VARIAN IX加速器電離室故障維修及對劑量影響的分析

林強，時飛躍，蔣紅兵，秦偉，陳飛

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）a.醫(yī)療設(shè)備處；b.腫瘤放療中心，江蘇 南京 210006

VARIAN IX加速器電離室故障維修及對劑量影響的分析

林強a，時飛躍b，蔣紅兵a，秦偉b，陳飛b

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）a.醫(yī)療設(shè)備處；b.腫瘤放療中心，江蘇 南京 210006

本文介紹了醫(yī)用電子直線加速器電離室的工作原理及VARIAN直線加速器電離室的功能結(jié)構(gòu)。結(jié)合一例本單位VARIAN IX直線加速器電離室故障的判斷及維修處理，進一步探討其對射野劑量學(xué)方面的影響，為處理類似故障提供有益的指導(dǎo)和參考。

ION2聯(lián)鎖；電離室；劑量學(xué)；醫(yī)用直線加速器

0 前言

目前，醫(yī)用電子直線加速器已廣泛應(yīng)用于腫瘤的放射治療。醫(yī)用電子直線加速器射束能量高，束流強度大，故對其進行劑量監(jiān)測等質(zhì)控工作至關(guān)重要。加速器內(nèi)部劑量監(jiān)測系統(tǒng)的功能是利用電離室檢測和顯示加速器的劑量率和累積劑量，在達到預(yù)置的劑量時終止出束，并通過伺服系統(tǒng)對射野的對稱性和劑量率的穩(wěn)定性進行調(diào)整。劑量監(jiān)測系統(tǒng)由電離室和相關(guān)測量電路、聯(lián)鎖控制電路等組成[1]。電離室發(fā)生故障會直接影響射束的質(zhì)量，嚴(yán)重時導(dǎo)致機器聯(lián)鎖不能出束。下面就結(jié)合本單位1例由電離室引起的劑量監(jiān)測系統(tǒng)故障進行分析與探討。

1 電離室的工作原理與構(gòu)造

1.1 工作原理

醫(yī)用電子直線加速器一般采用平板型透射式電離室。當(dāng)電離室受到射線照射時，射線與電離室中氣體分子相互作用而產(chǎn)生離子對（正離子與電子），在正常的環(huán)境溫度和壓力下，這些離子自由擴散，它們在外加電場作用下被收集極收集。氣體中的電子向正極板運動，正離子向負極板運動，到達電極板的百分率取決于收集極的電壓、極間距離、氣體的種類和密度。收集板電流的大小反映了電離的程度，經(jīng)一系列電路處理后就可以得到劑量率和積分劑量。電離室位于直線加速器輻射頭內(nèi)，一級準(zhǔn)直器和二極準(zhǔn)直器之間，對產(chǎn)生的射野進行采樣，監(jiān)測和控制治療射束的物理參數(shù)[2-5]。

1.2 VARIAN加速器電離室一般構(gòu)造

VARIAN IX型直線加速器是具有先進的快速容積旋轉(zhuǎn)弧形調(diào)強（RapidArc）功能的高能機。該加速器的電離室由上下兩層疊加構(gòu)成，電子束與X線束共用，見圖1。上層為徑向電離室，有四塊收集極，中間兩個半圓形收集板A和B收集信號提供控制臺的劑量率指示，同時得到劑量通道1的累積劑量，周邊兩個弧形極板E和F用于監(jiān)測射野的徑向位置偏移情況。同理，下層橫向電離室中間兩塊半圓形收集板C和D收集信號提供劑量通道2的累積劑量，周邊兩個弧形極板G和H也是用于監(jiān)測射野的橫向位置偏移，見圖2。因此，電離室不但可以監(jiān)測累積劑量，還可以測量徑向和橫向劑量分布的對稱性[6]。

圖1 VARIAN電離室外觀

圖2 VARIAN電離室結(jié)構(gòu)功能圖

圖3 電離室接線端口示意

2 故障現(xiàn)象

2.1 故障現(xiàn)象

開機晨檢準(zhǔn)備出束時報“ION2”聯(lián)鎖，進入“service”（服務(wù)）模式下也無法消除該聯(lián)鎖。

2.2 故障分析

根據(jù)報錯信息，初步判斷劑量監(jiān)測系統(tǒng)第二劑量通道有硬件損壞。進一步檢查發(fā)現(xiàn)給電離室供電的電源（VACION POWER SUPPLY）上“ION2”綠燈不亮（監(jiān)測電壓異常），說明可能原因如下：① 無-500 VDC電壓輸出到橫向電離室；② 電離室本身有故障；③ 傳輸電纜故障。

2.3 故障檢修

拔下電離室電源輸出P9插頭后，測P9-4端子對地有-500 V電壓（圖3），從而排除電源端輸出故障，故障范圍應(yīng)在電離室本身或傳輸電纜。將機架（Gantry）轉(zhuǎn)到180o，并插入安全插銷，準(zhǔn)直器轉(zhuǎn)至90o，關(guān)閉電離室電源。拆除準(zhǔn)直器外罩和機頭兩側(cè)弧形防護鉛塊，關(guān)閉Y方向鎢門后，卸掉電離室側(cè)邊防護鉛擋塊，松開射野反光鏡螺絲并取出。再次打開Y方向鎢門，自上伸入擰松固定電離室壓塊螺絲，此時可以拔掉連接電離室同軸電纜插頭（P1～P6），小心取出電離室[7]。短接電離室側(cè)P9-4和P9-3插芯后，測量電源側(cè)P9插頭的4和3芯，電阻為0 Ω，說明回路暢通，電源傳輸電纜沒有斷線。測電纜各芯線對地電阻為∞，說明芯線對地絕緣良好。用萬用表測電離室J1～J6端口中插芯A、B、C、D對外殼電阻均為∞（正常）。其中J1、J2、J5、J6為電離室信號端口，J3和J4為電離室供電端口，“ION2”報錯對應(yīng)的極化電壓端口是J3，實測J3-A與J3-B阻值為82.8 kΩ，插芯C和D阻值也為82.8 kΩ，正常值為∞，即判定電離室損壞，更換新電離室后，故障排除[8]。

根據(jù)故障及維修處理，判斷此次故障是由于橫向電離室極化極絕緣性能下降，從而導(dǎo)致加上-500 V極化電壓后，電離室漏電，反饋至P9-3端-500 V監(jiān)測電壓出現(xiàn)異常（綠燈不亮），導(dǎo)致保護電路動作報“ION2”聯(lián)鎖，機器停止出束。

3 電離室故障前后對劑量學(xué)影響的分析

3.1 測量工具

（1）IBA公司的Dose 1劑量儀和FC65-G Farmer型電離室。

（2）美國SUN NUCLEAR公司的Daily QA 3晨檢儀。

（3）IBA公司的二維掃描水箱。

（4）SP34固體水。

3.2 測量數(shù)據(jù)分析

此次電離室故障前，2014年11月～2015年4月近半年時間用Daily QA 3晨檢儀在工作日對常用能量6 MV X線的測量數(shù)據(jù)，見圖4。圖中可見，2015年3月份之前劑量和R方向（槍靶方向）的射野對稱性相對于基準(zhǔn)值波動均較??；而2015年1月份前后T方向（機架方向）出現(xiàn)了對稱性負偏差過大，3月份又恢復(fù)到正常水平，到了4月出現(xiàn)正偏差過大，該方向射野對稱性波動幅度明顯大于R方向（槍靶方向），而故障電離室損壞的部分，正是對應(yīng)劑量通道2和測量T方向的橫向電離室。圖中還顯示，3月下旬調(diào)整劑量后，直到4月電離室出現(xiàn)故障聯(lián)鎖停機，短期內(nèi)劑量波動頻繁。對圖4的數(shù)據(jù)分析表明，電離室在損壞前3個月工作狀態(tài)已不穩(wěn)定。由此可見，當(dāng)直線加速器射野同時出現(xiàn)不明原因的對稱性不穩(wěn)定、劑量偏差波動頻繁時，提示劑量監(jiān)測系統(tǒng)可能存在故障。

更換新電離室后，用晨檢儀對射野的對稱性和劑量共做了3次相對測量。仍以6 MV能量為例，測量1：更換后機器未做任何調(diào)整下測得數(shù)值；測量2：用二維水箱掃描并調(diào)整了各能量射野對稱性后的數(shù)值；測量3：調(diào)整對稱性后，用劑量儀和固體水校準(zhǔn)了絕對劑量后的數(shù)值，見表1。通過對比3組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)測量1和測量2的劑量偏差較大。測量3的各項數(shù)據(jù)均符合臨床治療要求。再看6個能量檔電子線在校準(zhǔn)前后的數(shù)據(jù)對比，測量1的劑量偏差明顯大于測量3的數(shù)據(jù)，見表2。兩表中數(shù)據(jù)雖然是使用晨檢儀得到的相對測量數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)結(jié)果明確顯示，在電離室更換后未做校準(zhǔn)時，有些能量的射野劑量參數(shù)不能達到臨床治療要求[9-10]。

圖4 6 MV X線的劑量偏差、R和T方向?qū)ΨQ性的數(shù)據(jù)結(jié)果

表1 6 MV X線更換電離室后3次測量數(shù)值

表2 各檔電子線更換電離室劑量校準(zhǔn)前后數(shù)值

4 討論

直線加速器電離室具有發(fā)生故障機率小，造價昂貴，維修更換復(fù)雜等特點，而晨檢儀在每日晨檢時，可以提供直線加速器日常質(zhì)控數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)的分析判斷，為工程技術(shù)人員及早發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確排除故障，提供了有益的參考。電離室更換后，不得立即將設(shè)備投入臨床使用，必須同物理師一起及時測量、校準(zhǔn)。新?lián)Q上的電離室應(yīng)密切觀察其測量數(shù)據(jù)變化，做到及時糾偏，這點應(yīng)引起放療物理人員足夠的重視。更換電離室只是維修工作的一部分，之后的測量調(diào)試更要花費大量時間、精力。所以，在維修前應(yīng)充分做好各方面的協(xié)調(diào)準(zhǔn)備工作。

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Analysis of Troubleshooting of VARIAN IX Ionization Chamber and its Relevant Influence on Dosimetry

LIN Qianga, SHI Fei-yueb, JIANG Hong-binga, QIN Weib, CHEN Feib
a.Department of Medical Equipment; b.Radiation Therapy Center, Nanjing First Hospital, Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210006, China

R197.39；TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.08.051

1674-1633(2016)08-0155-03

2015-07-07

2015-09-02

時飛躍，博士，放療物理師，助理研究員，江蘇省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會醫(yī)學(xué)物理專業(yè)委員會委員。

通訊作者郵箱：shifeiyue2013@126.com