醫(yī)用直線加速器輸出劑量故障聯(lián)鎖及問題分析

朱勁松，尹 靈（通訊作者）

（陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤科 重慶 400038）

醫(yī)用直線加速器所產(chǎn)生的光子束以及電子束在癌癥與部分良性腫瘤領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。劑量率在腫瘤放射治療中至關(guān)重要，因此，為了保證放射治療的安全性，相關(guān)部門對(duì)劑量率的變化有嚴(yán)格的限定，如在固定治療時(shí)，劑量率應(yīng)小于1%；而在旋轉(zhuǎn)治療時(shí)，劑量率應(yīng)小于±1.5%。在治療過程中，可能會(huì)出現(xiàn)劑量率未達(dá)到額定劑量率，導(dǎo)致加速器聯(lián)鎖停機(jī)的情況。該文介紹幾種常見的醫(yī)用直線加速器輸出劑量故障，以供參考。

1 常見故障

1.1 電子槍的輸出劑量故障

對(duì)于電子槍高壓本身而言，一般情況下是不會(huì)出現(xiàn)高壓突然不穩(wěn)的情況的，主要擔(dān)心的是其高壓傳輸線經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后絕緣強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致加在電子槍本身的高壓不穩(wěn)。這時(shí)候我們可以通過高壓分壓器對(duì)其予以測(cè)量，其結(jié)果將有助于我們判斷和分析故障原因。如果確有不穩(wěn)現(xiàn)象，可采取適當(dāng)措施增加傳輸線的絕緣強(qiáng)度。槍高壓變化的另外一個(gè)原因是調(diào)制器高壓輸出有變化或者脈沖變壓器性能有變[1]。電子槍老化的原因主要是其使用壽命的問題，故障現(xiàn)象主要體現(xiàn)在槍陰極發(fā)射能力上。

1.2 真空不足導(dǎo)致的輸出劑量故障

真空不足是加速管的常見故障之一。真空問題對(duì)于槍發(fā)射的影響比較明顯，一則是因?yàn)殡娮釉趥鬏斶^程中會(huì)與空氣分子碰撞損失能量，嚴(yán)重的沒有電子引出，二則主要的也是因?yàn)樵谡婵諣顟B(tài)不好的情況下加上燈絲電壓，易導(dǎo)致槍陰極部分或完全中毒，從而影響槍的發(fā)射能力[2]。

1.3 磁控管的輸出劑量故障

磁控管使用一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生老化問題，發(fā)射功率下降，導(dǎo)致微波輸出功率也持續(xù)下降，從而加速器的劑量率也就隨之下降[3]。事實(shí)上，如果磁控管老化，也會(huì)伴隨磁控管頻繁的打火的出現(xiàn)，這些都將造成系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。

1.4 射束的輸出劑量故障

加速管通過放療射線束對(duì)人體進(jìn)行治療，但如果其出現(xiàn)嚴(yán)重的劑量偏差或者功率波動(dòng)時(shí)，則會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生很大的威脅。因此，設(shè)計(jì)人員往往將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加入加速管中，從而達(dá)到保障射線安全的作用，一旦發(fā)生故障，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警告并啟用熔斷機(jī)制[4]。

2 維修處理及分析

表1

2.1 電子槍故障的維修處理及分析

可以通過增加槍燈絲電流來臨時(shí)性的處理該故障，但這里存在兩個(gè)問題，一是由于空間電荷場(chǎng)的影響，槍發(fā)射電流隨燈絲電流的增加并不總是線形增加，所以發(fā)現(xiàn)有時(shí)增加槍燈絲電流對(duì)劑量影響大，有時(shí)并不顯著。二是槍燈絲電流過高，對(duì)槍的壽命有影響[5]。一般情況下，駐波加速管的電子槍中毒的可能性較小，因?yàn)轳v波和行波不一樣，它通常是采用全密封結(jié)構(gòu)，電子槍是不可拆卸的，因而如果發(fā)生加速管真空突然變大的話，一般來說是加速管陶瓷窗的問題。對(duì)于行波管，由于電子槍等部件可以拆卸，不是全密封的，所以電子槍中毒的幾率較駐波管大。一旦電子槍發(fā)生中毒問題，可以通過電子槍激活等手段暫時(shí)性的解決該問題。

2.2 真空不足的維修處理及分析

密閉空間和排氣是構(gòu)造局部真空環(huán)境的必要因素，因此，可以從加速管腔體真空環(huán)境構(gòu)成的角度將加速管真空度不足的原因分為兩類：密閉環(huán)境的破壞和抽氣功能的衰減或消失。加速管的鈦泵、排氣管、聚束腔、加速腔、波導(dǎo)窗、靶組件和電子槍等零件通過焊接形成了一個(gè)密閉空間，因此，這些零部件的焊接問題和質(zhì)量問題都可能成為破壞加速管的密封環(huán)境導(dǎo)致真空度不足的原因[6]。鈦泵是加速管抽取空氣分子的唯一途徑，因此，鈦泵的異常工作是致使加速管的空氣抽取功率下降，引起加速管真空度不足的原因之一，詳細(xì)故障原因如表2所示。

對(duì)一根新管子而言，如果加速管內(nèi)的真空狀態(tài)尚不至于對(duì)陰極造成破壞性的影響，我們可以通過對(duì)加速管的不斷老練改善加速管的真空狀況。值得注意的是，一旦我們發(fā)現(xiàn)電子槍出現(xiàn)中毒現(xiàn)狀，我們一定要找出故障所在，到底是波導(dǎo)窗漏氣還是別的原因，徹底的解決問題，不要盲目的增加燈絲電流。加速器運(yùn)行中最嚴(yán)重的是陶瓷窗破裂和鈦窗打穿。對(duì)駐波加速管而言，一般波導(dǎo)窗漏氣的概率比靶漏氣的概率大，主要原因是因?yàn)椴▽?dǎo)中過高壓的絕緣氣體可能壓碎波導(dǎo)窗，或者因?yàn)槲⒉ù蚧鹂赡軐⑵浯驂摹?duì)于靶部，一則是擔(dān)心加速管流強(qiáng)太大，靶部散熱不均勻，二則是擔(dān)心靶部熱膨脹系數(shù)與管體不一致。所以要隨時(shí)監(jiān)控靶的水冷卻。其它方面應(yīng)該不會(huì)有太大的問題。在這里應(yīng)該提醒的是不一定真空電流偏大就是加速管真空被破壞，從而輕易去斷定加速管陶瓷窗漏氣，它可能是由于鈦泵電源漏電或者是鈦泵接頭漏電所致。判別的方法是做波導(dǎo)系統(tǒng)的充放氣實(shí)驗(yàn)，看真空電流有無變化，有就是陶瓷窗漏氣，沒有或者因?yàn)榱砍踢^小看不出來的話，可以將加速管鈦泵接頭拿掉，使之懸空，再加電觀察真空讀數(shù)，在檢查接頭無誤的情況下多做幾次該實(shí)驗(yàn)可以斷定鈦泵電源及其接頭有無漏電現(xiàn)象。

表2 加速管真空度不足故障原因表

2.3 磁控管故障的維修處理及分析

磁控管打火是經(jīng)常性的問題，只是我們不要求其過密。因?yàn)榇蚧疬^密使得磁控管容易損壞，即破壞磁控管的陰極發(fā)射能力。磁控管振蕩頻率偏移可發(fā)生在脈沖與脈沖之間，引起該變化的原因?yàn)殡娫措妷翰环€(wěn)、負(fù)載變化產(chǎn)生的頻率牽引、陽(yáng)極塊溫度變化、設(shè)備移動(dòng)造成陰極對(duì)陽(yáng)極位置變化、燈絲變形使陽(yáng)極溫度不均勻等。慢變化可以通過AFC系統(tǒng)來調(diào)整。磁控管振蕩頻率偏移也可發(fā)生在一個(gè)脈沖內(nèi)發(fā)生的變化。如電子頻移，為此要求脈沖電壓平頂小于2～5%，有時(shí)甚至要求小于1%，這樣就可以限制電流變化到10%或更小一些。再一個(gè)就是跳模，這與脈沖電壓的前沿和后沿上升和下降速度太慢有關(guān)，這有可能激勵(lì)起低壓型振蕩。脈沖前沿要求在脈沖寬度的10～20%之間，后沿要求在20～30%之間。在整個(gè)脈沖內(nèi)發(fā)生模式跳躍頻率的快變化會(huì)使得微波頻譜的包絡(luò)失真，并使集中脈沖能量的主要部分的頻帶展寬，使大量能量分散[7]。

2.4 射束質(zhì)量故障的維修處理及分析

從放療射線形成的角度可以將引起射束質(zhì)量故障的原因分為射束粒子源破壞和束流控制不達(dá)標(biāo)兩類。電子槍通電后會(huì)沿固定方向發(fā)射電子，是產(chǎn)生治療射線的唯一粒子源，因此，導(dǎo)致電子槍工作異常的問題都可能是加速管射束劑量故障的原因。治療射線需要高能電子束流轟擊靶金屬來產(chǎn)生，束流的粒子數(shù)量、粒子帶電量和速度不達(dá)標(biāo)也可能是加速管射束劑量故障發(fā)生的原因[8]。詳細(xì)故障原因如表3所示。

表3 加速管射束劑量故障原因表

綜上所述，醫(yī)用直線加速器的劑量輸出故障屬于末端故障。其影響因素可由前段一個(gè)或者多個(gè)故障所導(dǎo)致。通過故障聯(lián)鎖數(shù)量及種類就不難看出。以上對(duì)故障問題的淺談可有效提高劑量輸出故障的處理效率，有利于日常放療工作的高效進(jìn)行。