醫(yī)科達(dá)Versa HD直線加速器輻射頭故障維修

陳 曉，劉旭紅，趙永軍，王 禪

（云南省腫瘤醫(yī)院，昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院放療中心，昆明650118）

0 引言

醫(yī)用電子直線加速器是目前腫瘤放射治療中應(yīng)用最廣泛，同時也是故障率較高的設(shè)備。我院醫(yī)科達(dá)Versa HD直線加速器配置有6、10 MV 2擋X射線和4、6、8、10、12、15 MeV 6擋電子線。輻射頭（通常稱治療頭或小機(jī)頭）是醫(yī)用電子直線加速器最終用于患者治療的射束形成系統(tǒng)，可屏蔽掉無用的射線，形成不同劑量特性、不同形狀尺寸、不同角度的射束對患者實施放射治療[1]。醫(yī)科達(dá)Versa HD直線加速器配置的是最新的Agility輻射頭，有80對多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）葉片[2]。輻射頭容易發(fā)生各種故障，且故障時都有相應(yīng)的聯(lián)鎖出現(xiàn)[3]。本文主要介紹輻射頭的工作原理及常見故障的分析和維修過程，供同行參考。

1 輻射頭的工作原理

輻射頭的工作原理如圖1所示。選擇X射線治療時，電子束打靶產(chǎn)生X射線，X射線通過初級過濾器孔，經(jīng)過圓錐形初級準(zhǔn)直器限束，再經(jīng)過次級過濾器轉(zhuǎn)盤上的均整器過濾，形成劑量均勻分布的X射線；如果選擇電子線，靶縮回，次級過濾器轉(zhuǎn)盤把均整器轉(zhuǎn)出，散射箔轉(zhuǎn)入，電子束經(jīng)過初級過濾器散射箔散射，再經(jīng)過次級過濾器散射箔散射擴(kuò)展成劑量均勻分布的電子線。80對MLC葉片形成適形調(diào)強(qiáng)射野，上下2對鎢門（Y1/Y2、X1/X2）形成矩形照射野，對患者的靶區(qū)實施放射治療。雙通道電離室監(jiān)測機(jī)器輸出劑量、平坦度、對稱性和劑量率等；楔形塊用于對射線進(jìn)行修整，以獲得楔形劑量分布，達(dá)到射束修正的目的；遮光板用于減少來自楔形塊的散射線對電離室的影響；反光鏡形成擺位用燈光野（與輻射野一致）；攝像頭光學(xué)系統(tǒng)通過反光鏡讀取MLC葉片位置；輻射頭旋轉(zhuǎn)部分（電離室以下）形成不同的治療角度。

圖1 輻射頭工作原理

2 故障維修實例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

無論選擇X射線還是電子線，治療過程中每個患者會報1～2次“Scatt.posn聯(lián)鎖”，旋轉(zhuǎn)機(jī)架后聯(lián)鎖又會消失。

2.1.2 故障分析

“Scatt.posn聯(lián)鎖”代表初級過濾器位置錯誤。初級過濾器扇形片上有6個孔，其中5個孔分別安裝了5個不同厚度鉭材料散射箔給不同能量的電子線使用，另外1個孔空著，X射線從該孔穿過。伺服電動機(jī)M4驅(qū)動帶齒扇形金屬片通過連桿的運(yùn)動帶動初級過濾器扇形片做弧形運(yùn)動，選擇與射線種類和能量相對應(yīng)的過濾器移動到射束中心位置。射束中心的過濾器位置通過2個電位器讀取，一個是位置電位器（RV4），另一個是Check（檢查）電位器（RV2），在控制器中每個電位器都有一個設(shè)定值。如果RV4實際值與設(shè)定值不一致，超出范圍，則報“Scatt.posn聯(lián)鎖”；如果RV2實際值與設(shè)定值不一致，超出范圍，則報“Scatt.chk聯(lián)鎖”。本故障顯然是RV4的實際值與設(shè)定值不一致造成的。進(jìn)入維修模式，選擇常用的6 MV X射線能量，此時初級過濾器上的空著的孔移動到射束中心位置。故障出現(xiàn)時，進(jìn)入維修模式，在Mechanisms頁面顯示item446 Scatt.posn的設(shè)定值為685，實際值為1 000，兩者相差315，超過設(shè)定的±75的范圍，因此報聯(lián)鎖故障。參考電路圖4513 330 7041，故障原因可能有：（1）RV4參考電壓故障；（2）RV4故障；（3）RV4讀數(shù)電壓傳輸路徑故障。檢查過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)架在40°～330°旋轉(zhuǎn)時，實際值會不斷變化。更換與RV4讀數(shù)信號傳輸路徑相關(guān)的12區(qū)AI12A和SCC-RHA電路板后故障仍在；將機(jī)架旋轉(zhuǎn)到180°，拆下ARM（機(jī)架臂）面上2塊蓋板，檢查RV4參考電壓為10 V，正常；晃動電位器齒輪實際值會大幅變化，判斷電位器RV4內(nèi)部接觸不良。

2.1.3 故障處理

標(biāo)記好M4、RV4組件位置和固定螺釘位置以及帶齒的扇形金屬片（銅色）的位置，如圖2所示。拆下2顆內(nèi)六角黑色螺釘，拿出組件，更換RV4，然后調(diào)整RV4讀數(shù)使item446 Scatt.posn的實際值在685左右。將組件齒輪插入扇形金屬片的齒條上，注意讀數(shù)的變化，如果變化大，則重新調(diào)整和安裝，直到讀數(shù)在685左右，然后用螺釘固定好。測量各能量輸出劑量、平坦度和對稱性均在正常范圍內(nèi)，機(jī)器恢復(fù)正常。

2.1.4 小結(jié)

更換電位器前一定要標(biāo)記好M4、RV4組件位置和固定螺釘位置以及帶齒的扇形金屬片的位置。安裝時一定要對好標(biāo)記，并調(diào)整好電位器讀數(shù)使之與設(shè)定值一致，以保證更換前后過濾器在射束中心位置一致。

圖2 M4和RV4位置圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

標(biāo)準(zhǔn)X射線治療過程中，機(jī)器報“Shutt.mon聯(lián)鎖”，重啟機(jī)器無效。

2.2.2 故障分析

Shutter（遮光板）位于電離室和楔形塊之間，主要作用是減少來自于楔形塊的不對稱散射線對電離室的影響。標(biāo)準(zhǔn)X射線治療模式時，Shutter插入（in），Shutter in微動開關(guān)閉合；電子線治療模式時，Shutter移出（out），Shutter out微動開關(guān)閉合[4]。24 V聯(lián)鎖信號電壓通過閉合的微動開關(guān)觸點，最后到達(dá)12區(qū)RHCA Backplanec（輻射頭控制區(qū)底板）電路板，如果24 V信號電壓傳輸路徑中斷，會報“Shutt.mon聯(lián)鎖”。因為在標(biāo)準(zhǔn)X射線模式時報聯(lián)鎖，所以判斷Shutter in的24 V聯(lián)鎖信號電壓傳輸路徑故障。參考電路圖1023970-WD，Shutter in的24 V聯(lián)鎖信號電壓傳輸路徑為：24 V→Backplane（底板）插座SK26-P3-A7→26P14-9→26M1-9→Shutter in微動開關(guān)→26M1-10→26P14-10→SK26-P3-B6→SK26-P3-C12→26P4-29→伸縮扁平電纜26A→25F-22→12區(qū)RHCA（輻射頭控制區(qū)）Backplane12A-22。實測Backplane插座SK26-P3的A7腳到12區(qū)RHCA Backplane插頭12A的22腳不通。逐段排查，最后發(fā)現(xiàn)SK26-P3-A7→26P14-9不通。用維修專用反光鏡仔細(xì)觀察Backplane電路板背面，發(fā)現(xiàn)SK26-P3-A7腳到26P14-9腳之間的銅箔中間有一處與旁邊的金屬架之間有打火痕跡，實際測量兩腳之間連線已斷開，導(dǎo)致Shutter in開關(guān)無24 V電壓輸入。

2.2.3 故障處理

打開Card Cage（插件框架）金屬架（該架子類似門的結(jié)構(gòu)），拆下冷卻風(fēng)扇，拔下CCU（攝像控制單元）插頭及插在Backplane電路板上的3塊電路板，拆除上、下各2顆固定螺釘，取出Backplane電路板。用無水酒精清潔電路板和金屬架打火處，在SK26-P3-A7腳與26P14-9腳之間連接1根短路線（灰色），機(jī)器恢復(fù)正常。短路線位置如圖3所示。

2.2.4 小結(jié)

輻射頭Card Cage金屬架結(jié)構(gòu)緊湊，Backplane電路板插座SK26-P3的A7腳到26P14插座的9腳之間的銅箔（有24 V電壓）與旁邊的金屬架之間距離太近，可能是由于金屬架變形引起短路打火。平時應(yīng)注意打開或關(guān)閉金屬架時不要開口太大和用力過猛，以免引發(fā)故障。

圖3 Backplane電路板新連接短路線位置

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

每天早晨開機(jī)報“D.rot.chk聯(lián)鎖”，狀態(tài)下降到“closed”，過20 min左右聯(lián)鎖自動消失，機(jī)器恢復(fù)正常。

2.3.2 故障分析

D.rot.chk聯(lián)鎖代表輻射頭旋轉(zhuǎn)角度Check（檢查）電位器（RV1）讀數(shù)錯誤。為確保輻射頭角度準(zhǔn)確，由3個電位器進(jìn)行監(jiān)測，分別為Coarse（粗調(diào)）電位器（RV3）、RV1和Fine（精調(diào)）電位器（RV5）。正常情況下RV1讀數(shù)電壓與RV3設(shè)置成一致，并與RV5相關(guān)聯(lián)。如果RV1讀數(shù)與RV3不一致，則會報“D.rot.chk聯(lián)鎖”，并引起機(jī)器狀態(tài)從“Preparatory”下降到“Closed”。進(jìn)入SERVICE模式，點擊功能區(qū)“Override”，在“Interlock Group”下拉菜單中選擇“3.No Term.Movm”，此時機(jī)器狀態(tài)上升到“Preparatory”。加載Pots菜單，查看Item561 Drot Coarse電位器實際讀數(shù)為5.00 V，正常（輻射頭角度在0°位置），Item136 D.rot.Check電位器實際讀數(shù)在3.50～4.75 V之間變化，因此報聯(lián)鎖。機(jī)架旋轉(zhuǎn)到180°位置，拆除機(jī)架ARM上面2塊蓋板，測量右側(cè)黑色RV1參考電壓10 V，正常，中間抽頭讀數(shù)電壓穩(wěn)定在5 V，正常，判斷RV1讀數(shù)電壓傳輸路徑故障。

2.3.3 故障處理

參考電路圖4513 330 7034，與RV1讀數(shù)電壓傳輸路徑相關(guān)的電路板有12區(qū)SCC-RHA和AI12A 2塊，更換AI12A電路板后Item136 D.rot.Check電位器實際讀數(shù)穩(wěn)定在5.00 V（輻射頭0°），故障排除。

2.3.4 小結(jié)

“D.rot.chk聯(lián)鎖”故障是由12區(qū)AI12A電路板熱穩(wěn)定性差導(dǎo)致的。剛開機(jī)時由于溫度低容易發(fā)生故障，隨著開機(jī)時間的延長，溫度升高，相關(guān)元件工作趨于正常。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

報“Beam MU Ch2（劑量監(jiān)測通道2）聯(lián)鎖”，重啟機(jī)器故障依舊。

2.4.2 故障分析

電離室是直線加速器用來監(jiān)測射線（X射線和電子線）輸出劑量大小的關(guān)鍵部件。為確保劑量監(jiān)測的準(zhǔn)確、安全，采用雙通道電離室（Ch1和Ch2）。本故障報“Beam MU Ch2”聯(lián)鎖，且重啟機(jī)器不能消除，判斷電離室故障或電離室通道2輸出信號傳輸通道故障。電離室通道2輸出信號的傳輸通道為：電離室SK25J-15（25區(qū)）→SK25C-16（25區(qū)）→SK12F1-3（12區(qū)）→JJ（MOTHERBOARD）→PL2-A3、C3（DOSE B）。斷電后拔出DOSE B電路板，插入延長板，拔出25區(qū)SK25C的插頭，測量插頭16腳與延長板對應(yīng)的插座PL2的A3和C3腳都是相通的，更換DOSE B電路板無效，說明通道2信號傳輸通道基本正常，由此判斷電離室故障。

2.4.3 故障處理

將機(jī)架旋轉(zhuǎn)到180°，安裝好機(jī)架后部的支撐桿和兩側(cè)防止機(jī)架旋轉(zhuǎn)的鐵條，吊輻射頭，移開輻射頭后發(fā)現(xiàn)中間圓形電離室（黑色）中間有一小孔（如圖4所示），說明電離室已換壞。戴防靜電手腕帶更換電離室。裝回輻射頭后分別校準(zhǔn)X射線和電子線各擋能量的輸出劑量，機(jī)器恢復(fù)正常。

2.4.4 小結(jié)

該電離室已超負(fù)荷使用了3 a，基本上達(dá)到了預(yù)期的使用壽命。電離室價值較高，且更換時需要吊輻射頭，操作過程中一定要遵守操作規(guī)程，注意安全。

2.5 故障五

2.5.1 故障現(xiàn)象

報“Leaf missing（葉片 丟 失）、Leaf pair 1、Leaf pair 2、Leaf pair 3、Leaf pair 4等聯(lián)鎖”。

2.5.2 故障分析

MLC葉片的位置是通過攝像頭光學(xué)系統(tǒng)讀取粘貼在每片葉片頂端的紅寶石反光點來識別，如果識別不到反光點會報該葉片丟失。Leaf missing、Leaf pair 1、Leaf pair 2、Leaf pair 3、Leaf pair 4等聯(lián)鎖代表多對MLC葉片丟失。

查看MLC葉片反光點位置，如圖5所示，X1和X2兩邊各直線排列有80片葉片，反光點顯示綠色（正常應(yīng)顯示白色或紅色），射野內(nèi)有多處大小不一的白色亮點（下方）。用坐標(biāo)紙查看，發(fā)現(xiàn)燈光野嚴(yán)重變形，說明反光鏡已破裂，需更換。

2.5.3 故障處理

將機(jī)架旋轉(zhuǎn)到180°，輻射頭旋轉(zhuǎn)90°，拆下ARM上面的蓋板，拆下攝像頭光學(xué)系統(tǒng)架，發(fā)現(xiàn)反光鏡中間已破裂成一個空洞。更換反光鏡，裝回攝像頭光學(xué)系統(tǒng)架，檢測燈光野大小和垂直度、燈光野與輻射野一致性，調(diào)整合格后機(jī)器恢復(fù)正常。

2.5.4 小結(jié)

圖4 輻射頭電離室

圖5 MLC葉片反光點位置

反光鏡由聚酯薄膜材料制成，長期受輻射容易老化破裂。我院機(jī)器由于負(fù)荷重、運(yùn)行時間長，因此平均1 a需更換一面該反光鏡。

3 結(jié)語

輻射頭是最終用于患者治療的射束形成系統(tǒng)，具有精密的結(jié)構(gòu)和精準(zhǔn)的控制，相關(guān)部件位置出現(xiàn)偏差或調(diào)整不當(dāng)都有可能會對患者造成巨大傷害，需要在維修、保養(yǎng)和質(zhì)控過程中特別注意。靶、電離室和過濾器等與劑量相關(guān)的部件維修完成后，要對機(jī)器輸出劑量、射野平坦度和對稱性進(jìn)行測量和校準(zhǔn)；反光鏡及攝像頭光學(xué)系統(tǒng)、鎢門等與燈光野相關(guān)的部件維修完成后，要對燈光野大小和垂直度、燈光野與輻射野一致性進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)?；覊m會影響到MLC葉片位置的識別、增大葉片運(yùn)行阻力，保養(yǎng)機(jī)器時要注意清潔輻射頭內(nèi)的灰塵。建議每天早晨對輻射頭十字線與激光燈的一致性進(jìn)行檢查，每周對機(jī)器輸出劑量進(jìn)行檢查，每月對輻射頭旋轉(zhuǎn)角度精度、輻射頭旋轉(zhuǎn)等中心精度、射野平坦度和對稱性進(jìn)行檢查，以確保安全。