醫科達Precise直線加速器控制區電源故障維修三例

王緒剛，于文兵，魏緒國

聊城市人民醫院 放療科，山東 聊城 252000

引言

醫用電子直線加速器是最常用的放射治療設備[1]，其中醫科達Precise直線加速器是非常成熟的數字化醫用加速器，廣泛應用于各醫院放療科，可開展常規放療、適形放療、調強放療等多種放射治療，實現快速、準確和高精度的臨床治療。醫科達加速器的控制系統主要由控制柜和三個控制區組成[2]，我院Precise加速器自2006年投入使用至今已有15年多，隨著使用年限增加，加速器控制區電源故障頻發，影響機器的開機率和穩定性，有必要對其維修工作展開研究。目前有一些關于醫科達加速器“-320 V Mon”連鎖[3-6]、“15 V Ref”連鎖[7]等電源相關故障處理的維修個例，但并沒有關于醫科達Precise加速器控制區電源故障的系統性維修分析類文章。為便于工程師快速解決控制區電源相關故障，現對Precise加速器的控制區電源組成和原理進行介紹，并就我院加速器控制區電源故障進行舉例分析和維修探討。

1 基本原理

1.1 控制區電源組成

控制系統的三個控制區分別為72區接口柜控制區ICCA、12區治療頭控制區RHCA、16區高壓控制區HTCA。每個控制區分別具有A側和B側2個遠程控制終端（Remote Terminal Unit，RTU）-A和RTU-B，每個RTU均包含7種電路板[8]，分別為多路終端單元（Multiplex Terminal Unit，MTU）電路板、數字信號輸入編碼（Digital Input and Encoding，DIE）電路板、12位模擬輸入（Analog Input 12 bit，AI12）電路板、繼電器輸出（Relay Output Card，ROC）電路板、信號調節（Signal Conditioning Card，SCC）電路板、8位的模擬輸出（Analog Output 8 bit，AO8）電路板、12位的模擬輸出（Analog Output 12 bit，AO12）電路板。

每個控制區都有一個電源組件，該組件包括兩個標準的開關模式電源模塊（PSU1、PSU2）和一個附屬電源板（Auxiliary PSU PCB）。圖1為12區控制區電源，PSU1、PSU2分別為RTU-A、RTU-B的各種電路板提供5 Vdc邏輯電壓和±15 Vdc模擬電源。附屬電源板的功能是為繼電器提供22 Vdc電源及為電離室提供-300 Vdc直流電壓。如圖2所示，12區附屬電源板（型號45133903384）將T1變壓器輸出的兩路20 Vac整流后得到兩路22 Vdc分別供應兩側的RTU，其中一路22 Vdc經穩壓模塊U1輸出為穩壓12 Vdc，再經DC-DC電源模塊PSU得到-325 V穩壓電源，電壓有效范圍為300～350 V，因此簡稱“-300 V”[9-10]。16區和72區附屬電源板（型號45133903385）只提供22 V電源。

圖1 12區電源組件

圖2 12區附屬電源板

1.2 控制區電源監測

我院Precise加速器控制軟件共有665個項目（item，簡寫為i）和104個項目成分（part，簡寫為p），為方便描述，下面列舉了與本文相關的項目，見表1，其中i171為校準項目，i170、i176和 i177分別為i171的校準值、校準上限值和下限值。本文所用到的項目成分有p1（設定值）、p4（實際值）、p19（p4的上限值）、p20（p4的下限值）、p104（相關item的RTU地址）。

表1 本文控制軟件項目

三個控制區共有六個RTU，每個RTU具有獨立的地址碼（從0到5），該地址碼由RTU的MTU電路板自動獲取。在加速器電腦控制軟件中，PSU1、PSU2電源電壓的項目分別為i273、i280、i281，當電壓超出預設的上下限值（一般最多5%誤差范圍）時會報相應項目連鎖，每個項目通過其p104值對控制區相關參考電壓進行輪詢，如果監測到電壓超過限值就停止輪詢，并指向超出限值的MTU板，p104值與相關MTU板對應情況如下：0=MTU-ICA（ICCA的A側，以下類似）、1=MTU-ICB、2=MTU-HTA、3=MTUHTB、4=MTU-RHA、5=MTU-RHB。監測是由每個控制區的相反側MTU板完成的（即A側的MTU監測B側的PSU2電源輸出電壓，反之亦然），如輪詢停止在p104=4，則說明12區B側的電源PSU2故障或者A側的檢測電路（SCC、AI12板）故障。

附屬電源板提供的-300 V電壓連鎖項目為i189，該電壓監測原理（圖紙編號45133307049）如圖3所示，監測電壓經12區Dose A板→A側SCC板→A側AI板生成連鎖項目i189，當電壓超出預設的上下限值（一般最多7.7%誤差范圍，即300～350 V）時會報該連鎖。

圖3 -300 V電壓監測原理圖

2 故障一

2.1 故障現象

患者治療過程中出現“-15 V Ref”連鎖，無法繼續治療。

2.2 故障分析與處理

查看控制軟件中“-15 V Ref”連鎖項目i280的p4值從-14.19到-15.10浮動變化，p4設置的上限值p19為-1427（代表電壓為-14.27 V）。因此當p4值大于-1427時，會報該連鎖。當出現該連鎖時，查看p104值為5，因此懷疑12區RHA側電源PSU1故障或者RHB側電壓監控電路故障。此時為避免患者單次治療進程中斷，可將p19值臨時修改為-1410。

由于我院Precise機型較老，未配備延長板，無法通過測量12區MTU板PL1 A27引腳（-15 V）電壓值的方法快速判斷電源是否損壞。本著由易到難的原則，首先排查監測電路：更換RHB側的SCC和AI12板，故障依舊，說明監測電路正常；然后檢查電源，拆掉12區電路板和接線，拉出整個12區部分，將外蓋打開可見控制區電源如圖1所示，將12區外接220 V電源，測-15 V電源輸出電壓PSU1、PSU2為-14.87、-14.88 V，在正常范圍內，因此考慮可能是電源輸出穩定性不夠導致報該連鎖，需更換12區A側電源。因為沒有新電源備件，并考慮到在操作上72區較12區更易安裝和拆卸，為保證患者正常治療和方便電源穩定性的觀察和更換，于是將12區和72區的A側電源對調然后復原12區，設置好-15 V電壓相關參數后機器恢復正常。待新電源到達后將72區A側電源更換后故障徹底解決。

2.3 小結

除了本案例涉及-15 V參考電壓外，下列項目參考電壓也有類似的表現及處理方式：i268 [0 V (x1) ref]，i269[0 V (x10) ref]，i270 [10 V ref]，i271 [1 V ref]，i272 [posn.ref]，i273 [+5 V ref]，i281 [+15 V ref]。

3 故障二

3.1 故障現象

治療過程中出現“-320 V Mon”連鎖，束流終止。

3.2 故障分析與處理

-320 V是12區RHCA的SK12FF端口提供給電離室的電壓，當控制電路檢測到該電壓超過設定的誤差范圍時會報該連鎖。首次出現i189“-320 V Mon”連鎖時，查看i189的p20值為-3399，p4值為-350，而實測SK12FF空載電壓為-320 V，用T型三通BNC接頭連接SK12FF后帶載測量電壓也為-320 V，說明電源和負載正常，需要對i189監測電壓進行校正。校正過程如下：首先將SK12FF端口的BNC插頭拔下，在控制系統電腦上調出Calibration界面，將i171 cal.i1設為189，再將i170 cal.value設為0，然后插上BNC接口，再將i170設為-3200后保存。校正完成后故障消失。

幾天后又出現i189連鎖，查看i189 p4值浮動在-310～-350，為保證患者正常治療，臨時將p20值更改為-3600。但不久后又報i506“D1 supply”連鎖和i511“D1 rly off”連鎖，觀察發現當i189 p4值浮動到-350時會報該連鎖。查看維修手冊，相關連鎖出現原因為劑量通道1的供電電源電壓存在故障，相關電壓有+15 V、-15 V、+6.3 Vref、+5 V、-320 V等。查看電路圖（圖3）發現i189和i506連鎖都與Dose A板有關，故首先懷疑Dose A板故障，但對Dose A板進行更換后故障依舊，于是考慮Dose A板的實際電源供給可能存在故障：測量SK12FF端口-320 V電壓正常，排查與兩種連鎖都相關的+15 V電源，查看i281（+15 V Ref）的p104值，發現每次當p104為5時，p4值浮動較大，由14.95降到14.45，此時i189 p4值由-320浮動到-350后報i506和i511連鎖。因此判斷12區A側PSU1電源故障，導致輸出+15 V電壓不穩，更換A側電源后故障消失。在更換+15 V電源后實測SK12FF端口電壓為-322 V，而i189 p4值為-311，對i189重新校正。最后校正加速器絕對劑量，確保一切正常后再進行治療。連續觀察兩周“-320 V Mon”連鎖未再出現。

3.3 小結

i189“-320 V Mon”連鎖的監測信號取自Dose A板，與-320 V和+15 V電壓有關，當+15 V電壓不穩時會導致i189 p4值發生變化，超過預設誤差值便產生i189連鎖。此案例中將i189 p20改為-3600，由于電離室電壓有效范圍為300～350 V，故當i189 p4值浮動到-350時，出現未報i189連鎖卻報i506和i511連鎖的現象。因此在維修過程中對i189 p4的上下限值的修改盡量不要超過電離室電壓的有效范圍。如果出現故障時的i189 p4值超過電離室電壓有效范圍，不可隨意對上下限值進行修改，需要尋找其他原因。

經與醫科達維修工程師交流論證，+15 V電源電壓在5%誤差范圍內波動一般不會引起“-320 V Mon”連鎖，這種情況的發生可能與我院Precise機器運行年限太長有關，此時建議同時更換-320 V電源。

4 故障三

4.1 故障現象

機房異常停電后加速器開機顯示“Main Con A”連鎖，接觸器Con A未吸合。

4.2 故障分析與處理

Con A未吸合的原因有：① 供給接觸器Con A線圈的24 V電壓異常；② 急停開關被按下；③ LCS的i400 Con A設置不正確；④ 冷卻水系統的水溫＞42 ℃、水壓＜0.2 bar、水泵溫度 ＞90 ℃[11-12]。

經測量，24 V電壓正常，急停開關未被按下，查看水溫、水壓正常，i400 p4值為1正確，結合電路圖（編號45133307051，圖4），判斷故障原因為74區連鎖繼電器卡（Interlock Relay Card，IRC）-A板的繼電器RL8未吸合，導致Con A得不到24 V電壓，而RL8受72區ROC-A板和DIE-ICA板控制，起初懷疑電路板損壞，因為兩側ROC板和IRC板可互換，于是將A側和B側ROC板和IRC板互換，但故障依舊，考慮到兩側電路板同時出故障的概率較小，暫時排除ROC板和IRC板故障。經測量ROC-A板的端口電壓A3/C3為27 Vdc，C25為0 V，A7/C7為0 V，ROC-A板的RLA3繼電器未吸合，嘗試短路RLA3，但是將C3、C7端口短接后C3端口電壓變為0 V，該現象提示ROC-A板依然工作不正常。觀察發現A側所有電路板指示燈都不亮，而B側正常，因此懷疑A側電源PSU1故障導致該側電路板不工作，于是排查A側電源：觸摸A側電源盒外殼手感發涼，而B側電源盒外殼手感溫熱，提示A側電源工作異常，用萬用表測量A側電源有輸入電壓而無+15 V輸出電壓，判斷A側電源故障。為保證患者正常治療，將A側的供電接線臨時并接到B側電源。最終更換新的A側PSU1電源后故障排除。

圖4 Con A電路原理圖

4.3 小結

加速器使用過程中，Con A不吸合的原因大多是水冷系統故障或急停開關被誤碰，該案例提出了一種由于控制區電源故障導致Con A不吸合的故障現象：控制區電源無輸出電壓導致該側電路板不工作，74區IRC-A板的繼電器RL8不吸合，Con A得不到24 V電壓。為提高維修效率，遇到此類故障時，應先整體觀察控制區各電路板的工作狀態是否正常再進行針對性測量分析。

5 總結

目前并沒有關于醫科達Precise加速器控制區電源故障的系統性維修分析類文章。本文旨在通過對加速器控制區電源組成和原理的介紹以及對三例控制區電源故障維修案例的分析討論，提供加速器控制區電源故障的維修經驗和維修方法，希望能為醫院放療工程師系統性掌握相關原理并快速解決相關故障提供借鑒。

加速器控制區電源發生故障的現象一般分為兩大類：① 電源電壓有輸出但電壓不穩，超出限值后報參考電壓連鎖，或由于電壓不穩導致控制區電路板工作不穩定而報相應連鎖，如本文案例一和案例二，這類故障可被相關電路監測并通過加速器電腦明確提示，可通過查看相應連鎖的item和part值判斷故障點，相關維修方法與各類文獻提到的“-320 V Mon”連鎖、“15 V Ref”連鎖故障處理方法大同小異；② 電源電壓無輸出導致控制區電路板不工作而報各種連鎖，如出現加速器通訊異常[13]或本文案例三的情況，此時加速器狀態出現異常，應整體檢查加速器狀態參數監測值是否正常、控制區電路板是否工作等[14]。

隨著醫科達加速器使用年限的增長，控制區電源發生故障的概率增加，在下一步研究中要開展機器的預防性維修工作[15-16]，對控制區電源電壓做好日常監測，并定期對電源電壓進行校準，發現電壓不穩后應立即更換，避免出現更多附加連鎖。

綜上所述，本文結合我院加速器控制區電源電壓故障的三個維修案例，系統性闡述了醫科達Precise加速器控制區電源的組成、電源電壓的監測原理以及相關故障的維修經驗和維修方法，為醫院工程師對醫科達加速器控制區電源相關故障的高效處理提供了理論支持和維修方法參考，進而有利于提高醫科達加速器的開機率。