瓦里安Trilogy 醫(yī)用直線加速器多葉準直器故障維修二例

陸奇鵬

中國科學院大學附屬腫瘤醫(yī)院·浙江省腫瘤醫(yī)院·中國科學院基礎(chǔ)醫(yī)學與腫瘤研究所醫(yī)學工程部 （浙江杭州 310022）

瓦里安醫(yī)用直線加速器主要利用速調(diào)管作為微波功率源驅(qū)動電子槍陰極發(fā)出的電子注，在駐波加速管諧振腔鏈內(nèi)的駐波場作用下不斷推動電子注加速提高能量，以達到符合臨床放射治療要求的各擋能量[1]。多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）作為醫(yī)用直線加速器的重要組成部分，又被稱作多葉光柵，是用來調(diào)整適形輻射照野輪廓的機械運動部件。本文總結(jié)了瓦里安Trilogy 醫(yī)用直線加速器多葉準直器出現(xiàn)的2例故障問題，以供同行參考。

1 MLC 的工作原理及聯(lián)鎖工作流程

1.1 工作原理

MLC 的工作原理：通過MLC 工作站將從服務(wù)器調(diào)取的患者治療計劃文件傳輸?shù)組LC 控制器（包括劑量、機架角度等信息），當MLC 控制器接收到計劃運行信號時，立即發(fā)送命令到MLC 機頭將所有葉片移動到指定位置，完成計劃目標射野，與此同時，MLC 控制器會同步驗證每個葉片的計劃位置和實際位置是否一致，并將驗證結(jié)果反饋至MLC 工作站[2]，見圖1。

圖1 MLC 的工作原理

1.2 聯(lián)鎖工作流程

MLC 的聯(lián)鎖工作流程：當MLC 未在準備治療狀態(tài)時，接口電路板向加速器治療控制器發(fā)送MLC聯(lián)鎖信號，即將-12 V DC 電源從加速器主機柜直接連接到MLC 聯(lián)鎖輸入端，通過關(guān)閉兩個固態(tài)繼電器（K1和K2）來釋放電路板上的MLC 聯(lián)鎖，最終通過兩個固態(tài)繼電器來實現(xiàn)冗余，若其中一個固態(tài)繼電器出現(xiàn)故障或是短路，則另一個依舊可以繼續(xù)工作發(fā)出聯(lián)鎖信息，此外，可以在CPU 中讀取兩個固態(tài)繼電器輸出，以檢測到失敗的繼電器；當MLC 程序初始化時，會對聯(lián)鎖電路進行回路測試，若聯(lián)鎖電路測試失敗，則會直接發(fā)送聯(lián)鎖信息至接口板[3]，見圖2。

圖2 MLC 的聯(lián)鎖電路圖

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

設(shè)備在正常運行過程中，直線加速器主機（Clinac Console）突然中斷出束，同步顯示安全聯(lián)鎖信息（Active Interlocks）：MLC，與此同時，在MLC工作站“MLC Hyper Terminal”軟件中查閱相關(guān)報錯信息，聯(lián)鎖信息代碼如下：（1）B49 SEC_IL:Tolerance error counts:raw=713:sec=11.064 pri=55.051,dif=-43.986 B26 SEC_IL:Tolerance error counts:raw=1310:sec= 24.805 pri=11.662,dif=13.143.........；（2）ASSERT MLCX_IL-Secondary-Feedback。

2.1.2 故障分析與維修

故障分析：根據(jù)以上報錯信息，判斷該安全聯(lián)鎖信息指向MLC 部件[4]，具體故障點在MLC B 側(cè)，經(jīng)解讀第一條安全聯(lián)鎖信息，主要是由于MLC 葉片未到達計劃指定位置導致故障出現(xiàn)，該故障多由硬件故障引起，誘因主要包含發(fā)動機（Motor）性能變差，T 型螺母（T-Nut）損壞，絲桿、葉片阻力增大，電路板故障，串口線接觸不良等[5]；經(jīng)解讀第二條安全聯(lián)鎖信息時故障指向二次反饋電路，即可能是由于二次反饋板（Secondary Feedback PCB）、編碼條（Encoder strip）、葉片車廂（Carriage）等故障導致。

故障維修：判斷故障是由于偶發(fā)性邏輯故障導致還是設(shè)備硬件故障導致，關(guān)于偶發(fā)性邏輯故障的排除，首先考慮在工作站Treatment計劃系統(tǒng)中嘗試切換其他MLC子野，其次考慮進行常規(guī)的MLC初始化操作，經(jīng)以上兩種方式處理，暫時排除MLC偶發(fā)性邏輯故障；接下來，從硬件故障方向排查，需要拆開準直器（Collimator），先進入機房內(nèi)將機架（Gantry）轉(zhuǎn)動至180°，然后拆開Collimator外殼后，將MLC維修控制板MLC Service Panel切換至維修模式，通過數(shù)次手動單個運行報錯葉片，觀察葉片運行狀態(tài)，再結(jié)合手感經(jīng)驗判斷葉片Motor運行正常，由此排除多個電機或絲桿故障[6]；后續(xù)在排除了B側(cè)有接口線纜破損的情況后，檢查B側(cè)軟電位板（Side B Secondary Feedback Softpot Assembly），發(fā)現(xiàn)軟電位板滑軌上附著肉眼可見的黑色粉末狀物質(zhì)，便對MLC進行部分保養(yǎng)處理（圖3），即先用干凈紗布清潔軟電位板表面粉塵，然后更換相關(guān)報錯葉片小球（Wipers），檢查葉片T-Nut狀態(tài)，最后按順序裝回各部件，故障依舊；綜合分析聯(lián)鎖（1）（2）信息，考慮故障點可能由B側(cè)二次反饋電路引起，為進一步驗證此猜想，對MLC初始化操作后，新的關(guān)鍵字出現(xiàn)在信息欄中“Carriage B secondary dose not match primary ...”，該聯(lián)鎖信息表示B側(cè)Secondary Feedback PCB接受信息不匹配，首先排查B側(cè)編碼條（圖4～5），其主要由安裝在Carriage上的編碼器通過移動來讀取編碼條位置，從而為Carriage移動提供二次反饋信號，其中編碼條每5條豎線代表Carriage運行距離1 mm，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)B側(cè)編碼條外觀磨損嚴重，需更換B側(cè)新編碼條，為確保整個Carriage高效運行，亦對A側(cè)Carriage編碼條進行了檢查，同時將A側(cè)與B側(cè)的編碼條進行交換測試后，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)場轉(zhuǎn)移至A側(cè)，經(jīng)替換測試后MLC故障排除[7]。

圖3 MLC 清潔保養(yǎng)的拆卸順序

圖4 編碼條的工作流程圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

下載患者治療計劃時，Clinac Console 突然中斷出束，Clinac Console 提示Active Interlocks：

圖5 編碼條的效果圖

MLC，與此同時，在“MLC Hyper Terminal”軟件中報錯代碼如下：（1）B14 SEC_IL:Tolerance error counts:raw=1317:sec=24.193 pri=25.900,dif=-1707；（2）ASSERT MLCX_IL_Secondary_Feedback。

2.2.2 故障分析與維修

故障分析：根據(jù)以上報錯信息，明確聯(lián)鎖信息指向B14葉片，分析判斷報錯聯(lián)鎖（1）為MLC 運動部分故障，報錯聯(lián)鎖（2）為Secondary Feedback PCB 電路故障，先檢查MLC 傳動部件，依次按Motor、絲桿、T-Nut、葉片、小球順序進行故障排除，然后針對相關(guān)電路板、接口線作仔細排查[8]。

故障維修：結(jié)合MLC的工作原理，按照常規(guī)維修方案進行此次故障排除，先將Gantry轉(zhuǎn)動至180°，拆開Collimator外殼，將維修控制板Service Panel PCB切換至維修模式，當手動運行B14葉片時，實際動態(tài)運行情況存在卡頓現(xiàn)象，因此懷疑B14運動部件存在故障，隨即根據(jù)各部件狀態(tài)更換配件，清潔B14葉片表面，在更換完MLC運動部分配件后重新在“Hyper Terminal”中對MLC進行初始化操作，提示“MLC ready for treatment”時[9]，即表示MLC所有運動部件測試成功，但設(shè)備運行約30 min后相同故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)，經(jīng)上述操作后基本已排除B14運動部件故障，因此考慮第二條報錯信息中的Secondary Feedback PCB故障，將A側(cè)與B側(cè)的Secondary Feedback PCB交換測試，故障依舊；綜合以上操作測試，繼續(xù)排查接口線，考慮B14葉片相關(guān)回路中可能有斷點，根據(jù)原理圖手冊拆下“馬達連接板Motor Interconnect,Side B”PCB（圖6），主要思路為從B14葉片Motor所在“Motor Interconnect, Side B”電路板跳線座J14開始，逆時針往回分段測量排查，同時使用萬用表電阻擋和蜂鳴擋配合測量到Interconnect PCB的J14-3端口與J63-34兩端電阻值有異常（表1），經(jīng)對3次電阻值測量比較，判斷中間的排線（Flex Cable）有虛斷，由此造成J14-3引腳與J63-34兩點間電阻值不穩(wěn)[10]，經(jīng)實測原廠排線電阻值為1 Ω范圍內(nèi)，隨后實際反復測量，外加人為模擬Gantry轉(zhuǎn)動時的晃動情形，第4次測量時發(fā)現(xiàn)J14-3與J63-34兩點間阻值為無窮大，判斷是人為制造晃動弄斷排線；在當前現(xiàn)場無新備件的情況下，決定臨時采用飛線的方式恢復設(shè)備運行，為盡可能保證所需導線電阻符合原裝Flex Cable阻值要求，首先對Motor Interconnect,Side B中其余Flex Cable間的電阻進行實際測量（表2），其次在可代替Flex Cable導線的選擇上，對粗選的三款導線進行數(shù)據(jù)比較測試（表3），并綜合考慮兩方面（一是導線阻值盡可能靠近原裝，二是導線是否容易上錫焊接，綜合所有測試數(shù)據(jù)）后認為第三款導線最符合要求，但由于其不容易上錫存在焊接問題，被棄選，最終選擇了第一款導線材料，在實際焊接操作完成后（圖7），重新測量J14-3與J63-34間的阻值均為1.5 Ω，我們認為這是現(xiàn)有條件下最理想的材料[11]，經(jīng)MLC初始化成功后立即投入運行，當天MLC運行6 h故障未再次出現(xiàn)，即故障排除；考慮到設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，當即聯(lián)系廠家預(yù)訂新備件，待備件到貨后予以更換。

圖6 Motor Interconnect,Side B-J14與J63的電路簡圖

表1 Motor Interconnect,Side B,J14-3與J63-34間的阻值

表2 Motor Interconnect, Side B, Flex Cable 的實測阻值

表3 三款備用焊接導線的實際情況

圖7 修復后的Motor Interconnect, Side B PCB

3 討論

瓦里安醫(yī)用直線加速器擁有獨立的MLC 控制器，因此針對此類MLC 的維修，可通過MLC 控制器使其進行自檢來明晰故障點；著手處理故障前，須判斷及確定故障大致方向，不可盲目拆卸設(shè)備，因為故障類別不同所涉及的控制電路亦有差別；另外，工程師應(yīng)熟練掌握設(shè)備裝機時隨機附帶的設(shè)備原理圖手冊，其可幫助工程師了解設(shè)備各部件電路間的工作原理，以便在設(shè)備出現(xiàn)故障時及時、高效地應(yīng)對。

本研究在分析故障案例一時，聯(lián)鎖（1）信息未有清晰指向性，聯(lián)鎖（2）代碼提示為二次反饋電路，為下一階段維修處理明確了方向，因此故障解決有賴于按部就班地查閱故障代碼、聯(lián)鎖日志來逐步解析；盡管故障案例二與故障案例一的故障報錯代碼存在相似性，但在故障最終判斷方向上卻大相徑庭。在本研究的維修方案中，當最初不知如何入手，且不明確報錯具體指向性時，遂通過數(shù)次對MLC 進行初始化操作，使MLC 控制電路回路自檢幫助工程師理清思緒，對復雜故障現(xiàn)象逐步細化剖解，縮小查找范圍，最終集中鎖定故障點。