醫(yī)用電子直線加速器的故障分析與維修

屈小廣

（南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南衡陽 421001）

0 引言

隨著放射治療技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)用電子直線加速器在腫瘤放射治療中起到關(guān)鍵作用，為惡性腫瘤患者提供精準治療服務(wù)和重要技術(shù)保障，多數(shù)的惡性腫瘤患者只有通過放射治療才有可能得到好轉(zhuǎn)或控制，醫(yī)用電子直線加速器在治療惡性腫瘤患者中不可或缺[1]。醫(yī)用電子直線加速器的運行狀態(tài)將直接關(guān)系到腫瘤治療患者的治療情況，因此有必要加強醫(yī)用電子直線加速器的維護保養(yǎng)和質(zhì)量控制，從而使醫(yī)用電子直線加速器處于良好的運行狀態(tài)，為腫瘤患者提供精準可靠的治療。所以，如何保證醫(yī)用電子直線加速器的安全性和可靠性，保證腫瘤患者治療的精準性和實時性，有必要加強醫(yī)用直線電子加速器的故障分析與維修工作，是一項重要的技術(shù)保障手段。

1 醫(yī)用電子直線加速器基本結(jié)構(gòu)

醫(yī)用電子直線加速器是一種涉及機械、電子、計算機、物理、自動化控制、電磁學(xué)、微波技術(shù)、制冷和力學(xué)等諸多學(xué)科的高端大型放射治療設(shè)備[2]。醫(yī)用直線加速器根據(jù)微波傳輸?shù)奶攸c可分為行波和駐波兩大類，醫(yī)用直線加速器的基本組成主要由加速管、微波功率源（磁控管或調(diào)速管）、電子注入系統(tǒng)、微波功率傳輸系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機械運動部分、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和電源分配系統(tǒng)等部分組成[3-4]。Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器的基本結(jié)構(gòu)如1 圖[5]。

其中，加速管是醫(yī)用電子直線加速器的核心部件，又叫加速結(jié)構(gòu)或加速波導(dǎo)，其制造材料由高電導(dǎo)率無氧銅，加工精密，光潔度良好，是電子和電場提供能量交換空間。電子在加速管內(nèi)通過微波電場進行加速，根據(jù)加速原理分為行波加速管和駐波加速管。電子槍是電子注入系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，為易損件消耗品，作用是用于發(fā)射電子，分為二級槍和三級槍，二級槍由陰極、燈絲、聚焦級和陽極組成，三級槍比二級槍多控制柵極[6]。微波功率源分為磁控管或調(diào)速管兩類，醫(yī)用電子直線加速器一般工作在S 段，頻率分2998 MHz（波長10.5 cm）和2856 MHz（波長10.5 cm）兩種，如Varian 23EX 醫(yī)用直線加速器的中心頻率為2856 MHz（波長10.5 cm），上海同步輻射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）直線加速器采用2998 MHz 的加速管[7]。脈沖調(diào)制系統(tǒng)主要由高壓直流電源、脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、自動電壓控制電路、開關(guān)電路和脈沖變壓器等組成，為微波功率源提供一定波形或頻率的高壓脈沖[4]。

圖1 Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器基本結(jié)構(gòu)

2 故障案例分析

2.1 故障1

2.1.1 故障現(xiàn)象

西門子ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開機啟動后，復(fù)位加速器電源，冷卻系統(tǒng)指示燈為紅色，主控計算機顯示器顯示錯誤代碼30。

2.1.2 故障分析與維修

西門子ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器采用全數(shù)字智能自動控制化設(shè)計，擁有精密的聯(lián)鎖監(jiān)測系統(tǒng)，如監(jiān)測到異常偏離數(shù)值，加速器就不能正常工作，主控計算機顯示器會顯示相應(yīng)的錯誤代碼提示，方便對加速器故障的精準判斷和故障分析[8]。根據(jù)故障現(xiàn)象，ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開機啟動后不能正常使用，參考故障代碼30，重點考慮冷卻系統(tǒng)相關(guān)故障。檢查外循環(huán)冷水機的水壓和水溫，都在正常工作范圍。檢查內(nèi)循環(huán)水機的水位正常，檢查水溫和水壓等參數(shù)都正常。初步排除循環(huán)水機故障，根據(jù)故障代碼30 提示和經(jīng)驗，應(yīng)重點考慮閘流管是否故障。閘流管為脈沖調(diào)制解調(diào)器的開關(guān)元件，是脈沖調(diào)制解調(diào)器的核心部件。

進一步，再次啟動醫(yī)用電子直線加速器數(shù)分鐘后觀察閘流管，此時閘流管燈絲點亮并顯示微黃色的光，正常情況下為藍紫色光，于是用數(shù)字多用表測量閘流管的柵控電壓為DC 87 V，閘流管的燈絲電壓為AC 6.4 V，初步判斷閘流管異常。廠家工程師更換閘流管后，用數(shù)字多用表測量閘流管的柵控電壓為DC 20 V，閘流管的燈絲電壓為AC 6.4 V，觀察閘流管燈絲點亮并顯示藍紫色光，說明閘流管工作正常。再次對ONCOR 醫(yī)用電子直線加速器開機啟動，復(fù)位加速器電源后，加速器冷卻系統(tǒng)指示燈顯示正常，主控計算機顯示器錯誤代碼消失，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障現(xiàn)象

Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器治療中出錯，不能正常出光，顯示DS12 連鎖故障。

2.2.2 故障分析與維修

Varian 23EX 醫(yī)用電子直線加速器是Varian 高能加速器中的代表機型，不但能為臨床提供高能X 射線，還能提供多檔電子射線，為智能化的數(shù)字高端設(shè)備。在使用中出現(xiàn)各類系統(tǒng)故障時，主控計算機系統(tǒng)都能出現(xiàn)相應(yīng)的連鎖提示，方便于故障的判斷和維修[9-10]。根據(jù)故?，F(xiàn)象，查閱技術(shù)手冊，結(jié)合廠家工程師的指導(dǎo)，分析得出DS12 連鎖為MU1 和MU2 的跳數(shù)相差大于5%。于是在服務(wù)模式下選擇6 MV 能量，觀察對比MU1 和MU2的跳數(shù)，當(dāng)MU1 和MU2 的跳數(shù)相差大于5%時，加速器出現(xiàn)DS12 連鎖故障。

打開計算機控制柜，在計算機控制柜內(nèi)的上方找到XA15 PCB 板和XA16 PCB 板，分別找到XA15 PCB 板和XA16 PCB板上的測試點TP4，用數(shù)字多用表同時測量XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測試點TP4 之間的直流電壓，測得XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測試點TP4 之間的值為DC 3.2 V，正常情況下該數(shù)值為0。經(jīng)分析，XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測試點TP4 之間的直流電壓可由相對應(yīng)的PROGRAM PCB 電路板調(diào)節(jié)。接下來，在相對應(yīng)的PROGRAM PCB 電路板上找到可調(diào)電位器R16，慢慢調(diào)節(jié)PROGRAM PCB 電路板上的可調(diào)電位器R16，使XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的測試點TP4 之間的直流電壓調(diào)到0 左右即可。調(diào)節(jié)完畢后開機測試，治療時加速器正常，未顯示DS12 連鎖故障，故障得以排除。

2.3 故障3

2.3.1 故障現(xiàn)象

醫(yī)科達北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器出現(xiàn)治療床不能正常升降。

2.3.2 故障分析與維修

醫(yī)科達北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器治療床隸屬于機械系統(tǒng)部分，其作用為患者支撐和體位固定，通過機械運動位置鎖定來完成患者的治療位置，患者在治療床上接收放射治療。治療床的機械運動有床的公轉(zhuǎn)、床的升降、床的移動和床面的自傳五個運動。醫(yī)科達北研所BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器治療床箱體兩側(cè)分別有2 個相同的操作健和2 個相同功能的緊急制動開關(guān)，床箱體與手控盒連接，接收手控盒的運動控制信號，從而方便完成患者體位的擺放和位置固定[11]。

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合結(jié)構(gòu)認真分析，BJ-6B 醫(yī)用電子直線加速器出現(xiàn)治療床不能正常升降，應(yīng)考慮線路是否接觸良好，電纜電路和電路元件是否故障[12]。為此，首先檢查治療床的繼電器是否有吸合聲響，經(jīng)檢查，沒有聽到治療床繼電器的聲響。于是打開治療床護罩，拆開電源盒，用數(shù)字多用表測量治療的供電電壓，經(jīng)測量，治療的供電電壓為38.9 V，而正常電壓應(yīng)為110 V。根據(jù)電路的走向，用數(shù)字萬用表檢查繼電器和治療床電機之間的供電線路，發(fā)現(xiàn)一處有短開故障，接好線路后測試，繼電器聲響正常，治療床升降正常，故障排除。

3 結(jié)束語

醫(yī)用電子直線加速器是臨床治療腫瘤的主要技術(shù)手段，屬于高端的精密放射治療設(shè)備，由于智能化程度高，使用中故障發(fā)生率大，無形增加了維修的難度和成本，還會給患者治療造成一定的影響[13]。維修時，應(yīng)在廠家工程師的指導(dǎo)下進行，不可盲目動手，將故障擴大化。對使用中出現(xiàn)的各類故障要根據(jù)故障代碼和技術(shù)手冊，針對不同的問題進行多方面的分析，借助維修工具，按照電路信號走向，利用系統(tǒng)診斷法、靜態(tài)檢查法、動態(tài)檢查法、交換判斷法等常用診斷方法和維修方法對故障進行調(diào)查、分析和排查。并進行深入淺出的分析總結(jié)，將故障排查在簡易的步驟之中[14-15]。

在加速器的使用過程中，要注意對性能參數(shù)的檢查和計量的校準，并做好預(yù)防性維修和維護保養(yǎng)。一旦參數(shù)發(fā)生偏差較大，物理師和工程師就要對參數(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整，做到事前預(yù)防、事中維護、事后保養(yǎng)，確保加速器使用的安全性和準確性，提高開機率和使用率[16-18]。