè)試程序，首先在用戶器件庫(kù)里加入一個(gè)新的器件庫(kù)，然后預(yù)定義器件名稱、管腳數(shù)、管腳說明，最后按真值表填寫測(cè)試器件功能表，存盤后，進(jìn)入在線測(cè)試程序，選擇75114器件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果4腳12腳與標(biāo)準(zhǔn)輸出一致，出現(xiàn)了高低電平；而3腳、2腳、1腳、13腳、14腳、15腳與標(biāo)準(zhǔn)輸出不一致，只有低電平?jīng)]有高電平，最終判斷75114損壞。

圖5 75114各管腳的V-I曲線

由于GPU為4層板結(jié)構(gòu)，為了減少焊壞電路板的可能性，需要將芯片管腳全部剪斷，然后焊下每一個(gè)管腳，加裝管座，插入新的75114芯片后，將GPU板裝入CT機(jī)后，一切工作正常。

4 總結(jié)

以后曾多次維修不同醫(yī)院的同種類型機(jī)器的的同種故障，雖然故障代碼一致，但是所損壞的元器件不同，有的僅是母板上的62mA的保險(xiǎn)燒毀，有的也同樣是GPU的75114（u66）損壞，有的是XSC的2602（Z62）損壞或者上述3個(gè)部件的某幾個(gè)損壞。還有的機(jī)器故障現(xiàn)象不同，如機(jī)器高壓準(zhǔn)備好指示燈不能點(diǎn)亮，XSC本身的16位狀態(tài)顯示碼為AB,提示和SIF通訊故障。此時(shí)主要損壞的部件是 XSC的2602（Z63）、75114（Z64）或者SIF的2602、75114。這幾種故障之所以發(fā)生的比較普遍，主要原因在于上述XSC的集成電路芯片無論是和GPU還是和SIF的集成電路芯片相連，都必須分別通過信號(hào)電刷7,8,9,10,11,12道和滑環(huán)7,8,9,10,11,12槽來連接。這幾道電刷傳輸?shù)亩际?V的控制信號(hào)，而第3道電刷為零線，第4、第5、第6傳輸?shù)臑?20V交流電。每道電刷是由多股銅絲制成的，由于電刷在滑環(huán)上高速旋轉(zhuǎn)，一旦電刷磨損后，會(huì)有銅絲脫落。如果脫落的銅絲將120V交流電引入滑環(huán)7,8,9,10,11,12槽，將會(huì)燒毀相應(yīng)的芯片，有時(shí)燒毀的芯片范圍更廣，甚至燒毀別的電路板。因此，每3個(gè)月做機(jī)器保養(yǎng)時(shí)，一定要把電刷取下，用酒精清洗后觀察電刷磨損的情況，一旦電刷的銅絲有分開或者銅絲被磨損的情況，就必須更換電刷，避免引起更大的故障。出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象后，維修時(shí)及更換電路板前必須檢查電刷狀態(tài)，防止新電路板或者修好了電路板再次燒毀。

用集成電路測(cè)試儀對(duì)芯片進(jìn)行在線測(cè)試時(shí)，需要頻繁開關(guān)所加的+5V電源。而GPU上有4塊電可擦寫存儲(chǔ)器（U44，U45，U70，U71 NVRAM）,存儲(chǔ)器內(nèi)分別存有系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序，頻繁開關(guān)所加的+5V電源，容易引起存儲(chǔ)器程序丟失。因此，測(cè)試前最好用RF1800等芯片讀取編程器將存儲(chǔ)器內(nèi)容讀到計(jì)算機(jī)保存起來，一旦程序丟失再將計(jì)算機(jī)保存的程序?qū)懭胂鄳?yīng)的芯片。

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LU Dong-sheng1, ZHANG Hai-cheng2
1.Medical Engineering Department, Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University, Beijing 100050, China; 2.Equipment Department, Daxing Hospital of Yanjing Medical College, Capital Medical University, Beijing 102600, China

本本文詳細(xì)介紹了PICKER 2000 CT軸位掃描原理。在維修過和中，通過對(duì)1例掃描故障的錯(cuò)誤代碼分析和流程圖分析首先判斷故障的范圍，然后利用集成電路在線測(cè)試儀找出故障元件并進(jìn)行更換，最后分析故障產(chǎn)生的原因和維修過程中需要注意的問題，避免產(chǎn)生同樣的故障。

軸位掃描；X紅時(shí)序控制；數(shù)據(jù)采集；集成電路在線測(cè)試儀；醫(yī)療設(shè)備維修

1674-1633(2012)05-0121-04

2011-12-11

作者郵箱：ldsldslds@139.com

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.05.043