醫(yī)用電子直線加速器常見故障維修方法

楊興歡

茂名市人民醫(yī)院腫瘤放療室 （廣東茂名 525000）

醫(yī)用電子直線加速器作為放射治療的核心醫(yī)療設(shè)備，其穩(wěn)定性直接關(guān)系著腫瘤治療效果，因此，必須確保其正常運(yùn)行，定期檢測(cè)并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，并提高操作人員的專業(yè)性。本文針對(duì)醫(yī)用電子直線加速器在日常應(yīng)用中容易出現(xiàn)的故障和質(zhì)量問題進(jìn)行分析，探索故障維修方法，提出維修管理策略，為醫(yī)護(hù)人員提供幫助，確保放射治療工作正常進(jìn)行。

1 醫(yī)用電子直線加速器組成及工作原理

1.1 組成

行波和駐波醫(yī)用電子直線加速器雖各有特點(diǎn)，但主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一樣的。醫(yī)用電子直線加速器一般主要由加速管、微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子注入系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水冷卻系統(tǒng)、電源分配控制系統(tǒng)、加速器機(jī)架、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、治療頭、治療床、劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安全連鎖系統(tǒng)、光學(xué)模擬系統(tǒng)、附加系統(tǒng)等組成[1]。

1.2 工作原理

醫(yī)用電子直線加速器基本工作原理：在真空加速管的一端安置電子源和微波輸入裝置，另一端安置可移動(dòng)的靶；微波束由交變的正負(fù)電位峰構(gòu)成，并以光的速度沿管移動(dòng)，注入管中的電子被正電位峰吸引并被負(fù)電位峰排斥得以加速，加速后的電子可以直接被引出治療表皮病變，也可以先打靶發(fā)射出X 線再經(jīng)過濾過整流系統(tǒng)來(lái)治療深部的病變。

2 醫(yī)用電子直線加速器故障維修的重要意義

醫(yī)用電子直線加速器擔(dān)負(fù)著腫瘤放射治療的主要任務(wù)，其性能直接決定患者的治療進(jìn)程和效果，所以，維修工程師保證日常維護(hù)與控制質(zhì)量、及時(shí)維修故障對(duì)于臨床放射治療具有重要的意義。醫(yī)用電子直線加速器作為放射治療的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要準(zhǔn)確執(zhí)行放射治療計(jì)劃，其運(yùn)行狀態(tài)與操作是決定治療效果的關(guān)鍵。醫(yī)用電子直線加速器的機(jī)械精密度決定患者治療中位置的準(zhǔn)確性，射線質(zhì)量及束流控制決定患者的劑量精確度和劑量分布，任何醫(yī)用電子直線加速器本身的誤差都不是針對(duì)個(gè)人的，而是會(huì)把誤差帶給它治療的所有患者，所以，醫(yī)用電子直線加速器故障維修的準(zhǔn)確也是決定放射治療成功的重要條件之一，必須給以重視。

3 醫(yī)用電子直線加速器的常見故障與處理方法

3.1 機(jī)械系統(tǒng)的故障與處理方法

機(jī)械系統(tǒng)的故障一般分為2種，一種為精度故障，一種為磨損失效故障。由于醫(yī)用電子直線加速器屬高精密儀器，所以對(duì)機(jī)械部件和裝配精度要求均較高，為保證治療精度需要經(jīng)常檢查，如有偏差及時(shí)調(diào)整；另外，一些運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)部件長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)磨損和失效，需要及時(shí)調(diào)整更換。

3.1.1 精度故障

精度故障包括等中心精度、治療床、輻射頭、旋轉(zhuǎn)機(jī)架等故障，其中等中心精度故障與治療床、輻射頭、旋轉(zhuǎn)機(jī)架故障均有關(guān)系。一般治療床和旋轉(zhuǎn)機(jī)架在安裝調(diào)整完成后很少有變動(dòng)，如有變化可通過調(diào)整底座來(lái)解決。輻射頭精度漂零較常見，可通過調(diào)整輻射頭內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)和十字架絲盆來(lái)解決。另外，治療床還有走位和床面水平精度的檢查和調(diào)整，輻射頭還有旋轉(zhuǎn)精度、光闌、電動(dòng)楔形板等精度的調(diào)整。

總之，技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)我國(guó)關(guān)于醫(yī)用電子直線加速器質(zhì)量控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法定期檢測(cè)其機(jī)械精度，如有超出誤差范圍的指標(biāo)需及時(shí)調(diào)整。

3.1.2 磨損失效故障

磨損失效故障包括傳動(dòng)部件阻力過大、部件破損變形等，這些故障現(xiàn)象比較明顯，查出故障點(diǎn)（例如傳動(dòng)皮帶斷裂、齒輪齒條斷齒、離合器失效、傳動(dòng)絲桿變形等）后更換或修理即可；為保證機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)其使用壽命，需要定期保養(yǎng)。

3.2 運(yùn)控系統(tǒng)的故障與處理方法

運(yùn)控系統(tǒng)是醫(yī)用電子直線加速器工作最頻繁、故障可能性最高的部位，其故障主要表現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)故障和控制電路故障。驅(qū)動(dòng)故障多數(shù)為電機(jī)或電源故障，控制電路故障多為連鎖故障。

3.2.1 驅(qū)動(dòng)故障

電機(jī)或電源故障多發(fā)生在操作后，控制電路信號(hào)正常，運(yùn)動(dòng)部分無(wú)動(dòng)作，或運(yùn)動(dòng)不正常。解決方法：先觀察操作反應(yīng)，一般有1個(gè)或幾個(gè)繼電器動(dòng)作，如繼電器動(dòng)作正常，則測(cè)量電機(jī)是否正常，如毀壞，則更換電機(jī)，如正常，則判斷故障發(fā)生在供電電源電路，測(cè)量電機(jī)供電電壓是否正常，正常，則測(cè)量電流是否正常，一般多為供電電源不穩(wěn)定，更換電源或電源輸出板即可；此外，有時(shí)為電源到電機(jī)的輸送線路故障，因?yàn)闄C(jī)械自身的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸送線路磨損、折斷、虛接等，一般易查出此類故障原因并進(jìn)行維修；最難尋找故障原因的是故障不穩(wěn)定，需按電路圖查找故障所在，分段檢查線路并測(cè)量其電壓值是否正常，一般由接觸不良造成，觀察故障處于何種狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)變化，故障出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)變化位置的概率較高，例如，機(jī)架旋轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，輻射頭無(wú)法旋轉(zhuǎn)，但控制電路正常，繼電器動(dòng)作正常，機(jī)架恢復(fù)到另一角度時(shí)，輻射頭旋轉(zhuǎn)恢復(fù)正常，雖然為輻射頭故障，但故障很可能發(fā)生在機(jī)架，查看輻射頭供電線路，發(fā)現(xiàn)在機(jī)架旋轉(zhuǎn)到特定角度時(shí)，由于機(jī)架的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致輻射頭供電線路被擠壓，而機(jī)架恢復(fù)到正常角度時(shí)，輻射頭供電線路從眾多線路中被分離，做反復(fù)擠壓和打彎試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)有時(shí)無(wú)，判斷輻射頭供電線因經(jīng)常擠壓摩擦導(dǎo)致其內(nèi)部破損接觸不良，更換后故障解除[2]。

3.2.2 控制電路故障

連鎖故障現(xiàn)象一般為操作指令下達(dá)后，無(wú)反應(yīng)或無(wú)法正常運(yùn)動(dòng)，甚至為無(wú)操作自行運(yùn)動(dòng)等。解決方法：先觀察繼電器工作是否正常，如繼電器無(wú)動(dòng)作，則查看線路信號(hào)是否正常，如異常，則根據(jù)電路圖檢查信號(hào)傳遞異常位置，此位置即為故障所在，更換或調(diào)整此位置的部件即可；如繼電器觸點(diǎn)虛接，則更換繼電器；如繼電器正常，則檢查控制電路板是否正常，條件允許的情況下可以采用替換法來(lái)判斷，例如，醫(yī)科達(dá)Precise 醫(yī)用電子直線加速器中有些電路板是一樣的，可以進(jìn)行對(duì)調(diào)測(cè)試，如沒有可以替換的電路板，則需仔細(xì)查看電路圖，找出輸入及輸出測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量其信號(hào)正常與否，如有異常，則更換電路板，目前電路板集成化程度很高，多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)維修只需判斷板卡好壞，不進(jìn)行維修，但國(guó)產(chǎn)機(jī)中有些集成化程度不高的醫(yī)用電子直線加速器，還需要自行維修電路板，如電路板沒有問題再檢查線路問題，重點(diǎn)檢查接口和經(jīng)常運(yùn)動(dòng)的部位，查出問題后更換或維修。

此外，還有運(yùn)動(dòng)不到位或單方向運(yùn)動(dòng)等故障，可能與行程開關(guān)有關(guān)，例如，BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器報(bào)+15 V電源故障，詳細(xì)詢問操作人員，發(fā)現(xiàn)是在開合準(zhǔn)直器時(shí)突然出現(xiàn)，雖然+15 V 電源在機(jī)架后方的電源柜中，但根據(jù)故障出現(xiàn)的狀態(tài)，馬上打開機(jī)頭，發(fā)現(xiàn)光闌傳動(dòng)齒輪上咬住一組電纜，退出電纜后發(fā)現(xiàn)部分已損壞或折斷，重新接好后，故障解除。

3.3 速流系統(tǒng)故障與處理方法

束流系統(tǒng)是醫(yī)用電子直線加速器的核心部分，也是輻射束的產(chǎn)生和調(diào)整部分，其工作狀態(tài)正常與否決定輻射束的指標(biāo)是否符合臨床要求，所以也是維護(hù)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)對(duì)象。

3.3.1 束流軟故障

束流軟故障包括劑量率下降或?yàn)榱恪⑹鞣植疾粚?duì)稱等。不同機(jī)型報(bào)錯(cuò)代碼不同，但維修原理基本一致。

劑量率下降或非常低甚至為零時(shí)，加速器報(bào)劑量率連鎖，一般由穩(wěn)頻裝置故障造成加速管的固有頻率偏離所致，如無(wú)硬件故障，則調(diào)整AFC 和Gun Servo 即可，例如，BJ-6B醫(yī)用電子直線加速器可以通過電動(dòng)或手動(dòng)方式調(diào)整，電動(dòng)調(diào)整時(shí)按下“出束鍵”，同時(shí)觀察劑量率的變化，最后將AFC調(diào)整到劑量率穩(wěn)定狀態(tài)下；醫(yī)科達(dá)Precise 醫(yī)用電子直線加速器可以通過計(jì)算機(jī)完成，進(jìn)入維修模式后，進(jìn)入AFC 界面，將Gun Man/Auto 設(shè)為手動(dòng)，將Phase Auto/Man 設(shè)為手動(dòng)，將Tuner ctrl Part4的值輸入至Part1，調(diào)tuner ctrl 使輸出最大，調(diào)Lp phase ctrl 使Comp Phase 值 為0，將Lp phase posn 設(shè) 為L(zhǎng)p phase ctrl 的值，存盤即可，然后進(jìn)入槍伺服調(diào)整界面Gun Servo，將item 181 Gun Auto 改為手動(dòng)模式Man，再調(diào)整item 327 Gun I Ctrl 的part1的值，讓劑量率達(dá)到最佳，存儲(chǔ)item 327的part1的值，如7.04，先忽略后面part4的值，這時(shí)將item 181改為自動(dòng)模式，再調(diào)整item 187項(xiàng)Dose Level 值，觀察item 327后面part4值變化，使item 327的part4=part1，將item 327的part1的值復(fù)制到item 381 Gun I aim 中存盤，改item 181為自動(dòng)再出束，如不理想，重復(fù)上述步驟，一般兩次即可調(diào)至最佳劑量率。

只有具有輻射束對(duì)稱性和平坦度監(jiān)測(cè)功能的加速器才會(huì)發(fā)生束流分布不對(duì)稱故障，早期的加速器不具有這樣指標(biāo)的監(jiān)測(cè)功能，以醫(yī)科達(dá)Precise 醫(yī)用電子直線加速器為例，一般報(bào)2T Err 或2R Err 或Hump Err 和Uninformity，這時(shí)表示輻射束流對(duì)稱性和平坦度超標(biāo)，進(jìn)入維修模式的劑量檢測(cè)伺服控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)界面，對(duì)于劑量檢測(cè)伺服的調(diào)節(jié)主要是對(duì)輸出劑量2T-AB（左右方向）、2R-GT（槍-靶方向）方向的對(duì)稱性和Hump Uninformity-平坦度值進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整時(shí)最好在有監(jiān)測(cè)儀器（三維水箱或MapCheck 等）動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的監(jiān)測(cè)下調(diào)整，2T Err 和2R Err 或Hump Err 3項(xiàng)都不能超過±5%，調(diào)整2R Err，首先將2R Auto 項(xiàng)改為手動(dòng)，通過調(diào)節(jié)2R Bal 的值來(lái)微調(diào)，如果相差太大，可以先調(diào)整2R I CTRL，再調(diào)節(jié)2R Bal，使2R Err 趨于0后存盤；調(diào)整2T Err 與調(diào)整2R Err 相似，調(diào)整2T Bal 或2T I CTRL，使2T Err 趨于0后存盤；Hump Err 調(diào)整，溫度和濕度可能會(huì)影響Hump Err，只調(diào)節(jié)Hump Bal 即可，使Hump Err 趨于0后存盤，Uninformity 為3項(xiàng)的綜合值，也不能超過±5%，以上3項(xiàng)無(wú)論調(diào)節(jié)任何1項(xiàng)時(shí)，都需要Learned enable 1次，出束時(shí)將Cal.item 1項(xiàng)輸入160（即Uninformity 的item 值），再將Learned enable 值置為1，等其自動(dòng)變?yōu)?時(shí)存盤，這樣就可將Uninformity 的值調(diào)至±5%以內(nèi)，連鎖消失，故障解除，但還要檢測(cè)其絕對(duì)劑量，查看劑量率是否穩(wěn)定，如果有偏差不穩(wěn)定時(shí)，還應(yīng)調(diào)節(jié)AFC 系統(tǒng)[3]。

3.3.2 束流硬故障

束流硬故障綜合表現(xiàn)為無(wú)故障顯示不出束、有故障連鎖不能出束、出束不正常。由于束流硬故障十分復(fù)雜，備件昂貴，再加上許多高壓部件參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法檢測(cè)，維修時(shí)還帶有一定的危險(xiǎn)性（高壓電和電磁輻射），所以維修難度大大增加，維修時(shí)最好是兩個(gè)人，并且一定要細(xì)心觀察、縝密分析。

電離室故障及檢修方法：加速器出束時(shí)，輻射束沒有問題，但無(wú)劑量顯示或劑量率不穩(wěn)等，最終以Dose Rate 連鎖切機(jī)，第一種情況是電離室本身故障，查看供電電源無(wú)故障，檢查電離室信號(hào)傳輸線路有無(wú)破損及運(yùn)算放大器集成電路板工作是否正常；第二種情況是電離室供電電源故障，測(cè)量是否有供電電壓，并監(jiān)測(cè)供電電壓是否穩(wěn)定，如無(wú)電壓，則檢查線路，如電壓不穩(wěn)，則檢查機(jī)房供電電壓和電離室電源部分是否正常；第三種情況是電離室通信故障，這種情況多數(shù)是由同軸電纜或光纖故障導(dǎo)致，從電離室采集的信號(hào)輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要經(jīng)過很多區(qū)域，多數(shù)是由于通信線隨機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)的地方出現(xiàn)破損或接觸不良導(dǎo)致，目前電離室一般都是獨(dú)立雙通道電離室，所以可以用對(duì)調(diào)方法檢查，查出后更換集成電路板即可解決。

電子槍故障及檢修方法，電子槍故障包括電子槍預(yù)熱故障、電子槍電路故障等。電子槍預(yù)熱故障：電子槍在開機(jī)后需要預(yù)熱，加熱電路一般為逐級(jí)三級(jí)加熱，大約15 min，如果開機(jī)15 min 后還有槍預(yù)熱連鎖，應(yīng)檢查槍燈絲預(yù)熱系統(tǒng)，觀察槍燈絲電壓與電流是否有三級(jí)變化，且其變化是否正常，如不正常，先檢查預(yù)熱系統(tǒng)供電是否正常，如正常，則判斷槍燈絲預(yù)熱電源故障，常見故障是繼電器觸點(diǎn)氧化、接觸不良，變壓器故障、電容擊穿等。電子槍電路故障：目前加速器一般使用三級(jí)柵控槍，常見故障有觸發(fā)電路故障、傳輸線故障等，觸發(fā)電路故障一般分無(wú)觸發(fā)波形和錯(cuò)誤觸發(fā)波形故障，解決辦法是用示波器測(cè)量和正常波形比對(duì)，一級(jí)一級(jí)向前面電路檢查，然后更換觸發(fā)板等元器件；傳輸線故障需要仔細(xì)觀察，小心測(cè)量，如果是傳輸線絕緣性能下降造成，最好用搖表測(cè)量，如果可以看到傳輸線上有小的黑點(diǎn)，更換即可，如果接點(diǎn)發(fā)現(xiàn)銹斑，導(dǎo)電性能下降，處理銹斑重新接牢即可[4]。

磁控管故障包括預(yù)熱電路故障、磁控管打火、無(wú)觸發(fā)、AFC 系統(tǒng)故障、磁控管輸出功率不足等。解決方法：預(yù)熱電路故障與電子槍故障相似，不再重述；磁控管打火大多是真空系統(tǒng)故障或高壓傳輸線路絕緣不夠，要細(xì)心檢查；無(wú)觸發(fā)先檢查觸發(fā)電路，再檢查高壓部分，例如，閘流管故障導(dǎo)致閘流管不導(dǎo)通，仿真線PFN 故障加壓不夠，脈沖變壓器故障等；AFC 系統(tǒng)故障主要有兩種情況，一種是穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)故障，檢查伺服電路，另一種是加速管取樣故障，用記錄示波器測(cè)量檢查；磁控管輸出功率不足表現(xiàn)為劑量率和輻射束性能下降，一般是磁控管老化，磁鋼磁性下降，更換磁控管，如磁控管磁鋼是可拆卸的永磁鐵可以拿下來(lái)去充磁。

3.4 真空系統(tǒng)和恒溫水循環(huán)系統(tǒng)故障與處理方法

3.4.1 真空系統(tǒng)故障

真空系統(tǒng)故障分為真空功率源故障和真空組件故障兩大類。真空功率源故障多為離子泵故障，一種是離子泵本身?yè)p壞或性能下降導(dǎo)致真空系統(tǒng)故障，先檢查離子泵供電是否正常，如正常，但離子泵不工作，則離子泵損壞的可能性大，需更換離子泵，如正常，離子泵工作，但真空度到達(dá)一定程度時(shí)再也無(wú)法上升，應(yīng)考慮離子泵老化導(dǎo)致性能下降，也需更換；另一種是離子泵電源故障，測(cè)量離子泵電壓異常，檢修離子泵電源電路，查出故障并解決，使離子泵供電正常。真空組件故障多為真空組件密封性不好或波導(dǎo)窗隔離效果差導(dǎo)致，這種故障出現(xiàn)較少，但出現(xiàn)后不容易解決，多數(shù)由廠家檢測(cè)維修；小部分為更換真空組件時(shí)帶入雜質(zhì)過多和安裝時(shí)密封不好導(dǎo)致，需要注意離子泵工作狀態(tài)，如果過熱，應(yīng)先關(guān)閉，避免燒壞離子泵[5]。

3.4.2 恒溫水循環(huán)系統(tǒng)故障

恒溫水循環(huán)系統(tǒng)故障多數(shù)是控制電路故障，報(bào)水循環(huán)故障，維修時(shí)應(yīng)先檢查水泵故障情況，再檢查水冷卻部分工作是否正常，溫控電路是否正常，控制分流電磁閥工作是否正常，電路故障基本是這幾種情況，均排除后應(yīng)考慮機(jī)械故障，先檢查循環(huán)水是否充足，再檢查水壓表是否正常，如均正常，需檢查循環(huán)水路是否有漏水和截流現(xiàn)象，如正常，需觀察下水的流量與速度是否比平日低，如是，則考慮水路管道問題，有時(shí)是因水中雜質(zhì)過多，在管路內(nèi)壁形成水垢，導(dǎo)致管路狹窄，流量下降；有時(shí)是因管路鋪設(shè)和機(jī)器運(yùn)動(dòng)，造成管路在某處彎曲，水路閉塞或狹窄所致，這種情況多數(shù)是在機(jī)器運(yùn)動(dòng)到某一處時(shí)產(chǎn)生，重新架設(shè)避免擠壓和過度彎曲即可解決。

4 小結(jié)

隨著腫瘤疾病的發(fā)病率越來(lái)越高，相對(duì)應(yīng)的治療技術(shù)水平也越來(lái)越高。醫(yī)用電子直線加速器作為治療腫瘤患者最主要的放射性設(shè)備，直接關(guān)系到腫瘤放射治療工作的正常進(jìn)行與質(zhì)量。本文針對(duì)醫(yī)用電子直線加速器在正常使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行了分析，并給出了相對(duì)應(yīng)的解決措施，同時(shí)對(duì)質(zhì)量控制和保障工作給出了一些建議，希望可以對(duì)有關(guān)人員產(chǎn)生啟發(fā)，從而在使用時(shí)加以注意，使設(shè)備可以呈現(xiàn)出更好的應(yīng)用效率，為臨床腫瘤治療工作提供強(qiáng)有力的支撐，使更多的患者擺脫疾病的困擾，盡早獲得康復(fù)。