醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器束流系統(tǒng)的組成及檢修

陸曉軍

江蘇省鎮(zhèn)江市第一人民醫(yī)院 （江蘇鎮(zhèn)江 212002）

醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器是一款用于治療腫瘤疾病的高端醫(yī)療設(shè)備，而做好對(duì)加速器的維護(hù)保養(yǎng)和質(zhì)量保證工作非常重要，旨在確保設(shè)備的使用率以及設(shè)備的實(shí)際照射量與治療計(jì)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)照射量一致。由于腫瘤的生物特性，臨床需保證放射治療持續(xù)，一般要求設(shè)備使用率在95%以上。為達(dá)到此目標(biāo)，相關(guān)人員熟悉加速器的構(gòu)造、原理非常重要，以便及時(shí)、快捷地對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析、判斷以及對(duì)質(zhì)量保證工作中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行校正。

本文重點(diǎn)介紹的是我院2012年引進(jìn)的醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器的束流系統(tǒng)，其主要由聚焦系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成（圖1）。其中，聚焦系統(tǒng)可影響射線的強(qiáng)度，導(dǎo)向系統(tǒng)可影響射野的平坦度和對(duì)稱性，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可影響射線的能量及射野。這些均屬于維護(hù)保養(yǎng)及質(zhì)量保證工作的重要內(nèi)容?，F(xiàn)將醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器束流系統(tǒng)組成及故障檢修情況介紹如下。

圖1 醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器束流系統(tǒng)的組成

1 束流系統(tǒng)組成

1.1 聚焦系統(tǒng)

醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器聚焦系統(tǒng)的作用主要是使束流在加速過(guò)程中不因受射頻電磁場(chǎng)作用以及束流內(nèi)電子的空間電荷作用而散開，或因外部磁場(chǎng)而偏離中心軸；通過(guò)調(diào)節(jié)聚焦線圈電流，可以獲得最大的輻射強(qiáng)度。

1.1.1 聚焦線圈

聚焦系統(tǒng)包含2組聚焦線圈（Focus1和Focus2），各產(chǎn)生1個(gè)靜態(tài)的、軸向的且施加了聚焦作用的磁場(chǎng)在電子束上，用以抵消射頻場(chǎng)的散焦作用。2組線圈環(huán)繞安裝在加速管的中前端，其中，F(xiàn)ocus1位于電子槍末端，由2個(gè)水冷線圈L1和L2組成；Focus2位于加速管中段附近，由1個(gè)風(fēng)冷線圈L3和2個(gè)水冷線圈L4和L5組成（在加速管的輸入端聚焦需求最大，隨著電子束能量的增加而減小，約在加速管中段聚焦停止）。此外，在靠近電子槍一端的Focus1端加上了鐵磁材料的磁屏蔽端板，其作用是防止聚焦線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電子槍造成影響以及在加速管的開始幾個(gè)腔中進(jìn)一步增強(qiáng)磁場(chǎng)聚焦作用。

聚焦線圈由2個(gè)位于13區(qū)的電源供電，每個(gè)電源包括1個(gè)可控硅控制全波橋式整流電路和1個(gè)低壓控制板組成（Focus1：PCB13F 板和Focus2：PCB13E 板，其中，PCB 為印刷電路板）。

1.1.2 聚焦系統(tǒng)電路控制

Focus1和Focus2線圈電路為閉環(huán)伺服電路，設(shè)計(jì)類似。加速器控制系統(tǒng)（LINAC control system，LCS）可通過(guò)軟件項(xiàng)設(shè)置聚焦線圈電流值，通過(guò)AO12板（其中，AO 為模擬輸出板）上的單通道輸出0～10 mA 的控制信號(hào)到電源低壓控制板PCB13的控制腳；AO12板上的多路復(fù)用器同時(shí)返回1個(gè)值，通過(guò)AI12-RHA（其中，AI 為模擬輸入板，RHA為治療頭A 板）和SCC-RHA（其中，SCC 為信號(hào)調(diào)節(jié)卡）上的單通道返回到的軟件項(xiàng)i394進(jìn)行監(jiān)控，若返回值與設(shè)置值相同，則AO12板很可能工作正常。

監(jiān)控到的聚焦線圈電壓值則通過(guò)AI12-RHB（其中，RHB 為治療頭B 板）和SCC-RHB 返回到LCS，此電壓值只有聯(lián)鎖的目的，伺服系統(tǒng)不使用此值，但其可以用于指示線圈是否短路。

1.2 導(dǎo)向系統(tǒng)

醫(yī)科達(dá)Synergy 直線加速器的導(dǎo)向系統(tǒng)用于因加速管結(jié)構(gòu)中微小不對(duì)稱或地球磁場(chǎng)以及重力偏差的影響使得電子束可能會(huì)稍微偏離軸心的情況。

1.2.1 導(dǎo)向線圈

導(dǎo)向系統(tǒng)包含2組導(dǎo)向線圈，各產(chǎn)生1個(gè)相互成直角的磁場(chǎng)作用于電子束進(jìn)行上下左右的調(diào)整。其中，R 是徑向（radial，R），T 是橫向（transverse，T），1R 和1T 用于電子束對(duì)準(zhǔn)加速軸，2R 和2T 用于控制電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的姿態(tài)。

導(dǎo)向線圈由11區(qū)的通用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)板（universal motor drive，UMD）供電，這些UMD可以輸出±600 mA的電流來(lái)控制磁場(chǎng)的量級(jí)大小和方向。

1.2.2 導(dǎo)向系統(tǒng)電路控制

1R 和1T 的電流值分別在LCS 的軟件項(xiàng)i332和i331中設(shè)置，LCS 將設(shè)定值通過(guò)A08板上的單通道輸出0～10 mA 的控制信號(hào)到UMD 的9腳；此外，設(shè)定值也被A08板上的多路復(fù)用器取值，通過(guò)AI12-HTB（其中，HTB 為高壓板B）和SCC-HTB返回到LCS，由i391監(jiān)控，其中，A08板的多路復(fù)用器由i409控制。而1R 和1T 線圈的實(shí)際電流值則從UMD 板經(jīng)AI12-HTA（其中，HTA 為高壓板A）和SCC-HTA 返回到LCS。

導(dǎo)向線圈對(duì)電子束的校正會(huì)隨著機(jī)架角度的變化而發(fā)生周期性改變，雖然其影響很小，但足以對(duì)射野對(duì)稱性產(chǎn)生明顯影響，因此通過(guò)伺服控制2R、2T 來(lái)實(shí)現(xiàn)。伺服控制信號(hào)來(lái)自電離室的2RG/2RT和2TA/2TB[其中，G 表示電子槍（Gun）方向，T 表示靶（Target）方向，A 表示射野A 方向，B 表示射野B 方向]以及機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)的粗調(diào)電位器的反饋信號(hào)。電離室的2RG/2RT 和2TA/2TB 信號(hào)由12區(qū)的伺服輸入板（servo input board，SIB）采集，由16區(qū)的脈沖發(fā)生器（programme pulse generator，PPG）提供采樣脈沖，此采樣脈沖同時(shí)也作用于i444，其中，SIB 板采集到的值通過(guò)AI12-RHA 和SCC-RHA 傳輸?shù)絃CS。2R 電路是1個(gè)閉環(huán)伺服電路，其錯(cuò)誤信號(hào)用于控制2R 的線圈電流，電離室的差值通過(guò)環(huán)路增益、平衡因子和修正值（正常運(yùn)行的系統(tǒng)中值為零）來(lái)修正并傳遞到電流控制項(xiàng)i164，伺服增益值則在i164的part142；2R 的典型值為80～200個(gè)單位。2T 電路是1個(gè)開環(huán)伺服電路，伺服增益i165的part142的值為零，因此，錯(cuò)誤信號(hào)不用于控制2T 的線圈電流，僅用于指示和監(jiān)測(cè)的目的；2T 電流為i165的part1的設(shè)定值加上來(lái)自查找表（look-up tables，LUT）的偏移量。2R 和2T的設(shè)定電流值在i416的控制下通過(guò)A012-B 多路復(fù)用到單個(gè)通道，值讀入i393，通過(guò)AI12-HTA 和SCC-HTA 發(fā)送到LCS；而2R 和2T 的實(shí)際電流值則由UMD 監(jiān)控并通過(guò)AI12-HTA 和SCC-HTA 發(fā)送到LCS。

1.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

醫(yī)科達(dá)Synergy直線加速器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是改變束流方向。在此過(guò)程中，束流中的每個(gè)電子的能量和動(dòng)量存在一定的差別，在偏轉(zhuǎn)磁鐵的作用下這些不同能量的電子具有不同的轉(zhuǎn)彎半徑，即“色差”。為了減少色差的影響，醫(yī)科達(dá)Synergy直線加速器采用3個(gè)單獨(dú)的電磁鐵組成消色差磁鐵陣列。其中，磁鐵1（粗偏轉(zhuǎn)）進(jìn)行能量的分離，其磁場(chǎng)使電子束偏轉(zhuǎn)44°，電子束中的電子經(jīng)過(guò)磁鐵1偏轉(zhuǎn)后偏轉(zhuǎn)路徑會(huì)有差別；磁鐵1磁場(chǎng)強(qiáng)度的調(diào)整使得電子束達(dá)到要求的平均能量范圍進(jìn)行傳輸。磁鐵2（細(xì)偏轉(zhuǎn)）與磁鐵1形成1個(gè)鏡像反轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)使電子束偏轉(zhuǎn)44°，使得經(jīng)過(guò)磁鐵1分離的能量譜聚焦后傳輸。經(jīng)過(guò)磁鐵2收斂后的電子束進(jìn)入磁鐵3，磁鐵3使得電子束偏轉(zhuǎn)112°并完成二次聚焦作用，最終形成直徑約2 mm的電子束轟擊靶區(qū)。

1.3.1 偏轉(zhuǎn)線圈

3個(gè)偏轉(zhuǎn)磁鐵都是水冷，每個(gè)偏轉(zhuǎn)磁鐵包含2個(gè)線圈，6個(gè)線圈用6個(gè)熱斷器串聯(lián)防止線圈過(guò)熱。正常情況下，12區(qū)的輸入及DIE-RHB 板（其中，DIE為編碼數(shù)字板）上輸入A2端保持接地（0狀態(tài)）；若任何1個(gè)熱斷器工作，則A2端狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)，i94將使加速器處于System On（系統(tǒng)開啟）狀態(tài)。

偏轉(zhuǎn)磁鐵的供電位于13區(qū)，主電源是電源1（power supply unit 1，PSU1），而PSU2只用于給磁鐵3增加電量。與磁鐵1和磁鐵2不同，磁鐵3的電流不與磁場(chǎng)強(qiáng)度成線性相關(guān)。

1.3.2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電路控制

粗偏轉(zhuǎn)和細(xì)偏轉(zhuǎn)的電流設(shè)定分別位于AO12-A板的通道6和通道7，這是兩個(gè)控制信號(hào)，范圍0～10 mA，分別輸入PCB13C（粗偏轉(zhuǎn)）和PCB13G（細(xì)偏轉(zhuǎn)）控制。

電流設(shè)定值也由i418控制AO12板多路復(fù)用，值通過(guò)AI12-RHA和SCC-RHA傳輸?shù)絃CS的i394監(jiān)控。

偏轉(zhuǎn)磁鐵線圈的電流值由PCB13C 和PCB13G監(jiān)控，信號(hào)通過(guò)AI12-RHA 和SCC-RHA 返回到LCS 的i304和i305，用于伺服控制線圈電流，監(jiān)控值則通過(guò)AI12-RHB 和SCC-RHB 傳到i384。

2 束流系統(tǒng)故障檢修

2.1 故障現(xiàn)象

物理師在使用MATRIXX 平板進(jìn)行質(zhì)量保證時(shí)，發(fā)現(xiàn)6 MV X 線的平坦度和對(duì)稱性偏差較大，遂調(diào)整2R 和2T，調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2R 和2T 的調(diào)整值較大，調(diào)整后平坦度、對(duì)稱性達(dá)到要求，再使用MATRIXX 驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)光射野偏差了2 mm 左右。

2.2 故障分析及處理

通常情況下，射野平坦度和對(duì)稱性的校正均是通過(guò)調(diào)整2R 和2T 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，校正不會(huì)引起射野產(chǎn)生上述如此大的偏差，考慮到光射野不一致也會(huì)導(dǎo)致平坦度和對(duì)稱性產(chǎn)生偏差，并且會(huì)隨偏差值的變大而變大，遂開始驗(yàn)證光射野的一致性，步驟如下： （1）使用水平尺驗(yàn)證機(jī)架的角度是否在零位，若不在則將機(jī)架調(diào)至水平尺水平；（2）驗(yàn)證光束是否垂直（加速器使用燈光模擬理想狀態(tài)下的射線形狀），具體方法是將燈光野調(diào)至40 cm×40 cm，旋轉(zhuǎn)治療床，使床邊圓孔至燈光野中，將坐標(biāo)紙放至地面，圓孔野置于坐標(biāo)紙中，用細(xì)筆標(biāo)記圓孔野邊緣界限，旋轉(zhuǎn)治療頭角度查看圓孔野是否出現(xiàn)偏移，若有偏移則調(diào)整反光鏡角度，此次未發(fā)現(xiàn)偏移（這種方法因?yàn)轵?yàn)證距離大，所以準(zhǔn)確性高）；（3）在源皮距100 cm 處用膠片拍攝，驗(yàn)證光射野的一致性，驗(yàn)證結(jié)果表明光射野偏差了2 mm 左右；（4）在源皮距100 cm 處放上坐標(biāo)紙，使治療頭0°對(duì)好燈光野，旋轉(zhuǎn)治療頭180°，結(jié)果燈光野一致，表明光射野的偏差與鎢門位置無(wú)關(guān)，遂懷疑是由于打靶點(diǎn)偏差引起；（5）調(diào)整偏轉(zhuǎn)細(xì)調(diào)（Bending F）值，由現(xiàn)值1.8調(diào)整至2.0，拍攝膠片，光射野一致，調(diào)整2R 和2T 值符合標(biāo)準(zhǔn)，故障排除。

2.3 故障總結(jié)

當(dāng)出現(xiàn)射野平坦度和對(duì)稱性偏差較大的情況時(shí)，不能只考慮調(diào)整2R 和2T，光射野一致性不佳同樣會(huì)導(dǎo)致平坦度和對(duì)稱性偏差較大。當(dāng)光射野一致性與鎢門位置無(wú)關(guān)時(shí)，微調(diào)Bending F 即可，因?yàn)槠D(zhuǎn)粗調(diào)（Bending C）的調(diào)整會(huì)引起射線質(zhì)的變化，同時(shí)需要注意，不能顛倒驗(yàn)證步驟，機(jī)架角度是基礎(chǔ)，其次是光學(xué)系統(tǒng)驗(yàn)證，最后是鎢門驗(yàn)證。