醫(yī)科達(dá)Precise直線加速器控制區(qū)電源故障維修三例

王緒剛，于文兵，魏緒國(guó)

聊城市人民醫(yī)院 放療科，山東 聊城 252000

引言

醫(yī)用電子直線加速器是最常用的放射治療設(shè)備[1]，其中醫(yī)科達(dá)Precise直線加速器是非常成熟的數(shù)字化醫(yī)用加速器，廣泛應(yīng)用于各醫(yī)院放療科，可開(kāi)展常規(guī)放療、適形放療、調(diào)強(qiáng)放療等多種放射治療，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和高精度的臨床治療。醫(yī)科達(dá)加速器的控制系統(tǒng)主要由控制柜和三個(gè)控制區(qū)組成[2]，我院Precise加速器自2006年投入使用至今已有15年多，隨著使用年限增加，加速器控制區(qū)電源故障頻發(fā)，影響機(jī)器的開(kāi)機(jī)率和穩(wěn)定性，有必要對(duì)其維修工作展開(kāi)研究。目前有一些關(guān)于醫(yī)科達(dá)加速器“-320 V Mon”連鎖[3-6]、“15 V Ref”連鎖[7]等電源相關(guān)故障處理的維修個(gè)例，但并沒(méi)有關(guān)于醫(yī)科達(dá)Precise加速器控制區(qū)電源故障的系統(tǒng)性維修分析類文章。為便于工程師快速解決控制區(qū)電源相關(guān)故障，現(xiàn)對(duì)Precise加速器的控制區(qū)電源組成和原理進(jìn)行介紹，并就我院加速器控制區(qū)電源故障進(jìn)行舉例分析和維修探討。

1 基本原理

1.1 控制區(qū)電源組成

控制系統(tǒng)的三個(gè)控制區(qū)分別為72區(qū)接口柜控制區(qū)ICCA、12區(qū)治療頭控制區(qū)RHCA、16區(qū)高壓控制區(qū)HTCA。每個(gè)控制區(qū)分別具有A側(cè)和B側(cè)2個(gè)遠(yuǎn)程控制終端（Remote Terminal Unit，RTU）-A和RTU-B，每個(gè)RTU均包含7種電路板[8]，分別為多路終端單元（Multiplex Terminal Unit，MTU）電路板、數(shù)字信號(hào)輸入編碼（Digital Input and Encoding，DIE）電路板、12位模擬輸入（Analog Input 12 bit，AI12）電路板、繼電器輸出（Relay Output Card，ROC）電路板、信號(hào)調(diào)節(jié)（Signal Conditioning Card，SCC）電路板、8位的模擬輸出（Analog Output 8 bit，AO8）電路板、12位的模擬輸出（Analog Output 12 bit，AO12）電路板。

每個(gè)控制區(qū)都有一個(gè)電源組件，該組件包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)模式電源模塊（PSU1、PSU2）和一個(gè)附屬電源板（Auxiliary PSU PCB）。圖1為12區(qū)控制區(qū)電源，PSU1、PSU2分別為RTU-A、RTU-B的各種電路板提供5 Vdc邏輯電壓和±15 Vdc模擬電源。附屬電源板的功能是為繼電器提供22 Vdc電源及為電離室提供-300 Vdc直流電壓。如圖2所示，12區(qū)附屬電源板（型號(hào)45133903384）將T1變壓器輸出的兩路20 Vac整流后得到兩路22 Vdc分別供應(yīng)兩側(cè)的RTU，其中一路22 Vdc經(jīng)穩(wěn)壓模塊U1輸出為穩(wěn)壓12 Vdc，再經(jīng)DC-DC電源模塊PSU得到-325 V穩(wěn)壓電源，電壓有效范圍為300～350 V，因此簡(jiǎn)稱“-300 V”[9-10]。16區(qū)和72區(qū)附屬電源板（型號(hào)45133903385）只提供22 V電源。

圖1 12區(qū)電源組件

圖2 12區(qū)附屬電源板

1.2 控制區(qū)電源監(jiān)測(cè)

我院Precise加速器控制軟件共有665個(gè)項(xiàng)目（item，簡(jiǎn)寫為i）和104個(gè)項(xiàng)目成分（part，簡(jiǎn)寫為p），為方便描述，下面列舉了與本文相關(guān)的項(xiàng)目，見(jiàn)表1，其中i171為校準(zhǔn)項(xiàng)目，i170、i176和 i177分別為i171的校準(zhǔn)值、校準(zhǔn)上限值和下限值。本文所用到的項(xiàng)目成分有p1（設(shè)定值）、p4（實(shí)際值）、p19（p4的上限值）、p20（p4的下限值）、p104（相關(guān)item的RTU地址）。

表1 本文控制軟件項(xiàng)目

三個(gè)控制區(qū)共有六個(gè)RTU，每個(gè)RTU具有獨(dú)立的地址碼（從0到5），該地址碼由RTU的MTU電路板自動(dòng)獲取。在加速器電腦控制軟件中，PSU1、PSU2電源電壓的項(xiàng)目分別為i273、i280、i281，當(dāng)電壓超出預(yù)設(shè)的上下限值（一般最多5%誤差范圍）時(shí)會(huì)報(bào)相應(yīng)項(xiàng)目連鎖，每個(gè)項(xiàng)目通過(guò)其p104值對(duì)控制區(qū)相關(guān)參考電壓進(jìn)行輪詢，如果監(jiān)測(cè)到電壓超過(guò)限值就停止輪詢，并指向超出限值的MTU板，p104值與相關(guān)MTU板對(duì)應(yīng)情況如下：0=MTU-ICA（ICCA的A側(cè)，以下類似）、1=MTU-ICB、2=MTU-HTA、3=MTUHTB、4=MTU-RHA、5=MTU-RHB。監(jiān)測(cè)是由每個(gè)控制區(qū)的相反側(cè)MTU板完成的（即A側(cè)的MTU監(jiān)測(cè)B側(cè)的PSU2電源輸出電壓，反之亦然），如輪詢停止在p104=4，則說(shuō)明12區(qū)B側(cè)的電源PSU2故障或者A側(cè)的檢測(cè)電路（SCC、AI12板）故障。

附屬電源板提供的-300 V電壓連鎖項(xiàng)目為i189，該電壓監(jiān)測(cè)原理（圖紙編號(hào)45133307049）如圖3所示，監(jiān)測(cè)電壓經(jīng)12區(qū)Dose A板→A側(cè)SCC板→A側(cè)AI板生成連鎖項(xiàng)目i189，當(dāng)電壓超出預(yù)設(shè)的上下限值（一般最多7.7%誤差范圍，即300～350 V）時(shí)會(huì)報(bào)該連鎖。

圖3 -300 V電壓監(jiān)測(cè)原理圖

2 故障一

2.1 故障現(xiàn)象

患者治療過(guò)程中出現(xiàn)“-15 V Ref”連鎖，無(wú)法繼續(xù)治療。

2.2 故障分析與處理

查看控制軟件中“-15 V Ref”連鎖項(xiàng)目i280的p4值從-14.19到-15.10浮動(dòng)變化，p4設(shè)置的上限值p19為-1427（代表電壓為-14.27 V）。因此當(dāng)p4值大于-1427時(shí)，會(huì)報(bào)該連鎖。當(dāng)出現(xiàn)該連鎖時(shí)，查看p104值為5，因此懷疑12區(qū)RHA側(cè)電源PSU1故障或者RHB側(cè)電壓監(jiān)控電路故障。此時(shí)為避免患者單次治療進(jìn)程中斷，可將p19值臨時(shí)修改為-1410。

由于我院Precise機(jī)型較老，未配備延長(zhǎng)板，無(wú)法通過(guò)測(cè)量12區(qū)MTU板PL1 A27引腳（-15 V）電壓值的方法快速判斷電源是否損壞。本著由易到難的原則，首先排查監(jiān)測(cè)電路：更換RHB側(cè)的SCC和AI12板，故障依舊，說(shuō)明監(jiān)測(cè)電路正常；然后檢查電源，拆掉12區(qū)電路板和接線，拉出整個(gè)12區(qū)部分，將外蓋打開(kāi)可見(jiàn)控制區(qū)電源如圖1所示，將12區(qū)外接220 V電源，測(cè)-15 V電源輸出電壓PSU1、PSU2為-14.87、-14.88 V，在正常范圍內(nèi)，因此考慮可能是電源輸出穩(wěn)定性不夠?qū)е聢?bào)該連鎖，需更換12區(qū)A側(cè)電源。因?yàn)闆](méi)有新電源備件，并考慮到在操作上72區(qū)較12區(qū)更易安裝和拆卸，為保證患者正常治療和方便電源穩(wěn)定性的觀察和更換，于是將12區(qū)和72區(qū)的A側(cè)電源對(duì)調(diào)然后復(fù)原12區(qū)，設(shè)置好-15 V電壓相關(guān)參數(shù)后機(jī)器恢復(fù)正常。待新電源到達(dá)后將72區(qū)A側(cè)電源更換后故障徹底解決。

2.3 小結(jié)

除了本案例涉及-15 V參考電壓外，下列項(xiàng)目參考電壓也有類似的表現(xiàn)及處理方式：i268 [0 V (x1) ref]，i269[0 V (x10) ref]，i270 [10 V ref]，i271 [1 V ref]，i272 [posn.ref]，i273 [+5 V ref]，i281 [+15 V ref]。

3 故障二

3.1 故障現(xiàn)象

治療過(guò)程中出現(xiàn)“-320 V Mon”連鎖，束流終止。

3.2 故障分析與處理

-320 V是12區(qū)RHCA的SK12FF端口提供給電離室的電壓，當(dāng)控制電路檢測(cè)到該電壓超過(guò)設(shè)定的誤差范圍時(shí)會(huì)報(bào)該連鎖。首次出現(xiàn)i189“-320 V Mon”連鎖時(shí)，查看i189的p20值為-3399，p4值為-350，而實(shí)測(cè)SK12FF空載電壓為-320 V，用T型三通BNC接頭連接SK12FF后帶載測(cè)量電壓也為-320 V，說(shuō)明電源和負(fù)載正常，需要對(duì)i189監(jiān)測(cè)電壓進(jìn)行校正。校正過(guò)程如下：首先將SK12FF端口的BNC插頭拔下，在控制系統(tǒng)電腦上調(diào)出Calibration界面，將i171 cal.i1設(shè)為189，再將i170 cal.value設(shè)為0，然后插上BNC接口，再將i170設(shè)為-3200后保存。校正完成后故障消失。

幾天后又出現(xiàn)i189連鎖，查看i189 p4值浮動(dòng)在-310～-350，為保證患者正常治療，臨時(shí)將p20值更改為-3600。但不久后又報(bào)i506“D1 supply”連鎖和i511“D1 rly off”連鎖，觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)i189 p4值浮動(dòng)到-350時(shí)會(huì)報(bào)該連鎖。查看維修手冊(cè)，相關(guān)連鎖出現(xiàn)原因?yàn)閯┝客ǖ?的供電電源電壓存在故障，相關(guān)電壓有+15 V、-15 V、+6.3 Vref、+5 V、-320 V等。查看電路圖（圖3）發(fā)現(xiàn)i189和i506連鎖都與Dose A板有關(guān)，故首先懷疑Dose A板故障，但對(duì)Dose A板進(jìn)行更換后故障依舊，于是考慮Dose A板的實(shí)際電源供給可能存在故障：測(cè)量SK12FF端口-320 V電壓正常，排查與兩種連鎖都相關(guān)的+15 V電源，查看i281（+15 V Ref）的p104值，發(fā)現(xiàn)每次當(dāng)p104為5時(shí)，p4值浮動(dòng)較大，由14.95降到14.45，此時(shí)i189 p4值由-320浮動(dòng)到-350后報(bào)i506和i511連鎖。因此判斷12區(qū)A側(cè)PSU1電源故障，導(dǎo)致輸出+15 V電壓不穩(wěn)，更換A側(cè)電源后故障消失。在更換+15 V電源后實(shí)測(cè)SK12FF端口電壓為-322 V，而i189 p4值為-311，對(duì)i189重新校正。最后校正加速器絕對(duì)劑量，確保一切正常后再進(jìn)行治療。連續(xù)觀察兩周“-320 V Mon”連鎖未再出現(xiàn)。

3.3 小結(jié)

i189“-320 V Mon”連鎖的監(jiān)測(cè)信號(hào)取自Dose A板，與-320 V和+15 V電壓有關(guān)，當(dāng)+15 V電壓不穩(wěn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致i189 p4值發(fā)生變化，超過(guò)預(yù)設(shè)誤差值便產(chǎn)生i189連鎖。此案例中將i189 p20改為-3600，由于電離室電壓有效范圍為300～350 V，故當(dāng)i189 p4值浮動(dòng)到-350時(shí)，出現(xiàn)未報(bào)i189連鎖卻報(bào)i506和i511連鎖的現(xiàn)象。因此在維修過(guò)程中對(duì)i189 p4的上下限值的修改盡量不要超過(guò)電離室電壓的有效范圍。如果出現(xiàn)故障時(shí)的i189 p4值超過(guò)電離室電壓有效范圍，不可隨意對(duì)上下限值進(jìn)行修改，需要尋找其他原因。

經(jīng)與醫(yī)科達(dá)維修工程師交流論證，+15 V電源電壓在5%誤差范圍內(nèi)波動(dòng)一般不會(huì)引起“-320 V Mon”連鎖，這種情況的發(fā)生可能與我院Precise機(jī)器運(yùn)行年限太長(zhǎng)有關(guān)，此時(shí)建議同時(shí)更換-320 V電源。

4 故障三

4.1 故障現(xiàn)象

機(jī)房異常停電后加速器開(kāi)機(jī)顯示“Main Con A”連鎖，接觸器Con A未吸合。

4.2 故障分析與處理

Con A未吸合的原因有：① 供給接觸器Con A線圈的24 V電壓異常；② 急停開(kāi)關(guān)被按下；③ LCS的i400 Con A設(shè)置不正確；④ 冷卻水系統(tǒng)的水溫＞42 ℃、水壓＜0.2 bar、水泵溫度 ＞90 ℃[11-12]。

經(jīng)測(cè)量，24 V電壓正常，急停開(kāi)關(guān)未被按下，查看水溫、水壓正常，i400 p4值為1正確，結(jié)合電路圖（編號(hào)45133307051，圖4），判斷故障原因?yàn)?4區(qū)連鎖繼電器卡（Interlock Relay Card，IRC）-A板的繼電器RL8未吸合，導(dǎo)致Con A得不到24 V電壓，而RL8受72區(qū)ROC-A板和DIE-ICA板控制，起初懷疑電路板損壞，因?yàn)閮蓚?cè)ROC板和IRC板可互換，于是將A側(cè)和B側(cè)ROC板和IRC板互換，但故障依舊，考慮到兩側(cè)電路板同時(shí)出故障的概率較小，暫時(shí)排除ROC板和IRC板故障。經(jīng)測(cè)量ROC-A板的端口電壓A3/C3為27 Vdc，C25為0 V，A7/C7為0 V，ROC-A板的RLA3繼電器未吸合，嘗試短路RLA3，但是將C3、C7端口短接后C3端口電壓變?yōu)? V，該現(xiàn)象提示ROC-A板依然工作不正常。觀察發(fā)現(xiàn)A側(cè)所有電路板指示燈都不亮，而B側(cè)正常，因此懷疑A側(cè)電源PSU1故障導(dǎo)致該側(cè)電路板不工作，于是排查A側(cè)電源：觸摸A側(cè)電源盒外殼手感發(fā)涼，而B側(cè)電源盒外殼手感溫?zé)?，提示A側(cè)電源工作異常，用萬(wàn)用表測(cè)量A側(cè)電源有輸入電壓而無(wú)+15 V輸出電壓，判斷A側(cè)電源故障。為保證患者正常治療，將A側(cè)的供電接線臨時(shí)并接到B側(cè)電源。最終更換新的A側(cè)PSU1電源后故障排除。

圖4 Con A電路原理圖

4.3 小結(jié)

加速器使用過(guò)程中，Con A不吸合的原因大多是水冷系統(tǒng)故障或急停開(kāi)關(guān)被誤碰，該案例提出了一種由于控制區(qū)電源故障導(dǎo)致Con A不吸合的故障現(xiàn)象：控制區(qū)電源無(wú)輸出電壓導(dǎo)致該側(cè)電路板不工作，74區(qū)IRC-A板的繼電器RL8不吸合，Con A得不到24 V電壓。為提高維修效率，遇到此類故障時(shí)，應(yīng)先整體觀察控制區(qū)各電路板的工作狀態(tài)是否正常再進(jìn)行針對(duì)性測(cè)量分析。

5 總結(jié)

目前并沒(méi)有關(guān)于醫(yī)科達(dá)Precise加速器控制區(qū)電源故障的系統(tǒng)性維修分析類文章。本文旨在通過(guò)對(duì)加速器控制區(qū)電源組成和原理的介紹以及對(duì)三例控制區(qū)電源故障維修案例的分析討論，提供加速器控制區(qū)電源故障的維修經(jīng)驗(yàn)和維修方法，希望能為醫(yī)院放療工程師系統(tǒng)性掌握相關(guān)原理并快速解決相關(guān)故障提供借鑒。

加速器控制區(qū)電源發(fā)生故障的現(xiàn)象一般分為兩大類：① 電源電壓有輸出但電壓不穩(wěn)，超出限值后報(bào)參考電壓連鎖，或由于電壓不穩(wěn)導(dǎo)致控制區(qū)電路板工作不穩(wěn)定而報(bào)相應(yīng)連鎖，如本文案例一和案例二，這類故障可被相關(guān)電路監(jiān)測(cè)并通過(guò)加速器電腦明確提示，可通過(guò)查看相應(yīng)連鎖的item和part值判斷故障點(diǎn)，相關(guān)維修方法與各類文獻(xiàn)提到的“-320 V Mon”連鎖、“15 V Ref”連鎖故障處理方法大同小異；② 電源電壓無(wú)輸出導(dǎo)致控制區(qū)電路板不工作而報(bào)各種連鎖，如出現(xiàn)加速器通訊異常[13]或本文案例三的情況，此時(shí)加速器狀態(tài)出現(xiàn)異常，應(yīng)整體檢查加速器狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)值是否正常、控制區(qū)電路板是否工作等[14]。

隨著醫(yī)科達(dá)加速器使用年限的增長(zhǎng)，控制區(qū)電源發(fā)生故障的概率增加，在下一步研究中要開(kāi)展機(jī)器的預(yù)防性維修工作[15-16]，對(duì)控制區(qū)電源電壓做好日常監(jiān)測(cè)，并定期對(duì)電源電壓進(jìn)行校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)后應(yīng)立即更換，避免出現(xiàn)更多附加連鎖。

綜上所述，本文結(jié)合我院加速器控制區(qū)電源電壓故障的三個(gè)維修案例，系統(tǒng)性闡述了醫(yī)科達(dá)Precise加速器控制區(qū)電源的組成、電源電壓的監(jiān)測(cè)原理以及相關(guān)故障的維修經(jīng)驗(yàn)和維修方法，為醫(yī)院工程師對(duì)醫(yī)科達(dá)加速器控制區(qū)電源相關(guān)故障的高效處理提供了理論支持和維修方法參考，進(jìn)而有利于提高醫(yī)科達(dá)加速器的開(kāi)機(jī)率。