陳曼珊， 袁楊

1.廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 廣東省人民醫(yī)院 設(shè)備處，廣東 廣州 510080；2.廣東醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，廣東 東莞 523808

醫(yī)用超聲診斷儀是指依據(jù)超聲波的特性來完成檢查功能。超聲波是一種振動頻率＞20 kHz的機械波，超出了人耳的聽覺上限。超聲波的頻率范圍為2×104～2×108Hz，而醫(yī)學(xué)超聲的頻率范圍在200 kHz～40 MHz，超聲診斷常用頻率在1～10 MHz。由于超聲波頻率高、波長短使得超聲波具有如定向性、折射和反射等特點[1]。

1 醫(yī)用超聲診斷儀的結(jié)構(gòu)

醫(yī)用超聲診斷儀主要有兩大部分，即設(shè)備主機及超聲探頭。超聲探頭是超聲成像設(shè)備的關(guān)鍵部件，它的任務(wù)是將電信號變換為超聲波信號或超聲波信號變換為電信號。

超聲診斷儀器主機部分主要對從探頭接收回來的信號進行處理及顯示[2]。

1.1 醫(yī)用超聲診斷儀基本結(jié)構(gòu)框圖，見圖1

圖1 醫(yī)用超聲診斷儀的基本結(jié)構(gòu)框圖

1.2 醫(yī)用超聲診斷儀工作原理[3-4]

振蕩器即同步觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的同步觸發(fā)脈沖，它決定了發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。受觸發(fā)后的發(fā)射器產(chǎn)生高壓電脈沖以激勵超聲換能器向探測目標(biāo)發(fā)射超聲脈沖，由目標(biāo)形成的回聲脈沖信號經(jīng)換能器接收后轉(zhuǎn)換成電信號，接著進入回波信息處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由射頻信號接收放大器、檢波器和視頻放大器等組成，最后由顯示器進行顯示。掃描發(fā)生器在振蕩器產(chǎn)生同步脈沖控制下，輸出掃描信號給顯示器，使顯示器顯示超聲回聲圖穩(wěn)定。

1.3 醫(yī)用超聲診斷儀主機部分

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，超聲診斷儀器的內(nèi)部電路由原來的模擬電路逐漸轉(zhuǎn)換為數(shù)字合成電路，形成了現(xiàn)今的全數(shù)字超聲診斷儀器，具體的電路模塊，見圖2，主要是前置放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字電路及電源部分。超聲探頭將接收到的信號傳輸?shù)角爸梅糯箅娐贩糯蠛螅瑢⒛M信號通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)過數(shù)字電路的合成處理，在經(jīng)過數(shù)字掃描變換DSC，將處理后的圖像視頻顯示在顯示屏上。電源部分則為上述各部分提供電源。

圖2 電路模塊圖

1.4 超聲探頭的結(jié)構(gòu)原理

超聲探頭可以發(fā)射和接收超聲，進行電聲信號轉(zhuǎn)換，將由主機送來的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l振蕩的超聲信號，又能將從組織臟器反射回來的超聲信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖@示于主機的顯示器上。探頭是通過探頭內(nèi)部的晶片，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生超聲聲波；反之，當(dāng)超聲聲波通過晶片時，又能引起它產(chǎn)生彈性形變，繼而引起電壓的變化，最后通過信號處理板對相應(yīng)電信號化的處理來完成被探測物的圖像探查。這一處理過程稱之為壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)泛指晶體處于彈性介質(zhì)中所具有的一種聲-電可逆特性。目前常用于超聲探頭的晶體片有鋯酸鉛、鈦酸鋇、石英、硫酸鋰等人工或天然晶體。鈦酸鋇及鋯酸鉛是在高溫下燒結(jié)的多晶陶瓷體，把毛坯燒結(jié)成陶瓷體后，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难心バ拚?，得到所需的幾何尺寸，再用高壓直流電場極化后，就具有壓電性質(zhì)，成為換能器件。而目前較常用的超聲探頭有凸陣探頭、線陣探頭、腔體探頭、高頻線陣探頭。

超聲探頭是超聲診斷儀器的重要部件之一，它的結(jié)構(gòu)組成中，晶片、匹配層、吸聲塊是比較重要的部分。晶片是探頭中最重要的部件，用于接收電脈沖產(chǎn)生機械超聲振動，完成聲-電和電-聲轉(zhuǎn)換工作。匹配層處于聲透鏡和晶片陣列之間。由于聲透鏡同時與晶體振元和人體接觸，兩者的聲阻抗差別甚大，難于使聲透鏡的特性阻抗同時與兩者匹配。超聲經(jīng)不同阻抗界面?zhèn)鞑a(chǎn)生反射，會增加能量損耗并影響分辨力，因此，往往需要采用匹配層來實現(xiàn)探頭與負載之間的匹配。對匹配層除厚度與聲阻抗的要求外，還要求其聲阻尼要小，以減小對超聲能量的損耗。吸聲塊又稱為吸收塊。用于衰減并吸收壓電振子背向輻射的超聲能量，使之不在探頭中來回反射而使振子的振鈴時間加長，因此要求墊襯具有較大的衰減能力，并具有與壓電材料接近的聲阻抗，使來自壓電振子背向輻射的聲波全部進入墊襯中，并不再反射回到振子中去。

2 醫(yī)用超聲診斷儀的日常故障維修

2.1 超聲探頭的故障維修及日常使用注意事項

2.1.1 超聲探頭的故障維修

（1）超聲探頭外部破損（圖3）。① 最外聲透鏡破損，會導(dǎo)致耦合劑進入探頭內(nèi)部，從而影響探測范圍，甚至測不出圖像；② 聲透鏡起泡造成凸凹不平時，則會導(dǎo)致使用時必須用力往下按才能測到圖像；③ 探頭最前端聲透鏡是會聚或發(fā)散聲波的聲學(xué)元件，當(dāng)聲透鏡脫落時，肯定不能探測。

圖3 超聲探頭外部破損

（2）B超顯示區(qū)圖像有暗道（圖4）。當(dāng)超聲探頭里的信號無輸入輸出時，會導(dǎo)致顯示區(qū)圖像出現(xiàn)暗道，造成這種現(xiàn)象的原因有：① 缺振，即探頭晶片中某一個振子壞掉，若是這種情況，需要更換探頭內(nèi)部晶片；② 傳送信號的電纜線斷掉；③ 信號板銅皮線路或過孔由于某種原因不通；④ 信號板芯片虛焊或燒壞。

圖4 圖像有暗道

（3）圖像顯示模糊（圖5）。造成圖像顯示模糊的原因有：① 探頭本身的自然損耗，當(dāng)探頭的使用年限超過了它規(guī)定的期限時，探頭就會發(fā)生一定程度的衰老、變質(zhì)；② 探頭的使用環(huán)境較差。主要為環(huán)境溫度、濕度，空氣中含腐蝕性氣體和灰塵，探頭受到強烈振動，電源電壓波動過大，這些都可能引發(fā)儀器故障；③ 探頭屏蔽線及地線沒接地或斷裂，導(dǎo)致機器受干擾[5]。

圖5 圖像顯示模糊

2.1.2 超聲探頭的日常使用注意事項

（1）超聲探頭不使用時必須斷電插拔，連接探頭前是在斷電關(guān)機下進行，當(dāng)其從主機上插拔探頭前，也必須先把主機電源切斷。假如該操作是在開機通電的情況下進行，探頭的插拔會因為反復(fù)接觸導(dǎo)通與斷開而快速老化，甚至?xí)螂娏鞯亩啻嗡查g導(dǎo)通而產(chǎn)生強大的電流而燒壞探頭內(nèi)的線材或芯片等。

（2）嚴禁對探頭敲打、撞擊、跌落。

（3）使用合格的超聲耦合劑，嚴禁含油或者其他化學(xué)溶劑成分。

（4）禁止進入液體，探頭的結(jié)構(gòu)是非水密的，在使用的過程中，一旦有液體浸入，將造成探頭內(nèi)部線路短路，使系統(tǒng)無法正常工作。

2.2 醫(yī)用超聲診斷儀主機的故障

超聲診斷儀主機在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)的故障有：

（1）死機現(xiàn)象：開機有光柵，但干擾多，按面板一直有死機現(xiàn)象。

（2）無反射波和圖像靈敏度低：掃描線有部分無反射波，圖像靈敏度也較低，其原因除超聲探頭不良外，發(fā)射電路工作不正常也需注意。

（3）圖像常出現(xiàn)復(fù)影像干擾其圖像：有時常出現(xiàn)一些不同程度的復(fù)影像干擾，但主機的其他部分正常。此故障大多出現(xiàn)與B超成像相關(guān)的發(fā)收電路、數(shù)字掃描變換器和圖像處理的控制信號發(fā)生器電路部分有關(guān)[6]。

[1]金浩宇.醫(yī)用超聲診斷儀器應(yīng)用與維護[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2011.

[2]何錫倫.檢定醫(yī)用B型超聲診斷儀常見故障及排除方法[J].中國測試技術(shù),2004,30(4):75-76.

[3]李易慶.醫(yī)用B型超聲診斷儀的故障診斷及排除[J].醫(yī)藥前沿,2011,1(8):108-109.

[4]周嬙,馮世領(lǐng).超聲診斷儀的維修與維護探討[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2011,8(12):112-114.

[5]崔琳玲,韓豐談,孫思琴.醫(yī)用超聲診斷儀系統(tǒng)接地的改進研究[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2011,8(9):34-36.

[6]韋志平.島津SDL-32B超聲診斷儀故障分析與維修[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(4):120.