醫科達Compact 電子直線加速器一例特殊故障的維修

郭明，鞏麗娜

山東第一醫科大學附屬鄒平醫院 （山東濱州 256200）

醫科達Compact 電子直線加速器是一種單光子6 MV 低能量醫用電子直線加速器，主要由（駐波）加速管、微波功率源（磁控管）、調制器、微波傳輸系統、電子槍、束流系統、真空系統、恒溫水冷系統、治療床和各種控制系統組成[1-2]，工作流程見圖1。

圖1 醫科達Compact 電子直線加速器的工作流程

為了保障安全，除上述主要部件外，醫科達Compact 電子直線加速器還設置了許多保護報警裝置用來保障設備的正常運行，而保護裝置故障往往引發意想不到的問題。本研究對醫科達Compact 電子直線加速器的一例特殊故障的維修過程進行分析，以供同行參考。

1 加速器高壓調制器的設計原理

各個廠家的加速器設計的高壓調制器基本相同，但細節上又各有獨特的設計電路。醫科達Compact 電子直線加速器的高壓調制器與其他加速器不同之處在于，高壓電源部分采用整體設計部件——充電分機。充電分機經交流電源整流、濾波和絕緣柵雙極性晶體管IGBT 高頻振蕩電路，產生一個12 kV 的直流脈沖高壓，直流高壓輸出至調制器放電層，經脈沖網絡（PFN）、閘流管對“脈沖變壓器”初級繞組放電，其次級產生脈沖高壓。其中一路脈沖寬度為4.2 μS，幅度為48 kV，加到磁控管陽極引起磁控管震蕩，產生一個4.2 μS、2.5 MV，頻率為2 998 MHz 的微波脈沖，經四端環流器饋入加速器；另一路高壓脈沖寬度相同，幅度為17 kV，加到電子槍陰極，使電子高速射入加速管，通過自動穩頻裝置使磁控管的工作效率與加速管的頻率色散得到最好配合，產生高速電子轟擊靶，最終產生6 MV X 線。

2 故障現象與檢修

2.1 故障現象

加速器出束過程中，上位機突然出現“充電故障”，不可用鑰匙復位。

2.2 故障分析和檢修

上位機報“充電故障”提示充電分機故障。維修人員關機、進入治療機房，機房內有電子器件燒焦氣味，打開高壓調節器柜，將高壓放電棒搭上脈沖網絡，找到充電分機，打開面板，發現充電分機IGBT觸發板燒壞。如果不考慮充電分機本身質量問題，引起高壓充電分機燒壞的原因可能是高壓調制器后級有高壓打火或短路現象，肉眼觀察脈沖網絡、高壓電纜、脈沖變壓器、加速管、脈沖高壓器等高壓器件，未發現明顯打火痕跡，逐個測試高壓元器件，未發現短路現象；更換充電分機，撤掉放電棒，開機上電，無故障提示；進入維修模式，降低充電分機的充電頻率，Beam on出束，機器無異常，步進式調整充電頻率，直到磁控管工作電流為105 A為止。關機，進入機房，拆下電子槍電源，重新開機加熱，上高壓，維修人員在機房內安全位置黑暗狀態觀察機器，未發現高壓打火現象，從而確定此故障為偶發故障；恢復設備狀態，校準，加速器工作正常。1個多月后，加速器出束中又突然報“充電故障”，鑰匙不能復位，再次進行上述步驟檢修，發現充電分機損壞，且與上次損壞情況相同，說明該故障未完全解決。該故障無規律、偶發，大多數此類故障由運動引發。Compact直線加速器與運動有關聯的高壓器件為磁控管、加速管、脈沖變壓器及高壓電纜，維修人員觀察上述高壓器件，并且觀察其輔助裝置，發現脈沖變壓器的油壓保護裝置有問題。油壓保護裝置由全金屬桿和行程開關組成，當脈沖變壓器油溫升高或壓力上升時，金屬桿伸出頂開行程開關的常閉接點，控制臺上位機顯示“油壓過高”提示，而維修人員檢查此脈沖高變壓器后，未見金屬桿，設備也從未提示“油壓過高”，因此考慮不確定因素引起金屬桿回縮至油箱里。當脈沖變壓器隨機架旋轉時，金屬桿在油箱中游動，當金屬桿“偶然”碰到脈沖變壓器高壓端時，引起高壓打火，引發上述2次故障；拆下脈沖變壓器，打開油箱發現金屬桿脫落在油箱中，且有打火痕跡，更換脈沖變壓器和充電分機的IGBT觸發板，重新調整PFN，校準，設備工作正常，且再未出現上述故障。

該故障是由脈沖變壓器油壓檢測的“小”裝置引發的不可預見的偶發故障。此金屬桿的設計僅考慮油箱溫度升高油桿伸出情況，未考慮金屬桿回縮情況，因此，可在金屬桿上加一個阻擋裝置，防止油桿回縮到油箱內，或者同時增加一組行程開關，油桿回縮時觸發接點，在上位機提示油桿狀態，見圖2～3。

圖2 改進前金屬桿設計

圖3 改進后金屬桿設計

3 小結

醫用直線加速器是高精密大型醫療設備，結構復雜，涉及許多學科和技術領域，如高能物理、微波理論、劑量測量技術、電子真空技術、無線電技術、計算機技術等。在檢修過程中，小細節往往決定成敗，因此，需要維修人員善于從細小處發現問題、解決問題，以保障醫療設備的安全運行。