醫(yī)科達Synergy直線加速器故障分析和維修兩例

夏林云，秦建軍，王堅，嚴剛林

東南大學(xué)附屬江陰醫(yī)院（江陰市人民醫(yī)院） a.放療科；b.器械科，江蘇 無錫 214400

引言

放射治療是治療惡性腫瘤的三大手段之一。根據(jù)文獻報道，70%的惡性腫瘤患者需要放射治療[1-2]。醫(yī)用電子直線加速器是現(xiàn)階段實現(xiàn)腫瘤遠距離精確放射治療的主流大型醫(yī)用設(shè)備，擔(dān)負起了90%的放射治療任務(wù)。直線加速器包含了加速系統(tǒng)、束流傳輸系統(tǒng)、微波系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、劑量檢測系統(tǒng)、高壓脈沖調(diào)制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等[3-4]。我院放療科2010年引進了一臺醫(yī)科達Synergy電子直線加速器。在十多年的運行過程中，此加速器各部分也出現(xiàn)了種類繁多的故障，本文將介紹此加速器高壓脈沖調(diào)制系統(tǒng)和Gantry旋轉(zhuǎn)角度顯示單元的故障表現(xiàn)和修復(fù)過程，總結(jié)對于不同故障表現(xiàn)需采用的不同分析方法，供同行在工作中借鑒，避免在故障修復(fù)過程中走彎路。

1 高壓脈沖調(diào)制器隔離板故障

1.1 故障現(xiàn)象

在治療過程中，加速器突然停止出束。報故障代碼：① Thy.Grid；② Diode O/L；③ HT Bellow。

1.2 分析與維修

查故障代碼：① Thy.Grid提示為閘流管柵極電源故障[5-6]；② Diode O/L提示反峰過壓故障，常見為磁控管嚴重打火[7]；③ HT Bellow提示高壓脈沖變壓器超溫故障[8]。一般按常規(guī)方法逐個排查三個代碼提示區(qū)域，但是此次三個故障代碼同時出現(xiàn)，不能按固定思維去逐個排查，需要重點排查三電路故障概率較高的共用部分。查閱圖紙發(fā)現(xiàn)，在MODULATOR ASSY部分，此三個信號都是由MODULATOR ISOLATION UNIT PCB輸出。此模塊的功能（圖1）是把THYRATRON G1 MON、REVERSE DIODE O/L、MODULATOR OVERTEMP等5路連鎖電信號（輸入）轉(zhuǎn)換為光信號（輸出）。

圖1 MODULATOR ASSY

此模塊電路工作原理：主電源220 V輸入（引腳P9、P10），作為降壓變壓器（T1）的初級電壓，次級輸出兩路15 V，分別經(jīng)過二極管全波整流，入三端穩(wěn)壓器REG2（LM7815）、REG1（LM7915）后，輸出+15、-15 V電壓。+15 V電壓供給MODULATOR OVERTEMP等小單元電路。以MODULATOR OVERTEMP單元電路為例（圖2）：如果連鎖信號MODULATOR OVERTEMP無發(fā)出，P1、P2兩端短接。+15 V通過電阻R15、發(fā)光二極管OPTO2以及端點P1、P2后形成回路，OPTO2發(fā)出光信號。如果連鎖信號發(fā)出，相應(yīng)光信號無輸出，控制臺報故障代碼（HT Bellow）。

圖2 MODULATOR OVERTEMP

采用電壓逆向檢查法，首先檢查報錯的三路光信號是否正常輸出，拔出報錯代碼所對的三路光纖，檢查發(fā)現(xiàn)均無光線傳出。接著檢查輸入電源及串聯(lián)在電源L端的保險絲FS34B，用萬用表測得輸入電壓220 V正常，保險絲通路，狀態(tài)均正常[9]。由此判斷故障處于MODULATOR ISOLATION UNIT PCB電路單元。此電路單元分為兩部分：① 5路電光信號轉(zhuǎn)換；② 220 V轉(zhuǎn)±15 V降壓穩(wěn)壓電路。由于三路同時報錯，重點排查公用的電源部分。打開MODULATOR ASSY外殼，目測高壓電纜、反峰組件上的二極管及電阻、電解電容等元件外觀狀態(tài)均正常。參照電路圖，準備帶電測量電路板上各節(jié)點的電壓值。接通220 V輸入電源，首先用萬用表電壓檔量P9、P10兩端，量得電壓220 V，正常。然后查輸出電壓，從最末端查起，如圖3所示，+15 V輸出端與三端穩(wěn)壓器REG2的輸出端（V0）共點，用萬用表量此點電壓值為7.3 V。對照此部分電路圖（圖3），REG2是型號為LM7815的三端穩(wěn)壓器，它的作用是穩(wěn)定輸出+15 V電壓，量得的7.3 V不正常。繼續(xù)逆向逐點測量REG2的輸入端（V1）與變壓器T1輸出端的共同節(jié)點，電壓為9.8 V，而正常值應(yīng)在18 V左右。由此判斷降壓變壓器次級線圈由于工作時間過長，匝間出現(xiàn)短路，由此造成輸出端電壓不正常，故障原因已找到。更換整個MODULATOR ISOLATION UNIT PCB單元電路。接上電源，確認無誤后通電，OPTO（2～6）均能正常發(fā)光，亮度正常。按圖紙依次連接各光纖至OPTO（1～6），控制臺三個報錯信息均無，故障排除。

圖3 MODULATOR POWER

2 GANTRY旋轉(zhuǎn)故障

2.1 故障現(xiàn)象

加速器在運行過程中，出束停止。報故障代碼GANTRY-70。

2.2 分析與維修

查故障代碼GANTRY-70，提示有一個Gantry的位置讀取錯誤，需要調(diào)整電位器。Gantry運行信息包含控制、速度、旋轉(zhuǎn)角度和機架傾角。所有信息的顯示與監(jiān)測主要依賴于安裝在機架導(dǎo)向軌下的三個電位器。一個藍色的Wiper精密電位器，兩個黑色的分別是coarse電位器和check電位器。coarse電位器和Wiper電位器由同一條固定在機架導(dǎo)向軌上的度數(shù)齒條帶動，而check電位器由同一導(dǎo)向軌上另一邊的齒條帶動。三個電位器輸出信號完全獨立傳輸。coarse電位器兩端輸入10 V。Wiper電位器兩端輸入10 V，抽頭輸出電壓有兩路，分別是Wiper A和Wiper B。點位A和點位B相差180°，所以兩端輸出電壓差為5 V。Gantry旋轉(zhuǎn)一周，Wiper電位器滑動弧刷旋轉(zhuǎn)18圈。經(jīng)過計算10/18=0.55 V；0.55/2=0.27 V。所以Wiper A和Wiper B旋轉(zhuǎn)一圈，coarse電位器電壓變化值為0.27 V。AI12分辨率是4096 bits/10 V，所以AI12的分辨率是18/4096=0.00044圈/bit。

LCS軟件可以啟動和停止相關(guān)運動，還能實時動態(tài)調(diào)整運動的速度和方向。LCS控制單元讀取Wiper電位器、coarse電位器和check電位器的輸出信號，通過運算轉(zhuǎn)換成Gantry的角度信息（Gantry 0°時，coarse輸出電壓為5 V）。coarse電位器和check電位器的輸出電壓差需≤0.2 V[10]，否則就會引起一個錯誤信號的報出。

把Gantry轉(zhuǎn)至顯示值為0°的位置，測得coarse輸出電壓為5 V。用電子水平儀測得Gantry實際角度為0.4°。進而用萬用表測得coarse電位器中心抽頭端對地電壓為5.2 V，check電位器中心抽頭端對地電壓為4.6 V，兩端電壓差為0.6 V，已超過0.2 V，所以報出故障代碼。按照以往維修經(jīng)驗，此故障是由于Gantry運行時間過長，兩電位器運轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏差所致，只需進行電位器學(xué)習(xí)校準，故障即可排除[11-12]。根據(jù)維修手冊進行電位器學(xué)習(xí)校準，再次用萬用表測量coarse電位器中心抽頭端對地電壓為5.0 V，check電位器中心抽頭端對地電壓為4.9 V，兩端電壓差為0.1 V，未超過0.2 V。檢測Gantry實際角度與顯示一致，報錯代碼消失，機器恢復(fù)正常。運行大約2 h后，相同故障再次出現(xiàn)。此時再次測得兩電位器中心抽頭端電壓差為0.5 V。分析認為，經(jīng)過上次的電位器學(xué)習(xí)及結(jié)果顯示，已能排除相關(guān)電位器及后級同步比較電路故障，故障原因另在別處。結(jié)合維修手冊，現(xiàn)場查看電位器安裝位置及傳動路徑，帶動電位器旋轉(zhuǎn)的是Gantry導(dǎo)向軌上的度數(shù)齒條。仔細檢查發(fā)現(xiàn)，Gantry導(dǎo)向軌上的兩度數(shù)齒條缺齒嚴重且分布不均。由于缺齒，度數(shù)齒條在帶動coarse電位器和check電位器上齒輪時，造成兩電位器齒輪轉(zhuǎn)動不同步，使得兩電位器中心抽頭端對地電壓不一致，兩端電壓差超出閾值范圍，使得Gantry顯示角度和實際角度出現(xiàn)較大差異，至此找到了真正的故障原因。通過更換兩條齒帶，三個電位器同時進行學(xué)習(xí)校準，經(jīng)過檢測Gantry實際角度和示值相符，故障排除，加速器恢復(fù)正常。

3 故障小結(jié)

3.1 高壓脈沖調(diào)制器隔離板故障

此故障的特點在于三個故障代碼同時出現(xiàn)，有別于單個故障代碼出現(xiàn)的處理方法。如果按照以往經(jīng)驗，會拘泥于老的故障排除方案而陷入誤區(qū)。所以維修時要綜合判斷故障特點，仔細分析手冊圖紙，才能夠快速找到突破方向，排除故障。

3.2 Gantry旋轉(zhuǎn)同步故障

故障原因為Gantry導(dǎo)向軌上的度數(shù)齒條缺齒，這提示在按計劃給加速器保養(yǎng)的時候，要關(guān)注齒條的完整性；如果發(fā)現(xiàn)問題提前做好更換，可減少停機時間。

Gantry旋轉(zhuǎn)同步檢測電路（“三采樣”電路）大量應(yīng)用在醫(yī)科達系列直線加速器的機械系統(tǒng)運動（如鎢門、治療床、準直器角度）[13-14]的位置檢測上。此電路特點是LCS所采集的位置轉(zhuǎn)換信號（分別有coarse電位器輸出電壓信號、Wiper電位器輸出電壓信號和check電位器輸出電壓信號）既分別單獨輸出，又互相關(guān)聯(lián)互鎖（圖4）。檢測位移精度高，符合直線加速器的設(shè)計要求。但電位器在長時間使用后容易損壞，有必要購置一些相應(yīng)型號的電位器備用，以便快速修復(fù)。

圖4 Gantry旋轉(zhuǎn)標準同步電路ICCA（AREA 72）

4 討論與總結(jié)

余文軍等[5]、趙明軍[6]、陳永東[7]和鐘青松[8]的研究所述故障現(xiàn)象均為出現(xiàn)單個故障代碼，可在維修時根據(jù)代碼提示，維修方向比較明確。鄭旭海[2]、胡彧等[11]、龔睿[12]的研究提供的案例均為電位器故障。以上案例與此文分析的兩故障相比，表象相似，實際故障原因卻大相徑庭。另外，隨著設(shè)備使用時間的累加，許多消耗性易損件引起的故障接踵而至，所以在平時常規(guī)保養(yǎng)時要仔細全面，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患并消除。

我院是一所縣級綜合性三甲醫(yī)院，放療科的放療設(shè)備少，放療患者多，供求矛盾非常突出。在現(xiàn)有的條件下，為保證直線加速器較高開機率，需要做好以下三個方面：

（1）經(jīng)常檢查相關(guān)環(huán)境指標。設(shè)備對周圍環(huán)境較敏感，溫濕度、水流、灰塵顆粒物、真空度的變化都會對其運行狀態(tài)有較大影響[15]。運動部件在長年使用后都會產(chǎn)生生銹、積灰以及塞澀等現(xiàn)象，也會對機械系統(tǒng)運動產(chǎn)生很大的不利影響。所以，必須經(jīng)常檢查相關(guān)環(huán)境指標，尤其是地處長江以南的單位，梅雨季節(jié)應(yīng)特別注意保持環(huán)境濕度在正常范圍。

（2）執(zhí)行使用科室、管理科室及廠家的三級保養(yǎng)制度。制定完善的保養(yǎng)計劃，在規(guī)定的時間節(jié)點對直線加速器的規(guī)定科目進行保養(yǎng)[16-17]。

（3） 掌握經(jīng)典案例。在維修上，利用好設(shè)備的維修手冊、保養(yǎng)手冊、電路原理圖、歷年的維修案例以及相關(guān)專業(yè)雜志上的案例分享[18]。以安全和時效為核心要素，采用自主維修和廠家全保服務(wù)相結(jié)合，更能保證維修技術(shù)的可靠性。做好以上三個方面，可更好地為醫(yī)院的放療工作保駕護航。