醫科達Synergy 直線加速器閘流管聯鎖故障分析及維修

章威

1 中國科學院大學附屬腫瘤醫院·浙江省腫瘤醫院 （浙江杭州 310022）；2 中國科學院基礎醫學與腫瘤研究所 （浙江杭州 310022）

醫用直線加速器是用于臨床放射治療的主要設備，具有功能強大等特點[1]。我院于2019年啟用醫科達Synergy直線加速器，由于醫院治療任務繁重，加速器每日運行時間較長，多次發生閘流管聯鎖故障。本研究現總結醫科達Synergy 直線加速器出現的閘流管聯鎖故障原因及維修過程，以供臨床參考。

1 閘流管的功能結構和工作原理

閘流管是醫用直線加速器脈沖調制器的關鍵部件，用來控制儲能元件向負載釋放能量[2]，包括燈絲陰極、高壓陽極、柵極G1、柵極G2和氫氣發生極。經查閱醫科達Synergy直線加速器相關手冊得知，閘流管由6.3 V 的交流電源加熱陰極燈絲釋放電子，5.5 V 的交流電源加熱氫氣發生極上的鈦氫化合物產生氫氣，并維持管內的氫氣氣壓；高壓陽極和柵極具有良好的導熱和導電性能，并且具有較高的熔點，其中柵極G1有+140 V 的直流電源，用于激勵氫電離；電離完成后，柵極G1的電壓會保持在12～22 V 之間的正常工作電壓[3]；當脈沖形成網絡被充電時，陽極和陰極之間存在一個很高的電位差，柵極G2有-140 V 的直流電源，以防止電流流動，若柵極G2受到一個+900 V/3 μs 的正脈沖后，閘流管導通；當脈沖形成網絡放電完成后，閘流管停止導通，等待下一個充電周期。但需注意閘流管在使用前必須有充足的預熱時間，以保證閘流管內部氫氣氣壓和陰極燈絲發射電子的穩定性；醫科達Synergy 直線加速器的預熱時間為15 min，進入維修模式可以修改預熱時間；跳過或者縮減預熱時間，可能導致閘流管壽命縮短甚至加速器故障，建議不要輕易修改預熱時間。

2 故障一

2.1 故障現象

醫科達Synergy 直線加速器在正常治療過程中頻繁出現GTO/LOAD 聯鎖，出束終止。

2.2 故障分析及故障維修

根據由簡到繁的工作原理，首先檢查閘流管風扇運行是否正常，若風扇停止運行或者運行狀態不佳，則會影響閘流管散熱導致故障發生，經檢查，閘流管風扇運行正常；然后檢查光纖通信是否正常，可檢查高壓隔離板上的光纖接口OPTO2和高壓控制區光學接收器上的光纖接口OPTO8，經檢查，光纖通信正常；接著分析閘流管，若閘流管短路，充電變壓器的二次回路會形成電感-電阻電路，該電路由變壓器二次繞組的電感和電阻及高壓過載檢測電阻（R8=2.2 Ω）組成，變壓器中的磁能通過該電路上的總電阻進行放電，放電所需時間大約為210 ms，因此電流將流動在下一個充電使能脈沖，高壓過載電路將檢測到該電流經過電阻R8時的電壓，并禁止充電使能脈沖1.5 s，軟件上顯示GTO/LOAD 聯鎖，用萬用表測量閘流管各極電壓，燈絲陰極（TB32Y）電壓為6.20 V[正常為（6.3±0.2）V]，柵極G1（TB32G）電壓為22.48 V（正常為12～22 V），氫氣發生極（TB32R）電壓為5.60 V[正常為（5.5±0.3）V]，柵極G1電壓高于正常值，分析是由于加速器每日運行時間超過16 h，閘流管老化，氫氣氣壓降低，導致柵極G1電壓升高，閘流管內部氫氣氣壓不足會使閘流管失去控制能力，增加管壓降導致高壓陽極過熱，可通過提高氫氣發生極電壓，增加管內氫氣氣壓，暫時解決該故障，注意氫氣氣壓過高會導致閘流管直接打火，考慮到閘流管已老化，后續仍會發生類似故障，如果引起其他元器件損壞將會擴大故障范圍，同時為保障臨床治療效率，更換新閘流管徹底解決該故障。

3 故障二

3.1 故障現象

醫科達Synergy 直線加速器開機預熱完成后，Thy.Grid 聯鎖無法清除。

3.2 故障分析及故障維修

軟件上對Thy.Grid 聯鎖的描述為：“該聯鎖監測閘流管柵極G1上的電壓，當該電壓下降到正常工作電壓后，聯鎖將會自動清除。”根據醫科達Synergy 直線加速器相關手冊上的閘流管脈沖組件圖（如圖1）分析可知，交流220 V 通過保險絲FS32B（T500 mA）送入變壓器T1、T2和T3，其中變壓器T1為閘流管觸發板供電，變壓器T2為氫氣發生極提供交流電壓5.5 V，如果電壓為0 V，可重點檢查保險絲FS32C（T500 mA）和FS32E（10 A）的通斷，變壓器T3為陰極燈絲提供交流電壓6.3 V，如果電壓為0 V，可重點檢查開關CB32D是否跳閘，用萬用表測量閘流管各極電壓，燈絲陰極（TB32Y）電壓為6.2 V[正常為（6.3±0.2）V]，柵極G1（TB32G）電壓為139.0 V，氫氣發生極（TB32R）電壓為0 V[正常為（5.5±0.3）V]，由此可判斷故障發生在氫氣發生極供電電路部分，取下保險絲FS32C 和FS32E，經萬用表檢測，保險絲FS32E 阻值無窮大，確認此保險絲熔斷，更換相同型號的保險絲，重新上電，預熱完成后，Thy.Grid 聯鎖自動清除。

圖1 閘流管脈沖組件圖

4 總結

醫科達Synergy 直線加速器是內部結構復雜的大型醫療設備，隨著使用時長的增加，易出現各種聯鎖報錯和故障[4]。通過查閱醫科達Synergy 直線加速器相關手冊上的資料，了解閘流管的功能結構和工作原理，可以幫助維修工程師有效判斷故障原因及查找故障點。在維修完成后，及時總結維修經驗，可提升維修工程師的技能水平。