SIEMENS數(shù)字直線加速器的安全系統(tǒng)

王劍平

寧波市第二醫(yī)院設(shè)備科，寧波市，315010

西門子加速器除了用聯(lián)鎖電路來保障治療安全外，還有3套安全系統(tǒng)在實(shí)時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，以保證治療安全。

1 T1 Emergency Line 系統(tǒng)

T 1 安全線是通過監(jiān)測各個功能控制板(Function controller，以下簡稱FC)的狀態(tài)來預(yù)防誤治療的發(fā)生。

從圖1可知，T1 線在各個功能控制板(function controller)和watchdog板之間形成環(huán)路，正常狀態(tài)下是+5 V，當(dāng)某個功能板發(fā)現(xiàn)其子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，它就把T1 拉低，證明系統(tǒng)有故障發(fā)生。其他功能板通過讀取T1線的狀態(tài)得知系統(tǒng)故障后，停止其子系統(tǒng)的工作，保證治療的安全。圖中，I/O Relay板和FC#5板只讀取T1 線而不發(fā)送T1 線。T1 線是實(shí)時監(jiān)測的，并且不能被旁路。當(dāng)T1 線被拉低時，I/O Relay板上的DS6（T1 indicator）紅燈會滅，并且禁止機(jī)器運(yùn)動和出線束。

圖1 Emergency Line 系統(tǒng)Fig.1 Emergency Line system

每20 ms為一個周期，每個FC會給watchdog板報(bào)告一個9 μs脈寬的低電平watchdog脈沖信號，watchdog板則監(jiān)控這些脈沖信號。如果某個FC在128 ms內(nèi)沒報(bào)告watchdog信號，在0.5 s內(nèi)把T1 線拉低。

從圖2可以看出，U17-11在U19，U20的131 ms計(jì)數(shù)后，反轉(zhuǎn)成高電平。(a) 使U18讀取寄存器中的Watchdog信號，D=Q，當(dāng)D為低電平時，T1保持高電平，DG1燈亮；D為高電平時，T1被拉低，這時DR3和DG2燈亮，并且相對應(yīng)的DG4～DG11燈也亮當(dāng)。(b) 經(jīng)過延時后復(fù)位寄存器，開始下一個計(jì)數(shù)周期。

2 Spuervisor Line 系統(tǒng)

該系統(tǒng)統(tǒng)watchdog工作線路如圖3所示。FC0，1，2，3，6，7有3條safety line 分別報(bào)告給logic control板，用于出束時的狀態(tài)檢測，它們是/HV on Out，/Rad on Out，/Gantry En Out。區(qū)別于T1，它們只在準(zhǔn)備和出束時才起作用。

當(dāng)在控制臺按下Accept后，上述的每個FC向logic control板報(bào)告safety line的狀態(tài)，低電平為正常。Logic control板分析接受到的18個safty line信號后，如果都是低電平，那么就會向IO relay板發(fā)出3個高電平的HV on logic，Rad on logic，Gan En logic信號，同時，也給FC6和FC7 發(fā)出3個低電平的/HV on in，/Rad on in，/Gan En in信號。這時如果T1 line正常，控制臺會切換到Ready狀態(tài)，如果任何一個safety line報(bào)告不正常時，控制臺將處于 not ready狀態(tài)，直到報(bào)告#70 control 7 連鎖。

Ready狀態(tài)下按下Rad on后，I/O relay板在FC7的控制下向FC0，F(xiàn)C1，F(xiàn)C2，F(xiàn)C3 給出HV on In，Rad On In，Gan En In 信號 。

圖2 Watchdog 板工作線路圖Fig.2 Watchdog chip workline diagram

圖3 Supervisor Lines 系統(tǒng)原理圖Fig.3 Supervisor Lines system principal diagram

3 Check 1和Check 2系統(tǒng)

Check1和Check2分別是控制臺在出束前和出束后，對FC和相關(guān)聯(lián)鎖進(jìn)行檢測。當(dāng)有FC或連鎖check通不過時，控制臺就轉(zhuǎn)入error狀態(tài)，直到所有check通過后，才能恢復(fù)正常工作。

Check1的測試包括2個部分：

(1) 每個FC的RAM和ROM測試；

(2) FC6通過SIM line測試所有的聯(lián)鎖電路。

Check2的測試包括3個部分：

(1) safty line測試。每個FC報(bào)告HV on，Rad on，Gan En 信號，F(xiàn)C2拉下這3個Safety line。FC7監(jiān)測這些信號并報(bào)告給控制臺。如果FC7沒有報(bào)告safety line被拉下，控制臺就報(bào)error。

(2) 在維修菜單，可以對選中的FC做check。

①FC在D22拉下T1 線并且在F28讀取低電平的T1 線。

② FC停止給watchdog板發(fā)送watchdog信號，watchdog板在262 ms內(nèi)沒有收到watchdog信號而拉低T1 線。FC監(jiān)測T1 線被拉低并報(bào)告給控制臺。如果控制臺沒有收到FC報(bào)告，將報(bào)error。測試完成后FC將恢復(fù)T1 線和watchdog信號。

(3) 劑量相關(guān)聯(lián)鎖電路測試。FC2通過觸發(fā)interlock test信號對7個劑量聯(lián)鎖（Mon Sync，DR2，P.S check，HR1，HR2，Pre High Rate，Dose Sim）進(jìn)行測試，F(xiàn)C6監(jiān)測這些連鎖動作，任何一個聯(lián)鎖不報(bào)告都會導(dǎo)致check2通不過而報(bào)error。

4 安全系統(tǒng)在日常中的應(yīng)用及分析

(1) 控制臺在按下ACCEPT時出#85 I/O Relay連鎖，連鎖能RESET清除，但由于頻率很高而停機(jī)。

通過檢查I/O Relay板指示燈的狀態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)T1被拉低了。這時再檢查Watchdog板的指示燈發(fā)現(xiàn)，DR3和DS8紅燈亮，說明T1是被FC3拉低的。更換FC3上的8255芯片，解決了這個問題。

提示：有時候在Watchdog板上沒有指示出錯的FC，這時可以逐次復(fù)位FC板（FC板上的灰色復(fù)位按鍵），控制臺復(fù)位logoff連鎖后，出束檢查是否出I/O Relay連鎖。不出連鎖時所對應(yīng)的FC就是有故障的電路板。

(2) 控制臺在按下ACCEPT后，出現(xiàn)#70 controller 7連鎖，代碼716，HV，Gan EN，Rad on not released during transition to a ready state error。

圖4 安全控制電路圖Fig.4 Saftey control circuit diagram

按照之前分析的safety line工作原理，應(yīng)該是某個FC沒有釋放某一條safety line。Logic control 板上有一個latch/unlatch開關(guān)，在unlatch狀態(tài)，可以觀察到控制臺檢測safety line的過程。關(guān)閉注入器高壓和調(diào)制器高壓后，我們仔細(xì)觀察logic control板上DS1(Rad on)，DS2(HV on),DS3(Gan En) 3個safety line指示燈，和DS4-DS9所對應(yīng)的FC0-FC7的6個指示燈。我們發(fā)現(xiàn)在控制臺按下ACCEPT后，其他指示燈都相繼熄滅，只剩下DS1和DS7沒有滅。這說明在檢查過程中FC3的/Rad on沒有釋放給logic control板，所以控制臺產(chǎn)生了相應(yīng)的連鎖。

測量發(fā)現(xiàn)，在FC3上的/Rad on out（F22）為0 V，而logic control板上收到的/Rad on out (D26)為1.5 V。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)它們之間的S34 J6松動，重新固定J6后故障解除。

(3) 偶發(fā)的check 2error，在維修菜單check display中check時，F(xiàn)C6下 面的錯誤代碼2 h。

按照check 2 工作原理，F(xiàn)C62 h 是出束結(jié)束時7個劑量連鎖中某個連鎖自檢沒有通過。我們可以在check display菜單中按‘C’，開始check2 過程，同時在機(jī)柜S33連鎖板上觀察7個劑量連鎖 的動作情況。正常情況下，7個聯(lián)鎖幾乎同時閃爍1 s后熄滅。

實(shí)際中，我們發(fā)現(xiàn)7個劑量連鎖有非常快而微弱的閃爍，有別于正常時的check。測量發(fā)現(xiàn)送至聯(lián)鎖板的7個測試脈沖在正常和不正常時沒有差異，但是聯(lián)鎖板上的24Reset (Z28) 信號在正常時是0 V，不正常時是24 V。如圖4所示，24Reset常態(tài)時保持低電平，而只在S31按下24 V復(fù)位按鈕時才轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，對?lián)鎖板復(fù)位。當(dāng)K9-9和K9-3粘連后，24Reset持續(xù)的高電平限制了聯(lián)鎖板正常的讀取聯(lián)鎖信號，所以check2中的聯(lián)鎖測試沒有通過。更換K9后故障解除。

[1]Siemens digital mevatron service drawings[R].