醫(yī)科達Synergy醫(yī)用電子直線加速器CON A故障分析與維修

張燦

海軍安慶醫(yī)院 放射治療技術部，安徽 安慶 246001

引言

醫(yī)科達Synergy醫(yī)用電子直線加速器是國際上最先進的全數(shù)字化醫(yī)用加速器，控制軟件實時控制、監(jiān)測并顯示各項參數(shù)。它最大的特點是能量選擇靈活可調，具有低中高三檔X射線能量和九檔電子線能量可供選擇；配備了40對MLC多葉光柵和iViewGT影像驗證系統(tǒng)。該設備具有快速治療、自動擺位、調強治療、影像驗證等功能，可開展常規(guī)放療、適形放療、靜態(tài)和動態(tài)調強放療、圖像引導調強放療等，廣泛應用于全身各個部位的腫瘤放射治療[1-3]。

我院于2011年引進了一臺醫(yī)科達Synergy雙光子醫(yī)用電子直線加速器，用于腫瘤患者的放射治療。多年來，該設備性能穩(wěn)定，故障率低，在為安慶本地及周邊縣市腫瘤患者帶來了福音的同時，也為我院放療事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻[4]。

1 設備原理

醫(yī)科達Synergy醫(yī)用電子直線加速器主要由旋轉機架、機架支撐底座、治療床、控制柜和操作控制臺等組成，其中高壓系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、輻射治療頭等均位于旋轉機架上[5-6]。醫(yī)科達Synergy醫(yī)用電子直線加速器的系統(tǒng)結構圖[7]，見圖1。脈沖調制器從外部電源獲得能量，并轉換為脈沖寬度為幾微秒、電壓為幾十千伏的負高壓脈沖，該負高壓脈沖被同時加到磁控管和電子槍[8-9]。磁控管獲得脈沖負高壓后，腔內發(fā)生諧振，產生高功率微波。經波導管，高功率微波被送入加速管[10]。與此同時，電子槍中的電子經陽極和陰極間脈沖負高壓的作用進入加速管，在加速管內，電子束被高功率微波加速到所需的能量。獲得了高能的電子束經過偏轉磁鐵偏轉，直接引出（電子束治療）或打靶（X射線治療）[11]。直接引出的電子束或打靶產生的X射線在輻射治療頭中被均整、擴散和準直，形成治療用的照射野，用于腫瘤的放射治療[12]。

圖1 醫(yī)科達Synergy醫(yī)用電子直線加速器結構框圖

2 故障研究

2.1 故障現(xiàn)象

按下計算機控制柜上的開機鍵后，計算機首先加載軟件，然后開始自檢，待自檢完成后，計算機顯示器上顯示登錄界面，并且在顯示器的左下角顯示機器狀態(tài)為Initialized。登錄進維修模式（用戶名：service），機器狀態(tài)仍然顯示為Initialized。Initialized機器狀態(tài)意思是計算機已完成初始化，意味著計算機加載軟件和自檢成功完成。正常情況下，在Initialized機器狀態(tài)后，主接觸器CON A會自動吸合，相應的子系統(tǒng)獲得電源，在登錄界面及登錄進維修模式后，機器狀態(tài)應為Closed。

2.2 查看聯(lián)鎖

（1）查看CON A狀態(tài)。在維修模式下，點擊Service Function圖標，再點擊Display Service Page圖標，在Display Service Page窗口點擊Load，在Service Function Selection窗口選Contactors選項，然后點擊OK。在Contactors頁面，可以查看RIC接口柜內包括主接觸器CON A在內的八個接觸器的狀態(tài)。

（2）選擇機器狀態(tài)。在維修模式下，點擊Service Function圖標，再點擊Select Machine State圖標，在Select Machine State窗口可選擇不同的機器狀態(tài)和軟件復位。

（3）查看聯(lián)鎖。在維修模式下，點擊Linac Inhibits圖標，在View Restrictions窗口可查看當前聯(lián)鎖故障。

按上述方法同時打開Contactors頁面和Select Machine State窗口，在Select Machine State窗口選System On或Closed機器狀態(tài)，嘗試手動升機器狀態(tài)，我們可以發(fā)現(xiàn)，即使手動選了System On或Closed機器狀態(tài)，Contactors頁面的Item 77（Contactor CON A monitor）的值始終為0，0說明主接觸器CON A沒有吸合。同時，當我們選了System On或Closed狀態(tài)后，在View Restrictions窗口可以查看到Main CON A聯(lián)鎖故障。

由此，我們可以判斷，該故障是由于主接觸器CON A沒有吸合，相應子系統(tǒng)無法獲得電源，造成機器無法進入Initialized之后的狀態(tài)。

2.3 電路分析

查看主接觸器CON A的聯(lián)鎖電路圖（隨機器提供的系統(tǒng)電路圖）[13]，可發(fā)現(xiàn)該聯(lián)鎖電路控制著提供給主接觸器CON A線圈的24 V交流電（24 VAC）。主接觸器CON A的線圈一端接地，只有當另一端獲得24 VAC，主接觸器CON A吸合，其觸點閉合，三相交流電才能通過CON A的觸點分別輸送到各子系統(tǒng)的供電電源中，如高壓電源（HT PSU）、低壓電源（LT PSU）、運動系統(tǒng)、內循環(huán)水冷系統(tǒng)等[14]。

根據(jù)主接觸器CON A的聯(lián)鎖電路圖（圖2），正常情況下，當斷路器CB8閉合時，單相交流電通過CB8提供到位于73區(qū)的變壓器T2，變壓器T2的輸出為24 VAC，該24 VAC通過位于73區(qū)的保險絲FS73B被送到急停開關串聯(lián)電路。通常，在控制室、治療室和設備間的墻壁上有六至七個急停開關串聯(lián)在一起，當這些急停開關都沒有被觸發(fā)時，24 VAC通過這些急停開關串聯(lián)電路并被送入73區(qū)的變壓器T1。繼而24 VAC通過變壓器T1內部并被送入74區(qū)IRC-A PCB上繼電器RL8的觸點。74區(qū)IRC-A PCB上繼電器RL8的線圈一端接地，另一端受控制軟件里Item 400（Contactor CON A SET）控制。

圖2 主接觸器CAN A聯(lián)鎖電路的原理圖

Item 400為軟件里主接觸器CON A的設置值。每次開機，當計算機加載軟件和自檢都成功完成后，Item 400的值會自動變?yōu)?。當Item 400的值為1時，72區(qū)DIE-ICA PCB上的FPGA ICE2會輸出TTL低電平到72區(qū)ROC-A PCB上繼電器RLA3的線圈，讓繼電器RLA3吸合。繼而22 V直流電（22 VDC）可通過繼電器RLA3的觸點讓74區(qū)IRC-74A PCB上繼電器RL8吸合。從而通過RL8的觸點，24 VAC被送入內循環(huán)水冷系統(tǒng)聯(lián)鎖電路。內循環(huán)水冷系統(tǒng)聯(lián)鎖電路用于監(jiān)測內循環(huán)水水溫、水壓及水泵的溫度，水溫熱保護開關、水壓開關及泵溫熱保護開關依次串聯(lián)，當內循環(huán)水的水溫低于42℃，水壓不低于0.2 bar，水泵溫度低于90℃，相應的保護開關閉合，24 VAC通過這些保護開關送入CON A的線圈，讓CON A吸合。當主接觸器CON A吸合后，其觸點閉合，三相交流電可通過其觸點輸送到各子系統(tǒng)的供電電源。同時，軟件里Item 77（Contactor CON A monitor）實時監(jiān)測CON A的狀態(tài)，當CON A吸合時，Item 77的值為1，機器狀態(tài)為System On，接下來如果低壓接觸器CON F和CON H能吸合，機器狀態(tài)自動上升為Closed。

綜上所述，只有當表1中的聯(lián)鎖條件都滿足要求的情況下，主接觸器CON A才能吸合。任何一個聯(lián)鎖條件被觸發(fā)，CON A均不能吸合。表2列出了主接觸器CON A聯(lián)鎖電路里用到的電路板。

表1 主接觸器CON A的聯(lián)鎖條件

表2 CON A聯(lián)鎖電路用到的電路板

2.4 故障分析及維修

如果控制軟件報MAIN CON A聯(lián)鎖故障，或當機器狀態(tài)一直為Initialized且無法上升時，意味著CON A沒有吸合或CON A的監(jiān)測電路故障。在維修MAIN CON A聯(lián)鎖故障時，通常我們會根據(jù)CON A的聯(lián)鎖電路圖，從變壓器T2的輸出端開始，用萬用表測量輸送到CON A線圈上的24 VAC，從而找出故障位置，接地可用公共的或設備上的金屬部分。具體做法為：

（1）測量73區(qū)變壓器T2輸出端是否為24 VAC。當斷路器CB8閉合的情況下，變壓器T2的輸入電源為單相交流（220 VAC），輸出為24 VAC。

（2）取出73區(qū)的保險絲FS73B，測量其電阻值。如果電阻值小于1 Ω，說明保險絲良好，進行第三步；如果電阻值為無窮大，說明保險絲已熔斷，更換同規(guī)格的保險絲。

（3）測量73區(qū)變壓器T1的TH2端子是否為24 VAC。如果TH2是24 VAC，到第四步；如果TH2無電壓，檢查急停開關，并恢復被按下的急停開關。

（4）測量13區(qū)TS13A接頭的端子5的電壓。如果電壓值為24 VAC，到第五步；如果無電壓，首先在Contactor頁面檢查Item 400（CON A SET）的值。Item 400的值受軟件控制，正常情況下，計算機完成自檢后，i400的值自動變?yōu)?。當i400的值為1時，72區(qū)的DIE-ICA PCB輸出低電平到ROC-ICA PCB上繼電器RLA3的線圈，讓繼電器RLA3吸合。當繼電器RLA3吸合時，74區(qū)IRC-74A PCB上繼電器RL8的線圈獲得22 VDC并吸合，從而TS13A接頭端子5的電壓為24 VAC。因此當TS13A接頭端子5無電壓時，可通過測量DIE-ICA PCB、ROC-ICA PCB、IRC-74A PCB相應針腳有沒有低電平或22 VDC來判斷是哪塊電路板故障，并更換故障電路板。

（5）測量13區(qū)TS13A接頭的端子6的電壓。如果電壓值為24 VAC，到第六步；如果無電壓，檢查內循環(huán)水冷系統(tǒng)水壓、水溫、泵溫和相應的保護開關。如果水壓低于0.2 bar，加蒸餾水。如果相應的保護開關故障，更換故障開關。

（6）如果步驟1～5中均能測量到24 VAC，同時測得主接觸器CON A的線圈接點A1的電壓為24 VAC，A2為接地，而CON A沒有吸合，說明CON A故障，更換CON A。如果CON A已吸合，檢查CON A的觸點13與觸點14是否閉合并測量其電壓。如果觸點13與觸點14未閉合，重新連接觸點13和觸點14。如果它們已閉合，測量觸點13或觸點14的電壓，當電壓值為0時，說明72區(qū)DIE-ICA PCB故障，需更換；當電壓值為15 VDC時，說明IRC-74A故障，需更換。

3 討論

本文首先介紹了主接觸器CON A的故障現(xiàn)象及聯(lián)鎖故障的查看方法；接著通過分析主接觸器CON A的聯(lián)鎖電路，詳細說明了CON A聯(lián)鎖電路的控制原理，以及使CON A吸合所必需滿足的聯(lián)鎖條件；最后介紹了CON A聯(lián)鎖故障的維修步驟。上述維修方法同樣適用于維修RIC接口柜里的其他接觸器故障。如圖3所示，在RIC接口柜里共有8個接觸器，這些接觸器控制著不同的機器狀態(tài)。只有當相關的接觸器吸合后，控制軟件才會顯示到相應的機器狀態(tài)[15]。如果機器狀態(tài)停在某一狀態(tài)且無法上升，則說明是相應的接觸器沒有吸合或者監(jiān)測電路斷開，我們可以通過軟件查看具體是哪個接觸器斷開造成的故障，然后通過分析電路圖及實際測量排查故障[16]。

圖3 機器狀態(tài)

總而言之，此文以討論主接觸CON A聯(lián)鎖故障維修為例，為維修工程師提供了一條基本的思路：當機器出現(xiàn)故障時，首先查看故障現(xiàn)象和聯(lián)鎖報錯，并查看維修頁面里相關的參數(shù)；再分析工作原理，了解相關的聯(lián)鎖條件以及所有可能的故障原因；最后根據(jù)實際測量或調試，找出故障原因，解決故障。