瓦里安Unique直線加速器治療頭旋轉故障案例分析

陳 鵬 馬蕾杰 劉 冰 劉 晗 雷宏昌*

Unique直線加速器(美國瓦里安公司)是一種用于腫瘤精確放射治療的低能醫用直線加速器，其主要產生單能量為6 MV的X射線，多配備120片多葉光柵和圖像引導系統，可實現三維適型調強放射治療和容積調強放射治療等。相比高能加速器其具有結構簡單、可靠高效等優勢[1]。鄭州大學附屬腫瘤醫院放療科的Unique直線加速器在治療過程中遇到過3例治療頭旋轉故障，故障現象均為旋轉過程中時斷時續，隨著運動時間加長，停止頻率增多直到不運動，但停止一段時間后又可運動，且出現該現象時加速器不報連鎖，無故障代碼。雖然三次故障現象都相同，但每次處理結果并不相同。為此，對3例故障案例進行總結，供同行參考。

1 加速器治療頭的結構與作用

加速器治療頭內由輻射光學模擬系統(射野燈和反光鏡)、一對上準直器、一對下準直器、多葉光柵以及附件盤等組成。其主要作用是將輻射束流限制在一定的區域內，并取得臨床中所需要不同尺寸、不同形狀的照射野[2]。治療頭的旋轉驅動組件安裝在其旁邊的正前方，通過減速電機和齒輪鏈條傳動驅動治療頭旋轉，可得到不同角度的照射野。為防止治療頭連續向同一個方向旋轉造成電纜線扭轉損壞，設計旋轉限位保護裝置，即兩組微動開關和橡膠緩沖塊。

2 故障分析

2.1 故障案例一

(1)故障分析。此故障可從控制部分和驅動部分兩方面著手，除治療頭旋轉外其他運動部分都正常，所以首先排除該現象控制部分無問題，著手檢查驅動部分。驅動信號流程如圖1所示。

治療頭旋轉控制信號至PWM板后通過CH3 13c，11c輸出22.8 V左右的直流電壓，經過AUX BACK PCB J45-15，16到Gantry Patch Panel的J23-15，16進，經該板J33-1，3出，送到治療頭旋轉電機。驅動治療頭旋轉時該流程各個節點均有22.8 V左右的直流電壓，當治療頭旋轉至逐漸停止過程中電機兩端、J33-1，3、J23-15，16及J45-15，16的電壓均由22.8 V逐漸減小至0 V，而在PWM板CH3輸出的13c，11c電壓仍為22.8 V(需要用延長板測)。因此排除PWM板故障，但為了進一步確認該判斷，將XA1 PWM板與XA2 PWM板進行互換，故障現象依舊。

圖1 治療頭旋轉驅動信號流程圖

在維修模式下查看COL MOT I值為1.1 A。因治療頭旋轉電路中電流值過大且電機噪音較大，懷疑旋轉電機性能降低，測量該電機線圈電阻為4.3 Ω，新電機線圈電阻為120 Ω，線圈電阻減小96%，所以斷定為電機故障。查找圖紙發現在PWM板CH3輸出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之間兩路各有1個熱敏電阻RT7和RT8(0.75 A)，該電阻類似于自恢復保險絲起到過流保護器件作用。因旋轉電機性能降低，至使電路中電流增大至1.1 A，超過該熱敏電阻截止電流0.75 A，工作一段時間后該熱敏電阻溫度升高，阻值瞬間增大中斷電路回路，所以PWM板輸出有電壓而電機不工作，停用一段時間后溫度降低電阻恢復正常，電路回路導通電機又工作。

(2)故障處理。從另一臺設備上拆下同型號的治療頭旋轉電機并安裝，治療頭旋轉正常，進行校準后故障現象消失，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障分析。由于此前更換的是舊電機，懷疑該電機使用一段時間后性能降低，將全新電機更換后故障依舊，判斷此次故障與電機無關。使用萬用表測量驅動電路中各節點電壓，在治療頭正常旋轉時均有電壓22.8 V左右，不能旋轉時無電壓且PWM板輸出CH3 13c，11c也無電壓。懷疑PWM板故障，將XA1與XA2的PWM板互換，XA1 PWM板CH3輸出為COLL RTN(治療頭旋轉)信號，XA2 PWM板CH3輸出為PSA RTN(治療床旋轉)信號。開機后測試發現治療頭旋轉正常，治療床旋轉時斷時續，故障現象已由治療頭旋轉轉移至治療床旋轉，因此判斷為PWM板故障(如圖2所示)。

圖2 PWM板H-橋驅動電路原理示圖

PWM板的4個通道均由IR8200B H-橋驅動，H-橋控制60 Hz方波信號的占空比，實現脈沖寬度調制，使負載得到所需的平均功率。H-橋連續輸出電流達3 A，具有過熱保護功能。IR8200B的第9腳為過熱標志輸出信號TF0，正常時電壓約為4.9 V左右，當溫度升高時，電壓下降，U1的11腳檢測TF0信號，如果發現溫度過高，則發出FAULT信號，BRAKE信號有效，限制該板輸出電路[3-4]。該板中的H-橋、多路開關、放大器以及數模轉換器等均可能故障。

(2)故障處理。在測量過程中發現PWM板位置正下方的散熱風扇不工作，導致該電路板散熱不正常，從而燒壞H-橋元器件。更換PWM板和散熱風扇后，治療頭工作正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障分析。根據以往經驗先測量各節點13c，11c、J45-15，16、J23-15，16、J33-1，3以及治療頭旋轉電機兩端電壓。發現正常旋轉時各節點電壓均為23 V左右，當電機逐漸停止時，各節點電壓均由23 V減小至0 V，而PWM輸出13c，11c兩端電壓仍為23 V。在排除電機故障后，進一步測量PWM板CH3輸出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之間這兩路的熱敏電阻RT7和RT8(0.75 A)時發現在正常旋轉時RT7和RT8兩端電壓均為0.5 V左右，當治療頭故障停止時RT7兩端電壓0.5 V左右，而RT8兩端電壓25 V(電阻前端電壓31 V，后端電壓6 V)，治療頭旋轉電機電流COLL MOTI為0.68 A，并未達到該熱敏電阻的截止電流0.75 A，所以判斷為熱敏電阻RT8故障。

當電路正常工作時，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻較小，串聯在電路中不會阻礙電流通過；當電路因故障而出現過電流時，熱敏電阻由于發熱功率增加導致溫度上升，當溫度超過開關溫度時，電阻瞬間會劇增，從而阻斷電路回路而起到保護電路作用。熱敏電阻器屬于敏感元件，按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器(positive temperature coefficient，PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(negative temperature coefficient，NTC)[5]。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，在不同溫度下表現出不同的電阻值。PTC在溫度越高時電阻值越大，NTC在溫度越高時電阻值越低，二者同屬于半導體器件且優點較多但相對易老化。

(2)故障處理。更換AUX.BLACK PCB上的熱敏電阻RT8后進行校準測試，故障現象消除，故障排除。

3 小結

治療頭旋轉故障的原因很多，如治療頭旋轉限位開關故障、位置電位器故障、主次電位器不匹配(HWFA聯鎖)、治療頭旋轉鏈條脫落和檢測鏈條松緊傳感器故障等[6-7]。以上3例故障現象雖然相同，但處理結果完全不同，因此當出現類似故障現象時，先要檢查驅動電路PWM板，仔細觀察各個信號燈指示，認真測量各節點電壓，綜合判斷分析引起故障現象的原因。同時，日常工作中的維護與保養工作十分重要，因配備風扇的部位散熱量比較大，應定期檢查風扇運轉情況并及時處理風扇和電路板上的灰塵，以免燒壞電路板的元器件。加強日常巡查加速器工作狀況，發現問題應及時查找原因并維修，從而保障設備的良好運行。

[1]金磊.陳新建.Varian600cd直線加速器機架旋轉故障分析[J].醫學信息，2014，27(9)：218.

[2]顧本廣.醫用加速器[M].北京：科學出版社，2003.

[3]楊紹洲.2100C加速器STPS聯鎖的檢修方法[J].醫療設備信息，2004，19(5)：69.

[4]許琨，賈輝.瓦里安高能加速器PWM板的工作原理與維修[J].中國醫療器械雜志，2011，35(6)：467.

[5]李小龍.熱敏電阻的分類、特性與應用研究[J].科技展望，2016，24：104.

[6]譚庭強，李黎，李賢富，等.UNIQUE醫用直線加速器故障分析與維修2例[J].中國醫療設備，2016，31(8)：164-165.

[7]楊紹洲，王勝軍.VARIAN加速器維修經驗的總結[J].北京生物醫學工程，2004，23(4)：310-311.