醫科達Versa HD直線加速器輻射頭故障維修

陳 曉，劉旭紅，趙永軍，王 禪

（云南省腫瘤醫院，昆明醫科大學第三附屬醫院放療中心，昆明650118）

0 引言

醫用電子直線加速器是目前腫瘤放射治療中應用最廣泛，同時也是故障率較高的設備。我院醫科達Versa HD直線加速器配置有6、10 MV 2擋X射線和4、6、8、10、12、15 MeV 6擋電子線。輻射頭（通常稱治療頭或小機頭）是醫用電子直線加速器最終用于患者治療的射束形成系統，可屏蔽掉無用的射線，形成不同劑量特性、不同形狀尺寸、不同角度的射束對患者實施放射治療[1]。醫科達Versa HD直線加速器配置的是最新的Agility輻射頭，有80對多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）葉片[2]。輻射頭容易發生各種故障，且故障時都有相應的聯鎖出現[3]。本文主要介紹輻射頭的工作原理及常見故障的分析和維修過程，供同行參考。

1 輻射頭的工作原理

輻射頭的工作原理如圖1所示。選擇X射線治療時，電子束打靶產生X射線，X射線通過初級過濾器孔，經過圓錐形初級準直器限束，再經過次級過濾器轉盤上的均整器過濾，形成劑量均勻分布的X射線；如果選擇電子線，靶縮回，次級過濾器轉盤把均整器轉出，散射箔轉入，電子束經過初級過濾器散射箔散射，再經過次級過濾器散射箔散射擴展成劑量均勻分布的電子線。80對MLC葉片形成適形調強射野，上下2對鎢門（Y1/Y2、X1/X2）形成矩形照射野，對患者的靶區實施放射治療。雙通道電離室監測機器輸出劑量、平坦度、對稱性和劑量率等；楔形塊用于對射線進行修整，以獲得楔形劑量分布，達到射束修正的目的；遮光板用于減少來自楔形塊的散射線對電離室的影響；反光鏡形成擺位用燈光野（與輻射野一致）；攝像頭光學系統通過反光鏡讀取MLC葉片位置；輻射頭旋轉部分（電離室以下）形成不同的治療角度。

圖1 輻射頭工作原理

2 故障維修實例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

無論選擇X射線還是電子線，治療過程中每個患者會報1～2次“Scatt.posn聯鎖”，旋轉機架后聯鎖又會消失。

2.1.2 故障分析

“Scatt.posn聯鎖”代表初級過濾器位置錯誤。初級過濾器扇形片上有6個孔，其中5個孔分別安裝了5個不同厚度鉭材料散射箔給不同能量的電子線使用，另外1個孔空著，X射線從該孔穿過。伺服電動機M4驅動帶齒扇形金屬片通過連桿的運動帶動初級過濾器扇形片做弧形運動，選擇與射線種類和能量相對應的過濾器移動到射束中心位置。射束中心的過濾器位置通過2個電位器讀取，一個是位置電位器（RV4），另一個是Check（檢查）電位器（RV2），在控制器中每個電位器都有一個設定值。如果RV4實際值與設定值不一致，超出范圍，則報“Scatt.posn聯鎖”；如果RV2實際值與設定值不一致，超出范圍，則報“Scatt.chk聯鎖”。本故障顯然是RV4的實際值與設定值不一致造成的。進入維修模式，選擇常用的6 MV X射線能量，此時初級過濾器上的空著的孔移動到射束中心位置。故障出現時，進入維修模式，在Mechanisms頁面顯示item446 Scatt.posn的設定值為685，實際值為1 000，兩者相差315，超過設定的±75的范圍，因此報聯鎖故障。參考電路圖4513 330 7041，故障原因可能有：（1）RV4參考電壓故障；（2）RV4故障；（3）RV4讀數電壓傳輸路徑故障。檢查過程中發現機架在40°～330°旋轉時，實際值會不斷變化。更換與RV4讀數信號傳輸路徑相關的12區AI12A和SCC-RHA電路板后故障仍在；將機架旋轉到180°，拆下ARM（機架臂）面上2塊蓋板，檢查RV4參考電壓為10 V，正常；晃動電位器齒輪實際值會大幅變化，判斷電位器RV4內部接觸不良。

2.1.3 故障處理

標記好M4、RV4組件位置和固定螺釘位置以及帶齒的扇形金屬片（銅色）的位置，如圖2所示。拆下2顆內六角黑色螺釘，拿出組件，更換RV4，然后調整RV4讀數使item446 Scatt.posn的實際值在685左右。將組件齒輪插入扇形金屬片的齒條上，注意讀數的變化，如果變化大，則重新調整和安裝，直到讀數在685左右，然后用螺釘固定好。測量各能量輸出劑量、平坦度和對稱性均在正常范圍內，機器恢復正常。

2.1.4 小結

更換電位器前一定要標記好M4、RV4組件位置和固定螺釘位置以及帶齒的扇形金屬片的位置。安裝時一定要對好標記，并調整好電位器讀數使之與設定值一致，以保證更換前后過濾器在射束中心位置一致。

圖2 M4和RV4位置圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

標準X射線治療過程中，機器報“Shutt.mon聯鎖”，重啟機器無效。

2.2.2 故障分析

Shutter（遮光板）位于電離室和楔形塊之間，主要作用是減少來自于楔形塊的不對稱散射線對電離室的影響。標準X射線治療模式時，Shutter插入（in），Shutter in微動開關閉合；電子線治療模式時，Shutter移出（out），Shutter out微動開關閉合[4]。24 V聯鎖信號電壓通過閉合的微動開關觸點，最后到達12區RHCA Backplanec（輻射頭控制區底板）電路板，如果24 V信號電壓傳輸路徑中斷，會報“Shutt.mon聯鎖”。因為在標準X射線模式時報聯鎖，所以判斷Shutter in的24 V聯鎖信號電壓傳輸路徑故障。參考電路圖1023970-WD，Shutter in的24 V聯鎖信號電壓傳輸路徑為：24 V→Backplane（底板）插座SK26-P3-A7→26P14-9→26M1-9→Shutter in微動開關→26M1-10→26P14-10→SK26-P3-B6→SK26-P3-C12→26P4-29→伸縮扁平電纜26A→25F-22→12區RHCA（輻射頭控制區）Backplane12A-22。實測Backplane插座SK26-P3的A7腳到12區RHCA Backplane插頭12A的22腳不通。逐段排查，最后發現SK26-P3-A7→26P14-9不通。用維修專用反光鏡仔細觀察Backplane電路板背面，發現SK26-P3-A7腳到26P14-9腳之間的銅箔中間有一處與旁邊的金屬架之間有打火痕跡，實際測量兩腳之間連線已斷開，導致Shutter in開關無24 V電壓輸入。

2.2.3 故障處理

打開Card Cage（插件框架）金屬架（該架子類似門的結構），拆下冷卻風扇，拔下CCU（攝像控制單元）插頭及插在Backplane電路板上的3塊電路板，拆除上、下各2顆固定螺釘，取出Backplane電路板。用無水酒精清潔電路板和金屬架打火處，在SK26-P3-A7腳與26P14-9腳之間連接1根短路線（灰色），機器恢復正常。短路線位置如圖3所示。

2.2.4 小結

輻射頭Card Cage金屬架結構緊湊，Backplane電路板插座SK26-P3的A7腳到26P14插座的9腳之間的銅箔（有24 V電壓）與旁邊的金屬架之間距離太近，可能是由于金屬架變形引起短路打火。平時應注意打開或關閉金屬架時不要開口太大和用力過猛，以免引發故障。

圖3 Backplane電路板新連接短路線位置

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

每天早晨開機報“D.rot.chk聯鎖”，狀態下降到“closed”，過20 min左右聯鎖自動消失，機器恢復正常。

2.3.2 故障分析

D.rot.chk聯鎖代表輻射頭旋轉角度Check（檢查）電位器（RV1）讀數錯誤。為確保輻射頭角度準確，由3個電位器進行監測，分別為Coarse（粗調）電位器（RV3）、RV1和Fine（精調）電位器（RV5）。正常情況下RV1讀數電壓與RV3設置成一致，并與RV5相關聯。如果RV1讀數與RV3不一致，則會報“D.rot.chk聯鎖”，并引起機器狀態從“Preparatory”下降到“Closed”。進入SERVICE模式，點擊功能區“Override”，在“Interlock Group”下拉菜單中選擇“3.No Term.Movm”，此時機器狀態上升到“Preparatory”。加載Pots菜單，查看Item561 Drot Coarse電位器實際讀數為5.00 V，正常（輻射頭角度在0°位置），Item136 D.rot.Check電位器實際讀數在3.50～4.75 V之間變化，因此報聯鎖。機架旋轉到180°位置，拆除機架ARM上面2塊蓋板，測量右側黑色RV1參考電壓10 V，正常，中間抽頭讀數電壓穩定在5 V，正常，判斷RV1讀數電壓傳輸路徑故障。

2.3.3 故障處理

參考電路圖4513 330 7034，與RV1讀數電壓傳輸路徑相關的電路板有12區SCC-RHA和AI12A 2塊，更換AI12A電路板后Item136 D.rot.Check電位器實際讀數穩定在5.00 V（輻射頭0°），故障排除。

2.3.4 小結

“D.rot.chk聯鎖”故障是由12區AI12A電路板熱穩定性差導致的。剛開機時由于溫度低容易發生故障，隨著開機時間的延長，溫度升高，相關元件工作趨于正常。

2.4 故障四

2.4.1 故障現象

報“Beam MU Ch2（劑量監測通道2）聯鎖”，重啟機器故障依舊。

2.4.2 故障分析

電離室是直線加速器用來監測射線（X射線和電子線）輸出劑量大小的關鍵部件。為確保劑量監測的準確、安全，采用雙通道電離室（Ch1和Ch2）。本故障報“Beam MU Ch2”聯鎖，且重啟機器不能消除，判斷電離室故障或電離室通道2輸出信號傳輸通道故障。電離室通道2輸出信號的傳輸通道為：電離室SK25J-15（25區）→SK25C-16（25區）→SK12F1-3（12區）→JJ（MOTHERBOARD）→PL2-A3、C3（DOSE B）。斷電后拔出DOSE B電路板，插入延長板，拔出25區SK25C的插頭，測量插頭16腳與延長板對應的插座PL2的A3和C3腳都是相通的，更換DOSE B電路板無效，說明通道2信號傳輸通道基本正常，由此判斷電離室故障。

2.4.3 故障處理

將機架旋轉到180°，安裝好機架后部的支撐桿和兩側防止機架旋轉的鐵條，吊輻射頭，移開輻射頭后發現中間圓形電離室（黑色）中間有一小孔（如圖4所示），說明電離室已換壞。戴防靜電手腕帶更換電離室。裝回輻射頭后分別校準X射線和電子線各擋能量的輸出劑量，機器恢復正常。

2.4.4 小結

該電離室已超負荷使用了3 a，基本上達到了預期的使用壽命。電離室價值較高，且更換時需要吊輻射頭，操作過程中一定要遵守操作規程，注意安全。

2.5 故障五

2.5.1 故障現象

報“Leaf missing（葉片 丟 失）、Leaf pair 1、Leaf pair 2、Leaf pair 3、Leaf pair 4等聯鎖”。

2.5.2 故障分析

MLC葉片的位置是通過攝像頭光學系統讀取粘貼在每片葉片頂端的紅寶石反光點來識別，如果識別不到反光點會報該葉片丟失。Leaf missing、Leaf pair 1、Leaf pair 2、Leaf pair 3、Leaf pair 4等聯鎖代表多對MLC葉片丟失。

查看MLC葉片反光點位置，如圖5所示，X1和X2兩邊各直線排列有80片葉片，反光點顯示綠色（正常應顯示白色或紅色），射野內有多處大小不一的白色亮點（下方）。用坐標紙查看，發現燈光野嚴重變形，說明反光鏡已破裂，需更換。

2.5.3 故障處理

將機架旋轉到180°，輻射頭旋轉90°，拆下ARM上面的蓋板，拆下攝像頭光學系統架，發現反光鏡中間已破裂成一個空洞。更換反光鏡，裝回攝像頭光學系統架，檢測燈光野大小和垂直度、燈光野與輻射野一致性，調整合格后機器恢復正常。

2.5.4 小結

圖4 輻射頭電離室

圖5 MLC葉片反光點位置

反光鏡由聚酯薄膜材料制成，長期受輻射容易老化破裂。我院機器由于負荷重、運行時間長，因此平均1 a需更換一面該反光鏡。

3 結語

輻射頭是最終用于患者治療的射束形成系統，具有精密的結構和精準的控制，相關部件位置出現偏差或調整不當都有可能會對患者造成巨大傷害，需要在維修、保養和質控過程中特別注意。靶、電離室和過濾器等與劑量相關的部件維修完成后，要對機器輸出劑量、射野平坦度和對稱性進行測量和校準；反光鏡及攝像頭光學系統、鎢門等與燈光野相關的部件維修完成后，要對燈光野大小和垂直度、燈光野與輻射野一致性進行檢測和校準。灰塵會影響到MLC葉片位置的識別、增大葉片運行阻力，保養機器時要注意清潔輻射頭內的灰塵。建議每天早晨對輻射頭十字線與激光燈的一致性進行檢查，每周對機器輸出劑量進行檢查，每月對輻射頭旋轉角度精度、輻射頭旋轉等中心精度、射野平坦度和對稱性進行檢查，以確保安全。