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[摘 要]科技力量在医疗设备中的投入比重近年来不断提高，很多智能化高端精密仪器的诊断检修都需要采用科学合理的技术才能完成。本文首先明确了医疗设备故障检测诊断的重要性，阐述了现行故障诊断的传统手段，分析了设备中各种电子电路的故障特征，各种电路故障不同的分析方法，希望为电子电路系统的有效诊断提供一定的参考借鉴价值。
[关键词]医疗设备 电子电路 故障诊断
中图分类号：P850 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0040-02
近年来，医疗系统的各种智能设备不断实现科技革新，在医疗卫生事业中发挥了重要作用。在使用医疗设备的过程中总会出现很多故障。通过区分故障类型可以将故障诊断分为：数字电路系统的故障诊断和模拟电路系统故障诊断。数字电路系统的故障诊断原理是通过明确各种信号的加载确定信号类型，判断信号响应机制，确定不同的激励信号之间关系，积极构建和分析电子电路的拓扑结构，有效找出故障点。而在模拟电路系统的故障诊断中，因模拟信号不同于数字信号的跳跃可捕捉性，其信号是连续不断的生成，分析诊断的复杂程度大大增加。模拟电路系统中的任一电子电路配件不在容差范围内，就会出现故障现象。由此可以知道，模拟电路系统的故障易处于无限状态。
1 医疗设备故障诊断的重要性
医疗设备故障诊断具有综合性和复杂性，要求相关工作人员，不仅需要扎实的专业理论，更需要丰富的实践经验。医疗设备中的电子设备，发展经历过程同其他行业的电子设备一样，完成了从电子管、晶体管、小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路的突破。电子设备发展如此迅速，设备换代的速度也在加快，医务工作者们往往在医疗电子设备出现不正常工作状况后显得无从下手，还需要医疗设备故障诊断和维修保养的工程技术人员，而且从实际工作出发，需要的专业技术人员数量庞大。
现如今，医疗设备体积越来越小，却具有了越来越高的电路集成度。医疗电子设备的精密程度虽然正逐步增加，但设备故障还是能够检测诊断的。一般来说，电路板上集成度较高的芯片整体损坏的概率较低，损坏程度也不大，主要是电路板上的电容、电阻、功率管等元器件损坏较多。而且，医疗设备中最容易出现故障的部分为电源部分。积极机型医疗设备的电子电路系统的诊断，就能为故障处理提供可靠数据，同时也为医疗设备的维修保养提供了有理帮助。医疗设备的维修保养应遵循以“预防为主，治疗为辅”的原则，从而使设备的故障隐患不会激化，减少不必要的损失。
医疗高精仪器设备的工作条件和环境主要有几个考虑因素：楼宇电网供电电压质量；设施仪器安装位置、综合布局的合理性；仪器所处环境的温度、湿度和防尘情况以及仪器地线连接的好坏等。医疗设备故障常见类型可区分为三类，即操作系统故障、仪器系统故障和环境系统故障。医疗设备按故障类型可以将故障诊断分为：数字电路系统的故障诊断和模拟电路系统故障诊断。有关人员对医疗设备中电子电路系统进行诊断时，需要根据实际情况，制定措施，对症下药。如检验分析仪器的故障诊断及排除，涉及到光路系统，管路系统，还有大量的电磁阀控制电路。医疗超声设备构造中基本无机械可动部分，只有电子电路部分，因此它要求故障诊断及维修保养人员要有较强的电路分析能力和较丰富的实践经验，电路部分相对于检验分析仪器来说复杂得多。针对包含有水处理系统的生化系统设备检测，应该依次从光路、管路、再到电路检测，遵循由简到繁的检测原则。医疗机构的生物电设备常见故障为导联线接触不良、断线，血氧饱和度传感器反应不灵敏或损坏，电压测量管路部分漏气，显示屏不亮，电源部分故障等。由于生物电设备故障的每个测量参数都具有单一的模块式电路，因此可以具体针对现象单一检测。而对放射X线影像设备来说，其复杂的机构传动部分易发生紧固螺钉松动、机械传动部分不到位等故障，设备内大量的接触器和继电器易出现触点氧化、接触不良等问题。因此很多医疗设备的显性故障能够清楚分析并解决，但遇到较为复杂的电子电路系统故障就需要提供更加专业的故障诊断技术。
2 数字电路系统故障诊断技术
目前，数字电路系统的故障诊断技术在电子电路领域内主要有单通路敏化技术、多通路敏化技术、主通路敏化技术、全通路图示法等技术方法。早起的数字电路系统的故障诊断主要是通过对组合电路的测试完成对整个电路系统的功能测试。通路敏化法的实施步骤有由故障诊断的表现建立故障赋值，将故障的传播作为敏化条件，通过对故障的后相跟踪检查来确定敏化条件能否在主输入端口进行实现，通过寻求并运用测试函数确定测试结果。单通路敏化法是建立多级门电路中一条敏化通路，敏化通路中的所有门电路均实现适当赋值，使通路中的逻辑变化能沿着该通路传输到主输入端。这条通路应从故障点出发至输出端。总体来说，数字电路系统的故障诊断技术要优于模拟电路系统。
我们对数字电路系统的测试应该积极从非确定性和确定性两种方式着手进行。其中，非确定性测试方式主要依靠人工运作模式，测试人员通过掌握系统的整体构建情况，掌握系统出现故障前期的测试经验，整理生成故障测试集合。还可以积极寻求软件辅助，借助随机的软件方式，运用随机码完成故障筛选，从而产生测试集，往往这时的测试集合覆盖率较高。而确定性测试方式则是往往利用成熟的经典算法来完成，通常有早期的D算法，布尔差分法，还有性能较为优越的九值算法或者主通路敏化法。通过有效使用算法，确定拓扑结构测试，生成测试矢量。
当然，在实现自动化检测生成算法中，还有很多不同的算法，但基础原理都依据很D算法或者布尔差分法生成，例如PODEM算法和FAN算法。PODEM算法内核就是基于D算法原理，整合了NP问题的求解法而成，从而有效降低了回溯的次数，提高了测试效率。而FAN算法则是基于PODEM算法，不同的是路径跟踪的方向正好与PODEM算法相反，这样的跟踪方式也能有效减少回溯处理的时间，甚至达到比PODEM算法更高的检测速率。 3 模拟电路系统故障诊断技术
模拟电路系统的测试与诊断起步于上世纪60年代。自从开始以来进展一直比较缓慢。模拟电路故障诊断技术也可以分为测前以及测后两种诊断方式，故障诊断的工作量主要体现在完成仿真电路所带来的大量计算。如果按照人工智能提出为基准，则可以划分为常规的诊断模式以及现代模拟电路的诊断模式。其中，常规的诊断模式主要包括：故障字典法、元件参数辨识法以及验证法。元件参数辨识法以及验证法是属于测后诊断的范畴。元件参数辨识法的工作机理首先需要收集比较多的相关诊断信息，因此也具有较多的计算工作量。而验证法相对较为简单，主要是通过收集有限信息集进行故障的诊断。此外，根据故障的范围，验证法又可以分为K故障诊断，故障界定和网络撕裂等诸多诊断方法。
故障字典法属于测前诊断，也是目前使用最为广泛的方法之一。故障字典法根据故障信号与激励源之间的不同可以分为不同的类型，如直流故障字典法和交流故障字典法。直流故障字典法的特征是测试端的直流电压或电流向量，交流故障字典法的特征是测试端的频域响应，又称为频域故障字典法。故障字典法适用于非线性电路，诊断条件没有很多限制，但是不能用于软故障的诊断，而且无法有效解决组合数过大的多故障问题。
神经网络故障字典法作为故障字典法的重要方法。主要是将诊断过程视为分类的过程，通过神经网络的分类过程实现故障的诊断。该方法能有效保存相关故障事件，通过首先在进行真正测试前将神经网络训练成字典，将有效连接权值输入保存。一旦电路系统中有相关特征值被录入，就能够及时地查出电路系统的故障点，如同建立了数据库，不断完善存储记录即可。上述神经网络主要有SOM（自组织特征映射网络）以及BP（误差逆传播）两种类型。其中，SOM主要适用于交流模式，可以实现故障的误诊，很好的避免了容差因素恶性结果。实际工作中，故障诊断字典的建立都采用SOM以及BP不同类型神经网络相级联组成。
神经网络故障字典法中的智能计算具有十分可喜的应用前景。例如，BP网络中的结点数量和相关参数可以通过一些遗传算法来选择优化，以往单凭经验来选择相关参数的不良因素将被消除，从而确保了最优化的神经网络搭建。将神经网络训练成字典的过程中也可以应用小波分解等模式加强训练集的筛选，从而提升训练速度以及诊断效率。目前在网络平台容易被提及和使用的“专家系统”就是基于神经网络故障字典法产生规则的一个典型应用，基本的工作原理如下描述：首先采用规则的形式将所收集专家系统的经验加以表示，整合形成有效的知识库；然后针对知识库使用电路系统的报警信息来进行智能推理处理，从而识别出相关的故障元件。如何能在知识获取环节实现突破是建立专家系统的关键问题。现阶段知识获取的瓶颈性、知识的持久维护性以及电路系统的不确定性等等都制约着专家系统的建立完善。通常情况下，专家系统的应用是结合神经网络而进行的。
4 数字和模拟混合电路故障诊断技术
数字和模拟混合电路一般运用离散事件系统的科学方法进行诊断。针对数字和模拟混合电路，可以用G加以表示，对G电路进行建模，则有如下逻辑语言描述：G=（∑，Q，δ）。其中，∑参数代表电路系统G的事件集；Q参数表示电路系统G的状态集；电路系统G中各组件的状态值（状态正常或者为故障）用Q参数中的q来加以描述。
电路系统的状态转换式是由逻辑表达式？：∑*Q→2Q加以表示的。式子中？主要表示诊断结果与故障之间的状态关联性。当电路系统G处于q（q∈Q）时，事件σ（σ∈∑）就会发生，这时电路系统G模型则极有可能转为状态集，通过离散事件系统对数模电路进行诊断，主要能涉及到几方面工作：①判断电路系统G是否具有可测试性；②针对测试条件明确的情况，计算出电路系统G的最小测试集；③计算电路系统G所对应的故障率。
这一方法的优点在于：可以将在同一个模型下集中开展数字信号以及模拟信号的相关测试，而不需要分开处理不同类型的信号模型。特别是无法及时有效的分开已经整合在一起的数字信号与模拟信号进行处理时，在一个模型下计算以及判断就更显现出其简便等优势。
此外，在解决复杂系统故障诊断的不确定性问题方面，多传感器信息融合技术也提供了一条新途径。它是通过利用信息融合进行独特的信息处理，特别适合弥补模拟电路故障诊断中常规的网络撕裂法诊断不准的缺陷，有效克服电路前后元器件相互影响。
5 结语
本文通过数字电路系统和模拟电路系统的相关故障诊断技术的研究探讨，阐述了现行故障诊断的传统手段，明确医疗设备电子电路系统诊断技术重要性。在实际的医疗设备故障诊断中应该根据实际情况灵活采用对应的技术，为实现医疗设备的持续运转提供有力保障。
参考文献
[1] 李阳，张皓然，牛晨璐，武军辉，张扬.关于电力电子电路智能故障诊断技术探究 [J].电子制作，2014.
[2] 李霖，叶永安.电子电路故障诊断与处理 [J].电子科技，2013.
[3] 高泽涵.电子电路故障诊断技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.
[关键词]医疗设备 电子电路 故障诊断
中图分类号：P850 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0040-02
近年来，医疗系统的各种智能设备不断实现科技革新，在医疗卫生事业中发挥了重要作用。在使用医疗设备的过程中总会出现很多故障。通过区分故障类型可以将故障诊断分为：数字电路系统的故障诊断和模拟电路系统故障诊断。数字电路系统的故障诊断原理是通过明确各种信号的加载确定信号类型，判断信号响应机制，确定不同的激励信号之间关系，积极构建和分析电子电路的拓扑结构，有效找出故障点。而在模拟电路系统的故障诊断中，因模拟信号不同于数字信号的跳跃可捕捉性，其信号是连续不断的生成，分析诊断的复杂程度大大增加。模拟电路系统中的任一电子电路配件不在容差范围内，就会出现故障现象。由此可以知道，模拟电路系统的故障易处于无限状态。
1 医疗设备故障诊断的重要性
医疗设备故障诊断具有综合性和复杂性，要求相关工作人员，不仅需要扎实的专业理论，更需要丰富的实践经验。医疗设备中的电子设备，发展经历过程同其他行业的电子设备一样，完成了从电子管、晶体管、小规模、中规模、大规模及超大规模集成电路的突破。电子设备发展如此迅速，设备换代的速度也在加快，医务工作者们往往在医疗电子设备出现不正常工作状况后显得无从下手，还需要医疗设备故障诊断和维修保养的工程技术人员，而且从实际工作出发，需要的专业技术人员数量庞大。
现如今，医疗设备体积越来越小，却具有了越来越高的电路集成度。医疗电子设备的精密程度虽然正逐步增加，但设备故障还是能够检测诊断的。一般来说，电路板上集成度较高的芯片整体损坏的概率较低，损坏程度也不大，主要是电路板上的电容、电阻、功率管等元器件损坏较多。而且，医疗设备中最容易出现故障的部分为电源部分。积极机型医疗设备的电子电路系统的诊断，就能为故障处理提供可靠数据，同时也为医疗设备的维修保养提供了有理帮助。医疗设备的维修保养应遵循以“预防为主，治疗为辅”的原则，从而使设备的故障隐患不会激化，减少不必要的损失。
医疗高精仪器设备的工作条件和环境主要有几个考虑因素：楼宇电网供电电压质量；设施仪器安装位置、综合布局的合理性；仪器所处环境的温度、湿度和防尘情况以及仪器地线连接的好坏等。医疗设备故障常见类型可区分为三类，即操作系统故障、仪器系统故障和环境系统故障。医疗设备按故障类型可以将故障诊断分为：数字电路系统的故障诊断和模拟电路系统故障诊断。有关人员对医疗设备中电子电路系统进行诊断时，需要根据实际情况，制定措施，对症下药。如检验分析仪器的故障诊断及排除，涉及到光路系统，管路系统，还有大量的电磁阀控制电路。医疗超声设备构造中基本无机械可动部分，只有电子电路部分，因此它要求故障诊断及维修保养人员要有较强的电路分析能力和较丰富的实践经验，电路部分相对于检验分析仪器来说复杂得多。针对包含有水处理系统的生化系统设备检测，应该依次从光路、管路、再到电路检测，遵循由简到繁的检测原则。医疗机构的生物电设备常见故障为导联线接触不良、断线，血氧饱和度传感器反应不灵敏或损坏，电压测量管路部分漏气，显示屏不亮，电源部分故障等。由于生物电设备故障的每个测量参数都具有单一的模块式电路，因此可以具体针对现象单一检测。而对放射X线影像设备来说，其复杂的机构传动部分易发生紧固螺钉松动、机械传动部分不到位等故障，设备内大量的接触器和继电器易出现触点氧化、接触不良等问题。因此很多医疗设备的显性故障能够清楚分析并解决，但遇到较为复杂的电子电路系统故障就需要提供更加专业的故障诊断技术。
2 数字电路系统故障诊断技术
目前，数字电路系统的故障诊断技术在电子电路领域内主要有单通路敏化技术、多通路敏化技术、主通路敏化技术、全通路图示法等技术方法。早起的数字电路系统的故障诊断主要是通过对组合电路的测试完成对整个电路系统的功能测试。通路敏化法的实施步骤有由故障诊断的表现建立故障赋值，将故障的传播作为敏化条件，通过对故障的后相跟踪检查来确定敏化条件能否在主输入端口进行实现，通过寻求并运用测试函数确定测试结果。单通路敏化法是建立多级门电路中一条敏化通路，敏化通路中的所有门电路均实现适当赋值，使通路中的逻辑变化能沿着该通路传输到主输入端。这条通路应从故障点出发至输出端。总体来说，数字电路系统的故障诊断技术要优于模拟电路系统。
我们对数字电路系统的测试应该积极从非确定性和确定性两种方式着手进行。其中，非确定性测试方式主要依靠人工运作模式，测试人员通过掌握系统的整体构建情况，掌握系统出现故障前期的测试经验，整理生成故障测试集合。还可以积极寻求软件辅助，借助随机的软件方式，运用随机码完成故障筛选，从而产生测试集，往往这时的测试集合覆盖率较高。而确定性测试方式则是往往利用成熟的经典算法来完成，通常有早期的D算法，布尔差分法，还有性能较为优越的九值算法或者主通路敏化法。通过有效使用算法，确定拓扑结构测试，生成测试矢量。
当然，在实现自动化检测生成算法中，还有很多不同的算法，但基础原理都依据很D算法或者布尔差分法生成，例如PODEM算法和FAN算法。PODEM算法内核就是基于D算法原理，整合了NP问题的求解法而成，从而有效降低了回溯的次数，提高了测试效率。而FAN算法则是基于PODEM算法，不同的是路径跟踪的方向正好与PODEM算法相反，这样的跟踪方式也能有效减少回溯处理的时间，甚至达到比PODEM算法更高的检测速率。 3 模拟电路系统故障诊断技术
模拟电路系统的测试与诊断起步于上世纪60年代。自从开始以来进展一直比较缓慢。模拟电路故障诊断技术也可以分为测前以及测后两种诊断方式，故障诊断的工作量主要体现在完成仿真电路所带来的大量计算。如果按照人工智能提出为基准，则可以划分为常规的诊断模式以及现代模拟电路的诊断模式。其中，常规的诊断模式主要包括：故障字典法、元件参数辨识法以及验证法。元件参数辨识法以及验证法是属于测后诊断的范畴。元件参数辨识法的工作机理首先需要收集比较多的相关诊断信息，因此也具有较多的计算工作量。而验证法相对较为简单，主要是通过收集有限信息集进行故障的诊断。此外，根据故障的范围，验证法又可以分为K故障诊断，故障界定和网络撕裂等诸多诊断方法。
故障字典法属于测前诊断，也是目前使用最为广泛的方法之一。故障字典法根据故障信号与激励源之间的不同可以分为不同的类型，如直流故障字典法和交流故障字典法。直流故障字典法的特征是测试端的直流电压或电流向量，交流故障字典法的特征是测试端的频域响应，又称为频域故障字典法。故障字典法适用于非线性电路，诊断条件没有很多限制，但是不能用于软故障的诊断，而且无法有效解决组合数过大的多故障问题。
神经网络故障字典法作为故障字典法的重要方法。主要是将诊断过程视为分类的过程，通过神经网络的分类过程实现故障的诊断。该方法能有效保存相关故障事件，通过首先在进行真正测试前将神经网络训练成字典，将有效连接权值输入保存。一旦电路系统中有相关特征值被录入，就能够及时地查出电路系统的故障点，如同建立了数据库，不断完善存储记录即可。上述神经网络主要有SOM（自组织特征映射网络）以及BP（误差逆传播）两种类型。其中，SOM主要适用于交流模式，可以实现故障的误诊，很好的避免了容差因素恶性结果。实际工作中，故障诊断字典的建立都采用SOM以及BP不同类型神经网络相级联组成。
神经网络故障字典法中的智能计算具有十分可喜的应用前景。例如，BP网络中的结点数量和相关参数可以通过一些遗传算法来选择优化，以往单凭经验来选择相关参数的不良因素将被消除，从而确保了最优化的神经网络搭建。将神经网络训练成字典的过程中也可以应用小波分解等模式加强训练集的筛选，从而提升训练速度以及诊断效率。目前在网络平台容易被提及和使用的“专家系统”就是基于神经网络故障字典法产生规则的一个典型应用，基本的工作原理如下描述：首先采用规则的形式将所收集专家系统的经验加以表示，整合形成有效的知识库；然后针对知识库使用电路系统的报警信息来进行智能推理处理，从而识别出相关的故障元件。如何能在知识获取环节实现突破是建立专家系统的关键问题。现阶段知识获取的瓶颈性、知识的持久维护性以及电路系统的不确定性等等都制约着专家系统的建立完善。通常情况下，专家系统的应用是结合神经网络而进行的。
4 数字和模拟混合电路故障诊断技术
数字和模拟混合电路一般运用离散事件系统的科学方法进行诊断。针对数字和模拟混合电路，可以用G加以表示，对G电路进行建模，则有如下逻辑语言描述：G=（∑，Q，δ）。其中，∑参数代表电路系统G的事件集；Q参数表示电路系统G的状态集；电路系统G中各组件的状态值（状态正常或者为故障）用Q参数中的q来加以描述。
电路系统的状态转换式是由逻辑表达式？：∑*Q→2Q加以表示的。式子中？主要表示诊断结果与故障之间的状态关联性。当电路系统G处于q（q∈Q）时，事件σ（σ∈∑）就会发生，这时电路系统G模型则极有可能转为状态集，通过离散事件系统对数模电路进行诊断，主要能涉及到几方面工作：①判断电路系统G是否具有可测试性；②针对测试条件明确的情况，计算出电路系统G的最小测试集；③计算电路系统G所对应的故障率。
这一方法的优点在于：可以将在同一个模型下集中开展数字信号以及模拟信号的相关测试，而不需要分开处理不同类型的信号模型。特别是无法及时有效的分开已经整合在一起的数字信号与模拟信号进行处理时，在一个模型下计算以及判断就更显现出其简便等优势。
此外，在解决复杂系统故障诊断的不确定性问题方面，多传感器信息融合技术也提供了一条新途径。它是通过利用信息融合进行独特的信息处理，特别适合弥补模拟电路故障诊断中常规的网络撕裂法诊断不准的缺陷，有效克服电路前后元器件相互影响。
5 结语
本文通过数字电路系统和模拟电路系统的相关故障诊断技术的研究探讨，阐述了现行故障诊断的传统手段，明确医疗设备电子电路系统诊断技术重要性。在实际的医疗设备故障诊断中应该根据实际情况灵活采用对应的技术，为实现医疗设备的持续运转提供有力保障。
参考文献
[1] 李阳，张皓然，牛晨璐，武军辉，张扬.关于电力电子电路智能故障诊断技术探究 [J].电子制作，2014.
[2] 李霖，叶永安.电子电路故障诊断与处理 [J].电子科技，2013.
[3] 高泽涵.电子电路故障诊断技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.