醫科達Synergy 直線加速器束流系統的組成及檢修

陸曉軍

江蘇省鎮江市第一人民醫院 （江蘇鎮江 212002）

醫科達Synergy 直線加速器是一款用于治療腫瘤疾病的高端醫療設備，而做好對加速器的維護保養和質量保證工作非常重要，旨在確保設備的使用率以及設備的實際照射量與治療計劃系統的設計照射量一致。由于腫瘤的生物特性，臨床需保證放射治療持續，一般要求設備使用率在95%以上。為達到此目標，相關人員熟悉加速器的構造、原理非常重要，以便及時、快捷地對設備故障進行分析、判斷以及對質量保證工作中出現的問題進行校正。

本文重點介紹的是我院2012年引進的醫科達Synergy 直線加速器的束流系統，其主要由聚焦系統、導向系統及偏轉系統組成（圖1）。其中，聚焦系統可影響射線的強度，導向系統可影響射野的平坦度和對稱性，偏轉系統可影響射線的能量及射野。這些均屬于維護保養及質量保證工作的重要內容。現將醫科達Synergy 直線加速器束流系統組成及故障檢修情況介紹如下。

圖1 醫科達Synergy 直線加速器束流系統的組成

1 束流系統組成

1.1 聚焦系統

醫科達Synergy 直線加速器聚焦系統的作用主要是使束流在加速過程中不因受射頻電磁場作用以及束流內電子的空間電荷作用而散開，或因外部磁場而偏離中心軸；通過調節聚焦線圈電流，可以獲得最大的輻射強度。

1.1.1 聚焦線圈

聚焦系統包含2組聚焦線圈（Focus1和Focus2），各產生1個靜態的、軸向的且施加了聚焦作用的磁場在電子束上，用以抵消射頻場的散焦作用。2組線圈環繞安裝在加速管的中前端，其中，Focus1位于電子槍末端，由2個水冷線圈L1和L2組成；Focus2位于加速管中段附近，由1個風冷線圈L3和2個水冷線圈L4和L5組成（在加速管的輸入端聚焦需求最大，隨著電子束能量的增加而減小，約在加速管中段聚焦停止）。此外，在靠近電子槍一端的Focus1端加上了鐵磁材料的磁屏蔽端板，其作用是防止聚焦線圈產生的磁場對電子槍造成影響以及在加速管的開始幾個腔中進一步增強磁場聚焦作用。

聚焦線圈由2個位于13區的電源供電，每個電源包括1個可控硅控制全波橋式整流電路和1個低壓控制板組成（Focus1：PCB13F 板和Focus2：PCB13E 板，其中，PCB 為印刷電路板）。

1.1.2 聚焦系統電路控制

Focus1和Focus2線圈電路為閉環伺服電路，設計類似。加速器控制系統（LINAC control system，LCS）可通過軟件項設置聚焦線圈電流值，通過AO12板（其中，AO 為模擬輸出板）上的單通道輸出0～10 mA 的控制信號到電源低壓控制板PCB13的控制腳；AO12板上的多路復用器同時返回1個值，通過AI12-RHA（其中，AI 為模擬輸入板，RHA為治療頭A 板）和SCC-RHA（其中，SCC 為信號調節卡）上的單通道返回到的軟件項i394進行監控，若返回值與設置值相同，則AO12板很可能工作正常。

監控到的聚焦線圈電壓值則通過AI12-RHB（其中，RHB 為治療頭B 板）和SCC-RHB 返回到LCS，此電壓值只有聯鎖的目的，伺服系統不使用此值，但其可以用于指示線圈是否短路。

1.2 導向系統

醫科達Synergy 直線加速器的導向系統用于因加速管結構中微小不對稱或地球磁場以及重力偏差的影響使得電子束可能會稍微偏離軸心的情況。

1.2.1 導向線圈

導向系統包含2組導向線圈，各產生1個相互成直角的磁場作用于電子束進行上下左右的調整。其中，R 是徑向（radial，R），T 是橫向（transverse，T），1R 和1T 用于電子束對準加速軸，2R 和2T 用于控制電子束進入偏轉系統的姿態。

導向線圈由11區的通用發動機驅動板（universal motor drive，UMD）供電，這些UMD可以輸出±600 mA的電流來控制磁場的量級大小和方向。

1.2.2 導向系統電路控制

1R 和1T 的電流值分別在LCS 的軟件項i332和i331中設置，LCS 將設定值通過A08板上的單通道輸出0～10 mA 的控制信號到UMD 的9腳；此外，設定值也被A08板上的多路復用器取值，通過AI12-HTB（其中，HTB 為高壓板B）和SCC-HTB返回到LCS，由i391監控，其中，A08板的多路復用器由i409控制。而1R 和1T 線圈的實際電流值則從UMD 板經AI12-HTA（其中，HTA 為高壓板A）和SCC-HTA 返回到LCS。

導向線圈對電子束的校正會隨著機架角度的變化而發生周期性改變，雖然其影響很小，但足以對射野對稱性產生明顯影響，因此通過伺服控制2R、2T 來實現。伺服控制信號來自電離室的2RG/2RT和2TA/2TB[其中，G 表示電子槍（Gun）方向，T 表示靶（Target）方向，A 表示射野A 方向，B 表示射野B 方向]以及機架轉動控制系統的粗調電位器的反饋信號。電離室的2RG/2RT 和2TA/2TB 信號由12區的伺服輸入板（servo input board，SIB）采集，由16區的脈沖發生器（programme pulse generator，PPG）提供采樣脈沖，此采樣脈沖同時也作用于i444，其中，SIB 板采集到的值通過AI12-RHA 和SCC-RHA 傳輸到LCS。2R 電路是1個閉環伺服電路，其錯誤信號用于控制2R 的線圈電流，電離室的差值通過環路增益、平衡因子和修正值（正常運行的系統中值為零）來修正并傳遞到電流控制項i164，伺服增益值則在i164的part142；2R 的典型值為80～200個單位。2T 電路是1個開環伺服電路，伺服增益i165的part142的值為零，因此，錯誤信號不用于控制2T 的線圈電流，僅用于指示和監測的目的；2T 電流為i165的part1的設定值加上來自查找表（look-up tables，LUT）的偏移量。2R 和2T的設定電流值在i416的控制下通過A012-B 多路復用到單個通道，值讀入i393，通過AI12-HTA 和SCC-HTA 發送到LCS；而2R 和2T 的實際電流值則由UMD 監控并通過AI12-HTA 和SCC-HTA 發送到LCS。

1.3 偏轉系統

醫科達Synergy直線加速器偏轉系統的作用是改變束流方向。在此過程中，束流中的每個電子的能量和動量存在一定的差別，在偏轉磁鐵的作用下這些不同能量的電子具有不同的轉彎半徑，即“色差”。為了減少色差的影響，醫科達Synergy直線加速器采用3個單獨的電磁鐵組成消色差磁鐵陣列。其中，磁鐵1（粗偏轉）進行能量的分離，其磁場使電子束偏轉44°，電子束中的電子經過磁鐵1偏轉后偏轉路徑會有差別；磁鐵1磁場強度的調整使得電子束達到要求的平均能量范圍進行傳輸。磁鐵2（細偏轉）與磁鐵1形成1個鏡像反轉的磁場，其磁場使電子束偏轉44°，使得經過磁鐵1分離的能量譜聚焦后傳輸。經過磁鐵2收斂后的電子束進入磁鐵3，磁鐵3使得電子束偏轉112°并完成二次聚焦作用，最終形成直徑約2 mm的電子束轟擊靶區。

1.3.1 偏轉線圈

3個偏轉磁鐵都是水冷，每個偏轉磁鐵包含2個線圈，6個線圈用6個熱斷器串聯防止線圈過熱。正常情況下，12區的輸入及DIE-RHB 板（其中，DIE為編碼數字板）上輸入A2端保持接地（0狀態）；若任何1個熱斷器工作，則A2端狀態變為1狀態，i94將使加速器處于System On（系統開啟）狀態。

偏轉磁鐵的供電位于13區，主電源是電源1（power supply unit 1，PSU1），而PSU2只用于給磁鐵3增加電量。與磁鐵1和磁鐵2不同，磁鐵3的電流不與磁場強度成線性相關。

1.3.2 偏轉系統電路控制

粗偏轉和細偏轉的電流設定分別位于AO12-A板的通道6和通道7，這是兩個控制信號，范圍0～10 mA，分別輸入PCB13C（粗偏轉）和PCB13G（細偏轉）控制。

電流設定值也由i418控制AO12板多路復用，值通過AI12-RHA和SCC-RHA傳輸到LCS的i394監控。

偏轉磁鐵線圈的電流值由PCB13C 和PCB13G監控，信號通過AI12-RHA 和SCC-RHA 返回到LCS 的i304和i305，用于伺服控制線圈電流，監控值則通過AI12-RHB 和SCC-RHB 傳到i384。

2 束流系統故障檢修

2.1 故障現象

物理師在使用MATRIXX 平板進行質量保證時，發現6 MV X 線的平坦度和對稱性偏差較大，遂調整2R 和2T，調整過程中發現2R 和2T 的調整值較大，調整后平坦度、對稱性達到要求，再使用MATRIXX 驗證，發現光射野偏差了2 mm 左右。

2.2 故障分析及處理

通常情況下，射野平坦度和對稱性的校正均是通過調整2R 和2T 來實現的，校正不會引起射野產生上述如此大的偏差，考慮到光射野不一致也會導致平坦度和對稱性產生偏差，并且會隨偏差值的變大而變大，遂開始驗證光射野的一致性，步驟如下： （1）使用水平尺驗證機架的角度是否在零位，若不在則將機架調至水平尺水平；（2）驗證光束是否垂直（加速器使用燈光模擬理想狀態下的射線形狀），具體方法是將燈光野調至40 cm×40 cm，旋轉治療床，使床邊圓孔至燈光野中，將坐標紙放至地面，圓孔野置于坐標紙中，用細筆標記圓孔野邊緣界限，旋轉治療頭角度查看圓孔野是否出現偏移，若有偏移則調整反光鏡角度，此次未發現偏移（這種方法因為驗證距離大，所以準確性高）；（3）在源皮距100 cm 處用膠片拍攝，驗證光射野的一致性，驗證結果表明光射野偏差了2 mm 左右；（4）在源皮距100 cm 處放上坐標紙，使治療頭0°對好燈光野，旋轉治療頭180°，結果燈光野一致，表明光射野的偏差與鎢門位置無關，遂懷疑是由于打靶點偏差引起；（5）調整偏轉細調（Bending F）值，由現值1.8調整至2.0，拍攝膠片，光射野一致，調整2R 和2T 值符合標準，故障排除。

2.3 故障總結

當出現射野平坦度和對稱性偏差較大的情況時，不能只考慮調整2R 和2T，光射野一致性不佳同樣會導致平坦度和對稱性偏差較大。當光射野一致性與鎢門位置無關時，微調Bending F 即可，因為偏轉粗調（Bending C）的調整會引起射線質的變化，同時需要注意，不能顛倒驗證步驟，機架角度是基礎，其次是光學系統驗證，最后是鎢門驗證。