VARIAN 23-EX醫(yī)用直線加速器故障分析與維修四例

侯笑笑，李軍(通信作者)

江蘇省蘇北人民醫(yī)院腫瘤科 (江蘇揚(yáng)州 225001 )

惡性腫瘤是我國病死率最高的疾病之一[1]。腫瘤治療的主要手段包括手術(shù)、放射治療與化療。近年來，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、放射物理學(xué)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，腫瘤放射治療的技術(shù)日新月異、迅猛發(fā)展。目前，放射治療技術(shù)主要包括三維適形放射治療、調(diào)強(qiáng)放射治療、旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)放射治療等[2-3]。醫(yī)用直線加速器是完成腫瘤放射治療的核心設(shè)備之一，其穩(wěn)定運(yùn)行可有效保證放射治療效果。因此，為了保障醫(yī)用直線加速器的正常運(yùn)行，需做好其質(zhì)控、維修與保養(yǎng)工作[4]。

醫(yī)用直線加速器在治療患者的過程中，如果出現(xiàn)故障，則設(shè)備會(huì)暫停出束，并在電腦屏幕上顯示不同的聯(lián)鎖，包括主要聯(lián)鎖、次要聯(lián)鎖和劑量聯(lián)鎖，其中主要聯(lián)鎖包括CTRL、FLOW、PUMP、KFIL、VAC，次要聯(lián)鎖包括ACC、BMAG、CARR、MLC等，劑量聯(lián)鎖包括ION、EXQ1等。本文首先介紹醫(yī)用直線加速器的工作原理，然后對我院的VARIAN 23-EX醫(yī)用直線加速器常見的CTRL、FLOW、ION、MLC四種聯(lián)鎖故障的維修過程進(jìn)行總結(jié)，以期為同類故障的維修提供參考。

1 工作原理

醫(yī)用直線加速器主要由加速管、電子槍、波導(dǎo)微波傳輸系統(tǒng)、微波功率源、束流偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、高壓脈沖調(diào)制器、劑量監(jiān)測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水冷卻系統(tǒng)等組件構(gòu)成。其核心原理是通過電場對粒子的力的作用，將各類帶電粒子加速到較高能級，具體如下：將微波輸入裝置與電子源安裝在真空加速管的一端，移動(dòng)的金屬靶安裝在另一端，脈沖電壓加到電子槍系統(tǒng)中，加熱電子槍熱絲，進(jìn)而發(fā)射一定速度和波形的電子束，通過加速管的加速及超高頻振蕩微波的加速，最后產(chǎn)生醫(yī)療需要的高能電子束。這些高能電子束可進(jìn)行打靶發(fā)射不同能量的X線，或者直接被引出，即為不同能量的電子線。我院的VARIAN 23-EX醫(yī)用直線加速器主要產(chǎn)生6、15 MV的X線及4～20 MeV的電子線。

2 故障分析與維修

2.1 故障一：CTRL聯(lián)鎖

2.1.1故障現(xiàn)象

設(shè)備在正常治療過程中突然出現(xiàn)CTRL 聯(lián)鎖。操作人員根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)重啟電腦之后，故障并未消除，電腦屏幕一直顯示“D/A/D loopback test，Integer Address 91，Test date 14”錯(cuò)誤，且不能正常啟動(dòng)。

2.1.2故障分析與維修

根據(jù)故障現(xiàn)象，考慮可能為電子柜內(nèi)部故障導(dǎo)致電腦啟動(dòng)自檢失敗。電子柜中信號的傳輸路徑見圖1。由圖1可知，控制電腦的電路板位于SCI部分。打開電子柜，找到SCI相關(guān)位置，根據(jù)電路板指示燈報(bào)錯(cuò)情況找到對應(yīng)的故障目錄(見圖2，圖中白點(diǎn)表示燈亮，黑點(diǎn)表示燈滅)，并按照提示繼續(xù)檢查loopback test的錯(cuò)誤。

圖1 信號傳輸路徑

在loopback test部分中，D/A轉(zhuǎn)換卡DAC0的信號通道連接到A/D轉(zhuǎn)換卡ADC0與ADC1的通道上進(jìn)行測試，這個(gè)測試在DAC通道上設(shè)置了五個(gè)不同的測試電壓點(diǎn)，分別為±7.5、±2.5、0 V。因此使用萬能表對DAC通道上的電壓點(diǎn)進(jìn)行測量，分別測量±5、±12、±15、24 V，發(fā)現(xiàn)未檢測到±15 V電壓，其他電壓正常。對于未檢測到電壓的現(xiàn)象，首先考慮電纜連接錯(cuò)誤，排查W31、W32與W33 3組電纜后，未發(fā)現(xiàn)任何異常，最后考慮產(chǎn)生±15 V電壓的電源故障。

如圖3所示，電子柜中電源包括PS1與PS2。其中PS1中無±15 V電壓分配，所以主要考慮PS2故障，重新固定焊接PS2電源的所有接頭后，故障排除。最后分析，此次故障原因可能為線頭連接處老化，導(dǎo)致連接不穩(wěn)定，從而出現(xiàn)CTRL 聯(lián)鎖。

圖3 電子柜中電源線路圖

2.2 故障二：FLOW聯(lián)鎖

2.2.1故障現(xiàn)象

設(shè)備在治療過程中出現(xiàn)FLOW聯(lián)鎖，通過反復(fù)開關(guān)“Standby”后故障仍然存在。

2.2.2故障分析與維修

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)外、內(nèi)循環(huán)水溫及水壓均正常，因此故障可能出現(xiàn)在FLOW switch上。經(jīng)過分析FLOW聯(lián)鎖的示意圖(圖4)后發(fā)現(xiàn)，-12 VDC的走向?yàn)?12 VDC→OIF→ABP→INPUT INTERFACE→CRD I/O。經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，在Gantry Flow Sitches 上的S1、S2、S3、S4四個(gè)水流開關(guān)上均能測到-12 VDC的電壓，而在Stand Flow switches(A18-TB3)上的S1、S2、S3、S4四個(gè)水流開關(guān)均未檢測到電壓值，因此判斷故障位于A18-TB3至A24-TB1之間，而中間的ABP上有-12 V電壓，因此初步確定故障位于J7-C—D之間的開關(guān)，檢查發(fā)現(xiàn)此開關(guān)斷開，說明此開關(guān)故障或kly的油箱油位下降導(dǎo)致HTP的J7-CD斷開，加滿油箱后，J7-C-D仍然斷開，因此確定此油位開關(guān)存在故障。放空油箱內(nèi)的絕緣油后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此開關(guān)在沒有絕緣油的情況下仍能上下活動(dòng)正常，說明油位開關(guān)浮子太重，加油后未能使浮子上升進(jìn)而觸動(dòng)開關(guān)，因此在浮子上增加輕質(zhì)泡沫來增加浮力，再使其上下浮動(dòng)自如，后經(jīng)此處理，故障排除。

圖4 FLOW聯(lián)鎖示意圖

2.3 故障三：ION聯(lián)鎖

2.3.1故障現(xiàn)象

設(shè)備出束過程中出現(xiàn)ION1聯(lián)鎖，出束被迫中斷，反復(fù)重啟電離室供電電源后故障仍然存在。

2.3.2故障分析與維修

進(jìn)入Stand發(fā)現(xiàn)Vacion HV power supply中的ION1 燈熄滅，因此懷疑電離室供電或電離室本身電路出現(xiàn)故障。 ION聯(lián)鎖示意圖見圖5，分析信號走向?yàn)椋弘婋x室的J4-C→P9-2→Vacion HV power supply的J11-3→Vacion control board的J10-3→TP9→U4→DS11(Green)→U1→J7-4 IL ION1(聯(lián)鎖)。確定此信號的走向之后，首先斷開Vacion HV power supply的J9(它提供500 V電壓給電離室)，使用萬用表測量J9-1的電壓，結(jié)果顯示為500 V，由此可以判斷供電正常；然后再接通J9，測量J9-1發(fā)現(xiàn)電壓僅有5～10 V(正常應(yīng)為500 V)，說明主載存在問題，懷疑電離室內(nèi)部存在故障；拆下電離室，仔細(xì)查找J4-C的有關(guān)信號，發(fā)現(xiàn)電離室內(nèi)部有擊穿的痕跡，于是用無水乙醇進(jìn)行擦拭，再用電吹風(fēng)吹干，重新將電離室固定到原位置上，再依次安裝鏡子等裝置，全部安裝完畢后接通Vacion HV power supply，發(fā)現(xiàn)ION1燈亮，聯(lián)鎖消失，出束正常，故障排除。

圖5 ION聯(lián)鎖示意圖

維修后須對電離室進(jìn)行平坦度、對稱性及絕對劑量的校準(zhǔn)。首先，在維修模式下通過逐一調(diào)節(jié)X線與電子束劑量板的Beam steering中的Ang R 和Ang T，調(diào)節(jié)維修模式中的“R Symmetry”“T Symmetry”兩個(gè)方向，使這兩個(gè)值的大小越接近0越好，此時(shí)設(shè)備本身的R(T) Symmetry已經(jīng)達(dá)到最佳，但還需要用Matrixx平板電離室矩陣對束流的平坦度與對稱性進(jìn)行調(diào)整；其次，再用劑量儀對X線及電子束進(jìn)行絕對劑量的校準(zhǔn)，確保劑量達(dá)到國家要求。只有以上步驟全部達(dá)到要求，加速器才能最終被正常用于治療。

2.4 故障四：MLC聯(lián)鎖

2.4.1故障現(xiàn)象

設(shè)備治療過程中電腦顯示MLC聯(lián)鎖，治療中斷。

2.4.2故障分析與維修

按照以往經(jīng)驗(yàn)，MLC聯(lián)鎖的故障原因一般為MLC葉片被污染導(dǎo)致相互之間摩擦力過大，或控制MLC的電動(dòng)馬達(dá)損壞。設(shè)備治療過程中出現(xiàn)MLC聯(lián)鎖，而且在4DTC上顯示MLC葉片混亂的排列，與預(yù)先設(shè)定的MLC形狀不吻合。工程師進(jìn)入機(jī)房內(nèi)發(fā)現(xiàn)MLC葉片實(shí)際的形狀也是雜亂無章的，進(jìn)入手動(dòng)模式手動(dòng)調(diào)節(jié)每個(gè)葉片，但在60對葉片整體運(yùn)動(dòng)的情況下MLC均未移動(dòng)，后經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)MLC電源分配板上的+5 V電壓不穩(wěn)定，測量時(shí)電壓值一直在波動(dòng)，而且整體強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)后，5 V電壓消失不見，仔細(xì)檢查與測量后發(fā)現(xiàn)，分配板上10 A、220 V的保險(xiǎn)絲F1損壞，后更換同一型號的保險(xiǎn)絲F1，故障排除。

此故障可能是之前由于F1的阻值變大，導(dǎo)致后續(xù)電路的電流變小，雖然帶動(dòng)單個(gè)MLC葉片尚可，但整體的MLC由于電流過小，可能負(fù)載過大導(dǎo)致帶不動(dòng)，過載后導(dǎo)致電流過大，最終導(dǎo)致保險(xiǎn)絲F1燒壞。

3 小結(jié)

目前，放射治療已經(jīng)進(jìn)入精準(zhǔn)放療時(shí)代，醫(yī)用直線加速器的精確度增加，意味著對質(zhì)控的要求同樣也越來越高，因此需要設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)具備對各類故障進(jìn)行分析與研究的能力。本文主要通過四種常見故障，對主要聯(lián)鎖、次要聯(lián)鎖及劑量聯(lián)鎖的故障原因及維修策略進(jìn)行總結(jié)，以便工程師在以后的工作中能夠快速甄別故障類型、盡快排查故障、提高維修工作效率，最終保障患者的治療安全[5]。