張朋,李堅(jiān)
中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九七〇醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科,山東 煙臺(tái) 264000
精確放療技術(shù)對(duì)直線加速器的機(jī)械性能尤其是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的性能有著嚴(yán)格的要求。根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論,相對(duì)于開環(huán)系統(tǒng),帶有反饋網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)系統(tǒng)具有更高的穩(wěn)定性。Elekta 加速器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要包括機(jī)架旋轉(zhuǎn)、準(zhǔn)直器移動(dòng)、治療頭旋轉(zhuǎn)、多葉光柵移動(dòng)以及治療床運(yùn)動(dòng)等。除了多葉光柵系統(tǒng)外[1-3],其他運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一般分為三部分:驅(qū)動(dòng)電機(jī)、編碼器、控制部分,如圖1 所示。
圖1 Elekta直線加速器運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)原理圖
在整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中,位置反饋是關(guān)鍵環(huán)節(jié),加速器通過主要級(jí)編碼器和次要級(jí)編碼器向控制系統(tǒng)反饋運(yùn)動(dòng)部分的位置信息[4]。其中,主要級(jí)編碼器包括coarse 和fine 兩個(gè)電位器,向控制系統(tǒng)提供精確的位置信息。coarse電位器只有一個(gè)電刷,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中大約旋轉(zhuǎn)10 圈,輸出范圍為0~10 V。加速器控制系統(tǒng)能夠根據(jù)其輸出值判定fine 電位器完成的周期數(shù),并且判定使用fine 編碼器的哪一路輸出。fine 電位器能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn),具備兩個(gè)位置相反的電刷,輸出值在0~10 V 之間,輸出差值大約為5 V。通過連續(xù)旋轉(zhuǎn),在coarse 電位器的線性輸出波形上加載一個(gè)鋸齒波,即通過與coarse 電位器的相對(duì)位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)精確定位,如準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)精度達(dá)到0.01°[5]。次要級(jí)編碼器包含一個(gè)check 編碼器,結(jié)構(gòu)上與coarse 電位器相同,用以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)主要級(jí)編碼器反饋信息的完整性進(jìn)行檢查。coarse 電位器和fine 電位器輸出范圍在0~10 V 之間。兩級(jí)編碼器一共向系統(tǒng)輸入四路電壓信號(hào)。
除了共同特點(diǎn)之外,各個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)也有其自身特點(diǎn),如機(jī)架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)裝備有剎車線圈,防止因運(yùn)動(dòng)慣性導(dǎo)致的位移[6]。工程技術(shù)人員既要熟悉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的共性,又要了解各個(gè)子系統(tǒng)的不同。只有對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理有了系統(tǒng)深入的認(rèn)識(shí),遇到設(shè)備故障時(shí)才可能系統(tǒng)全面的分析問題,既解決故障,又避免在維修過程中影響設(shè)備精度[7]。通過幾個(gè)比較典型的維修案例分析,加深對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的理解。
用手控盒控制機(jī)架旋轉(zhuǎn)的過程中,機(jī)架突然停止,復(fù)位后,又能正常動(dòng)作,同樣故障反復(fù)多次出現(xiàn)。
機(jī)架運(yùn)動(dòng)部分主要分為運(yùn)動(dòng)電路和剎車電路,機(jī)架靜止時(shí),運(yùn)動(dòng)電路及剎車電路不供電,在電機(jī)內(nèi)部的磁鐵作用下,電機(jī)處于剎車狀態(tài),保證機(jī)架能夠穩(wěn)定靜止。當(dāng)控制電路發(fā)出機(jī)架運(yùn)動(dòng)的信號(hào)后,運(yùn)動(dòng)電路開始工作,同時(shí),剎車線圈供電,產(chǎn)生電磁場(chǎng)抵消電機(jī)磁鐵磁場(chǎng)的剎車作用,保證機(jī)架的正常運(yùn)動(dòng)[8]。
運(yùn)動(dòng)電路由71 區(qū)的UMD 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路板提供脈沖電壓供電,拆卸下電機(jī),測(cè)量電機(jī)的阻抗在正常范圍內(nèi),撥動(dòng)手控盒的機(jī)架旋轉(zhuǎn)滾輪,測(cè)量電機(jī)供電電壓正常,判斷故障很可能是由剎車電路導(dǎo)致的,重要的是如果剎車電路出問題,沒有得到及時(shí)修復(fù),很可能會(huì)損壞電機(jī)。
剎車線圈工作電壓為26 V,由71 區(qū)的UMD 板提供[9],中間需要經(jīng)過72 區(qū)的ROC-A 板上的RLB1 繼電器和HME 板上的RLB 繼電器。其中,出現(xiàn)故障時(shí),撥動(dòng)機(jī)架運(yùn)動(dòng)開關(guān),該繼電器A9~A11 端口一直處于斷開狀態(tài)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于它的一對(duì)觸點(diǎn)損壞,導(dǎo)致系統(tǒng)無法為電磁鐵供電,機(jī)架旋轉(zhuǎn)電機(jī)一直處于剎車鎖止?fàn)顟B(tài)。更換同型號(hào)的繼電器后,故障消失。
治療過程中,工作中斷,設(shè)備報(bào)錯(cuò)item 149 D.Rot Ctrl。
報(bào)錯(cuò)信息提示治療頭旋轉(zhuǎn)故障,進(jìn)入維修模式,調(diào)出display 欄目下service page頁面,加載pots 菜單,在菜單中顯示了機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的三個(gè)電位器數(shù)值,即coarse、fine、check 電位器的數(shù)值。反復(fù)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)治療頭,密切觀察三個(gè)電位器的數(shù)值,發(fā)現(xiàn)在某些特定位置,coarse 電位器的數(shù)值發(fā)生跳變,某瞬間與check 電位器的數(shù)值差異超出范圍,報(bào)故障。即coarse 電位器發(fā)生故障,更換該電位器。
經(jīng)過長時(shí)期使用之后,由于編碼器的電刷發(fā)生磨損,導(dǎo)致定位不準(zhǔn)而設(shè)備報(bào)錯(cuò)。電位器一般需要整體更換,更換后必須嚴(yán)格按照手冊(cè)通過學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)來確定coarse 和fine 電位器的相對(duì)位置。學(xué)習(xí)和校準(zhǔn)操作完成后設(shè)備不再報(bào)錯(cuò)item 149,分別用10×10、20×20、30×30 坐標(biāo)紙檢查光野,并用膠片曝光檢查照射野精度,精度達(dá)標(biāo)后證明學(xué)習(xí)校準(zhǔn)成功。設(shè)備可以重新投入使用。
治療過程中,工作中斷,設(shè)備報(bào)錯(cuò)item 149 D.Rot Ctrl。
檢修步驟同故障二,coarse 電位器和fine 電位器數(shù)值正常,check 電位器數(shù)值為0,很可能是由于check 電位器參考電壓不正常,導(dǎo)致該電位器輸出異常值。
檢查線路圖得知check電位器的10 V參考電壓來自12區(qū)A側(cè)的AI12板,coarse電位器和fine電位器的10 V參考電壓來自12區(qū)B側(cè)的AI12板[10]。而測(cè)量到check電位器上無10 V參考電壓。10 V參考電壓來自于AI12板的ADI01AR電源模塊。長期使用后,該電源模塊損壞,為節(jié)約維修時(shí)間,整體更換該電路板,設(shè)備恢復(fù)正常。
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是直線加速器的重要組成部分,日常維護(hù)保養(yǎng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要作用[11-12]。建議每年進(jìn)行一次清潔機(jī)架,清除鐵銹,加潤滑油[13]。鎢門齒輪盤和治療床升降軸承需要使用防輻射潤滑油[14]。用于位置反饋的編碼器由于連續(xù)工作,容易發(fā)生故障,建議每兩年更換一次[15]。此外,由于位置系統(tǒng)的調(diào)整涉及到機(jī)架角度、機(jī)頭角度、準(zhǔn)直器等部件精度,必須經(jīng)過物理師對(duì)物理特性進(jìn)行檢測(cè)[8],合格后方能投入使用。