醫(yī)用電子直線加速器的故障分析與維修

屈小廣

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽(yáng) 421001）

0 引言

隨著放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)用電子直線加速器在腫瘤放射治療中起到關(guān)鍵作用，為惡性腫瘤患者提供精準(zhǔn)治療服務(wù)和重要技術(shù)保障，多數(shù)的惡性腫瘤患者只有通過(guò)放射治療才有可能得到好轉(zhuǎn)或控制，醫(yī)用電子直線加速器在治療惡性腫瘤患者中不可或缺[1]。醫(yī)用電子直線加速器的運(yùn)行狀態(tài)將直接關(guān)系到腫瘤治療患者的治療情況，因此有必要加強(qiáng)醫(yī)用電子直線加速器的維護(hù)保養(yǎng)和質(zhì)量控制，從而使醫(yī)用電子直線加速器處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，為腫瘤患者提供精準(zhǔn)可靠的治療。所以，如何保證醫(yī)用電子直線加速器的安全性和可靠性，保證腫瘤患者治療的精準(zhǔn)性和實(shí)時(shí)性，有必要加強(qiáng)醫(yī)用直線電子加速器的故障分析與維修工作，是一項(xiàng)重要的技術(shù)保障手段。

1 醫(yī)用電子直線加速器基本結(jié)構(gòu)

醫(yī)用電子直線加速器是一種涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、物理、自動(dòng)化控制、電磁學(xué)、微波技術(shù)、制冷和力學(xué)等諸多學(xué)科的高端大型放射治療設(shè)備[2]。醫(yī)用直線加速器根據(jù)微波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)可分為行波和駐波兩大類，醫(yī)用直線加速器的基本組成主要由加速管、微波功率源（磁控管或調(diào)速管）、電子注入系統(tǒng)、微波功率傳輸系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和電源分配系統(tǒng)等部分組成[3-4]。Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器的基本結(jié)構(gòu)如1 圖[5]。

其中，加速管是醫(yī)用電子直線加速器的核心部件，又叫加速結(jié)構(gòu)或加速波導(dǎo)，其制造材料由高電導(dǎo)率無(wú)氧銅，加工精密，光潔度良好，是電子和電場(chǎng)提供能量交換空間。電子在加速管內(nèi)通過(guò)微波電場(chǎng)進(jìn)行加速，根據(jù)加速原理分為行波加速管和駐波加速管。電子槍是電子注入系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，為易損件消耗品，作用是用于發(fā)射電子，分為二級(jí)槍和三級(jí)槍，二級(jí)槍由陰極、燈絲、聚焦級(jí)和陽(yáng)極組成，三級(jí)槍比二級(jí)槍多控制柵極[6]。微波功率源分為磁控管或調(diào)速管兩類，醫(yī)用電子直線加速器一般工作在S 段，頻率分2998 MHz（波長(zhǎng)10.5 cm）和2856 MHz（波長(zhǎng)10.5 cm）兩種，如Varian 23EX 醫(yī)用直線加速器的中心頻率為2856 MHz（波長(zhǎng)10.5 cm），上海同步輻射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）直線加速器采用2998 MHz 的加速管[7]。脈沖調(diào)制系統(tǒng)主要由高壓直流電源、脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)電壓控制電路、開(kāi)關(guān)電路和脈沖變壓器等組成，為微波功率源提供一定波形或頻率的高壓脈沖[4]。

圖1 Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器基本結(jié)構(gòu)

2 故障案例分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現(xiàn)象

西門子ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后，復(fù)位加速器電源，冷卻系統(tǒng)指示燈為紅色，主控計(jì)算機(jī)顯示器顯示錯(cuò)誤代碼30。

2.1.2 故障分析與維修

西門子ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器采用全數(shù)字智能自動(dòng)控制化設(shè)計(jì)，擁有精密的聯(lián)鎖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如監(jiān)測(cè)到異常偏離數(shù)值，加速器就不能正常工作，主控計(jì)算機(jī)顯示器會(huì)顯示相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼提示，方便對(duì)加速器故障的精準(zhǔn)判斷和故障分析[8]。根據(jù)故障現(xiàn)象，ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后不能正常使用，參考故障代碼30，重點(diǎn)考慮冷卻系統(tǒng)相關(guān)故障。檢查外循環(huán)冷水機(jī)的水壓和水溫，都在正常工作范圍。檢查內(nèi)循環(huán)水機(jī)的水位正常，檢查水溫和水壓等參數(shù)都正常。初步排除循環(huán)水機(jī)故障，根據(jù)故障代碼30 提示和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)重點(diǎn)考慮閘流管是否故障。閘流管為脈沖調(diào)制解調(diào)器的開(kāi)關(guān)元件，是脈沖調(diào)制解調(diào)器的核心部件。

進(jìn)一步，再次啟動(dòng)醫(yī)用電子直線加速器數(shù)分鐘后觀察閘流管，此時(shí)閘流管燈絲點(diǎn)亮并顯示微黃色的光，正常情況下為藍(lán)紫色光，于是用數(shù)字多用表測(cè)量閘流管的柵控電壓為DC 87 V，閘流管的燈絲電壓為AC 6.4 V，初步判斷閘流管異常。廠家工程師更換閘流管后，用數(shù)字多用表測(cè)量閘流管的柵控電壓為DC 20 V，閘流管的燈絲電壓為AC 6.4 V，觀察閘流管燈絲點(diǎn)亮并顯示藍(lán)紫色光，說(shuō)明閘流管工作正常。再次對(duì)ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，復(fù)位加速器電源后，加速器冷卻系統(tǒng)指示燈顯示正常，主控計(jì)算機(jī)顯示器錯(cuò)誤代碼消失，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障現(xiàn)象

Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器治療中出錯(cuò)，不能正常出光，顯示DS12 連鎖故障。

2.2.2 故障分析與維修

Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器是Varian 高能加速器中的代表機(jī)型，不但能為臨床提供高能X 射線，還能提供多檔電子射線，為智能化的數(shù)字高端設(shè)備。在使用中出現(xiàn)各類系統(tǒng)故障時(shí)，主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都能出現(xiàn)相應(yīng)的連鎖提示，方便于故障的判斷和維修[9-10]。根據(jù)故常現(xiàn)象，查閱技術(shù)手冊(cè)，結(jié)合廠家工程師的指導(dǎo)，分析得出DS12 連鎖為MU1 和MU2 的跳數(shù)相差大于5%。于是在服務(wù)模式下選擇6 MV 能量，觀察對(duì)比MU1 和MU2的跳數(shù)，當(dāng)MU1 和MU2 的跳數(shù)相差大于5%時(shí)，加速器出現(xiàn)DS12 連鎖故障。

打開(kāi)計(jì)算機(jī)控制柜，在計(jì)算機(jī)控制柜內(nèi)的上方找到XA15 PCB 板和XA16 PCB 板，分別找到XA15 PCB 板和XA16 PCB板上的測(cè)試點(diǎn)TP4，用數(shù)字多用表同時(shí)測(cè)量XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測(cè)試點(diǎn)TP4 之間的直流電壓，測(cè)得XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測(cè)試點(diǎn)TP4 之間的值為DC 3.2 V，正常情況下該數(shù)值為0。經(jīng)分析，XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測(cè)試點(diǎn)TP4 之間的直流電壓可由相對(duì)應(yīng)的PROGRAM PCB 電路板調(diào)節(jié)。接下來(lái)，在相對(duì)應(yīng)的PROGRAM PCB 電路板上找到可調(diào)電位器R16，慢慢調(diào)節(jié)PROGRAM PCB 電路板上的可調(diào)電位器R16，使XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測(cè)試點(diǎn)TP4 之間的直流電壓調(diào)到0 左右即可。調(diào)節(jié)完畢后開(kāi)機(jī)測(cè)試，治療時(shí)加速器正常，未顯示DS12 連鎖故障，故障得以排除。

2.3 故障3

2.3.1 故障現(xiàn)象

醫(yī)科達(dá)北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器出現(xiàn)治療床不能正常升降。

2.3.2 故障分析與維修

醫(yī)科達(dá)北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器治療床隸屬于機(jī)械系統(tǒng)部分，其作用為患者支撐和體位固定，通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)位置鎖定來(lái)完成患者的治療位置，患者在治療床上接收放射治療。治療床的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有床的公轉(zhuǎn)、床的升降、床的移動(dòng)和床面的自傳五個(gè)運(yùn)動(dòng)。醫(yī)科達(dá)北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器治療床箱體兩側(cè)分別有2 個(gè)相同的操作健和2 個(gè)相同功能的緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)，床箱體與手控盒連接，接收手控盒的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而方便完成患者體位的擺放和位置固定[11]。

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合結(jié)構(gòu)認(rèn)真分析，BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器出現(xiàn)治療床不能正常升降，應(yīng)考慮線路是否接觸良好，電纜電路和電路元件是否故障[12]。為此，首先檢查治療床的繼電器是否有吸合聲響，經(jīng)檢查，沒(méi)有聽(tīng)到治療床繼電器的聲響。于是打開(kāi)治療床護(hù)罩，拆開(kāi)電源盒，用數(shù)字多用表測(cè)量治療的供電電壓，經(jīng)測(cè)量，治療的供電電壓為38.9 V，而正常電壓應(yīng)為110 V。根據(jù)電路的走向，用數(shù)字萬(wàn)用表檢查繼電器和治療床電機(jī)之間的供電線路，發(fā)現(xiàn)一處有短開(kāi)故障，接好線路后測(cè)試，繼電器聲響正常，治療床升降正常，故障排除。

3 結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)用電子直線加速器是臨床治療腫瘤的主要技術(shù)手段，屬于高端的精密放射治療設(shè)備，由于智能化程度高，使用中故障發(fā)生率大，無(wú)形增加了維修的難度和成本，還會(huì)給患者治療造成一定的影響[13]。維修時(shí)，應(yīng)在廠家工程師的指導(dǎo)下進(jìn)行，不可盲目動(dòng)手，將故障擴(kuò)大化。對(duì)使用中出現(xiàn)的各類故障要根據(jù)故障代碼和技術(shù)手冊(cè)，針對(duì)不同的問(wèn)題進(jìn)行多方面的分析，借助維修工具，按照電路信號(hào)走向，利用系統(tǒng)診斷法、靜態(tài)檢查法、動(dòng)態(tài)檢查法、交換判斷法等常用診斷方法和維修方法對(duì)故障進(jìn)行調(diào)查、分析和排查。并進(jìn)行深入淺出的分析總結(jié)，將故障排查在簡(jiǎn)易的步驟之中[14-15]。

在加速器的使用過(guò)程中，要注意對(duì)性能參數(shù)的檢查和計(jì)量的校準(zhǔn)，并做好預(yù)防性維修和維護(hù)保養(yǎng)。一旦參數(shù)發(fā)生偏差較大，物理師和工程師就要對(duì)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，做到事前預(yù)防、事中維護(hù)、事后保養(yǎng)，確保加速器使用的安全性和準(zhǔn)確性，提高開(kāi)機(jī)率和使用率[16-18]。