瓦里安Trilogy直線加速器GFIL聯(lián)鎖的原理及故障處理

龍亮，阮康植，鐘思瑤，吳其弟，黃殿毅

1 廣東省人民醫(yī)院·廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院放療科 (廣東廣州 510080)；2 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京潞河醫(yī)院放療科 (北京 101100)

放射治療在腫瘤綜合治療中的作用和地位日益突出，是臨床治療惡性腫瘤患者的重要方法之一。醫(yī)用直線加速器是醫(yī)院最常見的放療設(shè)備[1]。我院于2012年使用瓦里安Trilogy高能直線加速器開展調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)、立體定向放射治療(stereotactic body radiation therapy，SBRT)等主流治療技術(shù)，每天需持續(xù)開機(jī)數(shù)十小時，故在機(jī)器使用期間對其進(jìn)行檢修維護(hù)就顯得尤為重要?；仡櫸以壕S修記錄發(fā)現(xiàn)，GFIL與MLC聯(lián)鎖發(fā)生頻率較高，對臨床診斷效率的影響較大。其中，MLC聯(lián)鎖因其功能特點(diǎn)，故障發(fā)生多與葉片配備的電機(jī)、絲桿和T-Nut螺母的耗損相關(guān)，故障處理相對簡單[2]。而觸發(fā)GFIL聯(lián)鎖的原因則復(fù)雜多樣，在數(shù)字式電子槍驅(qū)動器中，電子槍控制器檢測到的任何故障都可啟動此安全聯(lián)鎖。大量的檢修報道和經(jīng)驗顯示，GFIL聯(lián)鎖故障跟電子槍有著緊密的聯(lián)系[3-5]。本研究主要對Trilogy直線加速器發(fā)生GFIL聯(lián)鎖故障的原理、檢修思路和處理方法進(jìn)行闡述，從而為醫(yī)院工程師快速排除GFIL聯(lián)鎖故障提供參考，進(jìn)一步提高日常維修效率和質(zhì)量，降低維護(hù)成本，同時減少因電子槍發(fā)射系統(tǒng)故障引起的設(shè)備故障進(jìn)而給臨床治療帶來的影響。

1 三級(柵控)電子槍發(fā)射系統(tǒng)工作原理

Trilogy直線加速器采用三級(柵控)電子槍發(fā)射系統(tǒng)的控制電路主要由冷端和熱端2個部分構(gòu)成[6]。冷端由電源板(PCB ASSY，POWER SUPPLY)、AFC槍脈沖控制板(PCB ASSY，AFC & GUN PULSE CONTROL)、槍控制板(PCB ASSY，GUN CONTROL A4)、高壓電源板(GUN HV POWER SUPPLY)、光纖接口(OPTICAL INTERFACE)通過對應(yīng)連接器和引腳與冷端控制背板(PCB ASSY，CONTROL DECK BACKPLANE)集成。熱端則由燈絲電源板(PCB ASSY，HOT DECK FILAMENT P.S.A11)、槍驅(qū)動脈沖板(PCB ASSY，GUN DRIVER PULSER)、低壓電源板(LOW VOLTAGE POWER SUPPLY)以及熱端背板(PCB ASSY，HOT DECK BACKLANE)組成。冷熱兩端存在25 kV電位差，因此使用T1變壓器進(jìn)行隔離，同時通過T1變壓器將120 VAC降壓并輸出8 V的交流電經(jīng)整流橋整流成直流，并將其分別送至電子槍燈絲和燈絲電源板檢測電路。當(dāng)給燈絲柵極施加1個正電壓脈沖，燈絲陰極施加1個負(fù)高壓脈沖時，陰陽兩極會直接形成強(qiáng)脈沖電場，然后AFC槍脈沖控制板對脈沖相位、頻率以及寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可使電子加速并改變電子發(fā)射數(shù)量，實(shí)現(xiàn)輸出劑量率的變化。冷熱兩端之間的通信由J10～J17共7根光纖相連實(shí)現(xiàn)。

GFIL聯(lián)鎖故障檢測電路主要監(jiān)測2個參數(shù)，即燈絲電壓和柵極電壓。燈絲電壓信號由熱端燈絲電源板上的2塊RMS-DC轉(zhuǎn)換器(U6、U9，AD736JN)監(jiān)測，然后再經(jīng)運(yùn)放(U8，TL074B)放大輸入至相位控制芯片(U7，TCA785)，最后控制雙向可控硅(U10，MAC15A6)導(dǎo)通；另一路信號由串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器(U2，TLC1541IN)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并通過光纖J13傳回冷端槍控制板。柵極電壓由槍驅(qū)動脈沖控制板的輸入信號在P1-1A和P1-1C端通過CR6整流橋產(chǎn)生負(fù)的偏置參考電壓，控制電子槍工作。另一組信號則由P1-5A和P1-5C端通過CR7整流橋產(chǎn)生正的參考電壓，經(jīng)R34輸出，最終輸出到槍的柵極。

2 維修思路與故障分析

2.1 基本思路與方法

若加速器在治療的過程中報GFIL聯(lián)鎖，使束流被中斷時，工作人員應(yīng)遵循以下步驟展開故障排查：第一步，在Communication模式下的Morning Check和Event Log中查看產(chǎn)生GFIL聯(lián)鎖時相應(yīng)能量下的燈絲電流(GUN I)和燈絲電壓(GUN V)與正常晨檢時的參數(shù)；第二步，讀取冷端槍控制板錯誤代碼，查閱瓦里安數(shù)據(jù)手冊(NO.100051345-01)[7]，判斷觸發(fā)GFIL聯(lián)鎖的可能原因；第三步，根據(jù)錯誤代碼逐一進(jìn)行測量排查，首先通過假負(fù)載代替槍并在熱端測量TP3和TP4的電壓值，由此判斷是電子槍本身故障還是槍控制電路的故障，在確認(rèn)電子槍正常后，再進(jìn)一步根據(jù)每塊電路板的功能和信號流，通過板上的測試點(diǎn)判斷是否需要更換電路板或其他元器件。

2.2 故障一

2.2.1故障現(xiàn)象

加速器在使用6 MV光子線進(jìn)行治療的過程中多次報GFIL聯(lián)鎖，中斷出束，控制臺按ENTER鍵可以暫時消除。

2.2.2故障分析與維修

首先，在Communication模式下查看Morning Check和Event Log發(fā)現(xiàn)6 MV光子線的槍高壓僅-14.98 kV(參考值為-16 kV)，故分析導(dǎo)致該故障的原因與槍高壓或其控制電路有關(guān)；其次，預(yù)防性打開加速器臂架外殼，GFIL再次出現(xiàn)時讀取到槍控制板(GUN Controller PCB)信息顯示RUN OK 2，在重新設(shè)置槍高壓時槍控制板報錯EE P ROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，重啟槍控制板問題依然存在，推測是U3、U4 兩塊微處理器經(jīng)過長時間的輻照被損壞導(dǎo)致槍控制板無法進(jìn)行信息寫入和存儲，更換槍控制板，并重新設(shè)置燈絲電壓Fil V以及各能量柵極電壓GRID和高壓HV的真實(shí)值與閾值，設(shè)置的6 MV光子線的槍高壓并測得值為-16.01 kV，EE P ROM報錯代碼消失，但GFIL聯(lián)鎖依然存在；再次，為了徹底解決故障，進(jìn)一步通過設(shè)置6 MV光子線的不同槍高壓值并測量實(shí)際電壓值，發(fā)現(xiàn)槍高壓在達(dá)到-12.02 kV之后便會觸發(fā)GFIL聯(lián)鎖，而在-10.97 kV時GFIL聯(lián)鎖便消失，因此推測是槍高壓電源的高壓自檢電路出現(xiàn)了問題，自檢電壓值與實(shí)際測量值存在偏差導(dǎo)致GFIL聯(lián)鎖，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)報錯代碼為HVPS LOW的問題，重新訂購高壓電源更換并重新進(jìn)行設(shè)置；最后，調(diào)整射線劑量率，機(jī)器恢復(fù)正常。

2.3 故障二

2.3.1故障現(xiàn)象

加速器在治療過程中報GFIL聯(lián)鎖無法消除。

2.3.2故障分析與維修

首先，在Communication模式下查看Morning Check和Event log發(fā)現(xiàn)GUN I與GUN V均正常，打開加速器臂架外殼，讀取冷端槍控制板故障代碼顯示為HD A/D +，由此可知是熱端燈絲電源板ADC自檢超過上限；其次，然后對熱端燈絲電源板上的TP2、TP4的測試點(diǎn)進(jìn)行測量，電壓分別為+4.915 V和+15.75 V，均正常，因此確認(rèn)是燈絲電源板上的ADC電路出現(xiàn)問題，分析是該板上的串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器(U2，TLC1541IN)在高溫高輻射環(huán)境中被損壞；再次，更換燈絲電源板后，故障代碼消失，GFIL聯(lián)鎖消除，機(jī)器恢復(fù)正常。

2.4 故障三

2.4.1故障現(xiàn)象

在治療過程中偶發(fā)GFIL聯(lián)鎖，控制臺按ENTER鍵可以暫時恢復(fù)。

2.4.2故障分析與維修

首先，查看報錯記錄Event Log中GUN I和GUN V均無明顯偏差，故分析該故障原因與三級槍系統(tǒng)中不穩(wěn)定的電壓有關(guān)，檢查5 V低壓電源和槍高壓HVPS均正常；其次，而在Errors中發(fā)現(xiàn)故障代碼Grid Undervoltage，即槍柵極低電壓，測得Grid數(shù)值為-70.9，同95的正常值相比明顯偏低，Grid數(shù)值異常一般是電子槍問題或傳輸問題(冷端或熱端底板)引起，而熱端地板故障通常會直接導(dǎo)致停機(jī)或者故障時HV為0，因此懷疑是冷端底板出現(xiàn)故障；再次，更換冷端底板后，故障排除。

2.5 故障四

2.5.1故障現(xiàn)象

加速器在治療過程中多次報GFIL聯(lián)鎖最終無法消除。

2.5.2故障分析與維修

首先，查看報錯記錄Event Log中發(fā)現(xiàn)GUN I和GUN V無明顯偏差，但發(fā)現(xiàn)該故障的出現(xiàn)與機(jī)架角度強(qiáng)相關(guān)，故分析導(dǎo)致該故障的原因與穿過機(jī)架的信號線纜有關(guān)；其次，查閱維修手冊可知，有多組信號由Console發(fā)出，通過W15纜線穿過機(jī)架經(jīng)過輔助電子柜再到機(jī)架接口板與槍冷端相連，直接影響熱端燈絲電源板的工作；再次，機(jī)架高頻的運(yùn)動極有可能導(dǎo)致W15線纜磨損過度而影響信號傳輸，因此對W15線纜進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)該線纜在穿過機(jī)架部分處表皮破損，在對W15線纜進(jìn)行更換后GFIL聯(lián)鎖消除，機(jī)器恢復(fù)正常。

3 小結(jié)

瓦里安Trilogy直線加速器的三級(柵控)電子槍系統(tǒng)可為加速器提供穩(wěn)定的電子束流，是加速器的重要部件。我院使用的瓦里安Trilogy直線加速器日常工作負(fù)荷較大，設(shè)備出現(xiàn)GFIL聯(lián)鎖是頻率較高的報錯代碼，并且由于電子槍控制電路的復(fù)雜性，在治療過程中，電子槍燈絲超過程控設(shè)定點(diǎn)的±5%、柵極偏壓高于-68 VDC、118 VAC電源(位于主要組件上)關(guān)閉、槍驅(qū)動器保險絲熔斷或損壞、通信光纖導(dǎo)光以及信號線纜等問題都會報GFIL聯(lián)鎖，可見導(dǎo)致機(jī)器報GFIL聯(lián)鎖的原因較為復(fù)雜，具有多種可能性[8-9]。本研究對瓦里安Trilogy直線加速器電子槍發(fā)射系統(tǒng)以及產(chǎn)生GFIL聯(lián)鎖的原理進(jìn)行了介紹，并回顧性分析了我院發(fā)生的GFIL聯(lián)鎖故障排查過程，以期為維修工程師快速排除GFIL聯(lián)鎖故障提供參考，進(jìn)一步提高日常維修效率和質(zhì)量，降低維護(hù)成本，減少因此給臨床治療帶來的影響。