張炳昌 毛東月 趙文杰 王燕妮 青島市市立醫(yī)院 （山東 青島 266011）

內(nèi)容提要： 本文介紹了Varian 23EX直線加速器的劑量檢測系統(tǒng)工作原理，列舉了三例故障檢修實例并分析了故障產(chǎn)生的原因，介紹了該系統(tǒng)出現(xiàn)故障聯(lián)鎖時的維修思路及處理方法。

隨著高科技在醫(yī)療技術(shù)中的普遍應(yīng)用和快速發(fā)展，人體各部位腫瘤得到及時診斷，治療腫瘤的方式方法也更為先進和科學(xué)，同時其治療的標(biāo)準和要求也越來越高，醫(yī)用直線加速器作為用來實現(xiàn)遠距離精確放射治療腫瘤的必備大型醫(yī)用設(shè)備在國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)中得到了普遍配置和應(yīng)用，而Varian23EX醫(yī)用直線加速器又是近年來國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)中最常用的主流機型，如何充分做到其使用過程中的及時維護和有效保障，是醫(yī)療設(shè)備維護工程技術(shù)人員面臨的一個非常重要的問題[1]。該機技術(shù)資料和常規(guī)備用部件齊全，維護工程技術(shù)人員很有必要也有能力掌握其維修方法，本文介紹了該機型劑量監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理和三例典型故障分析與處理方法，供同道們參考。

1.劑量監(jiān)測控制系統(tǒng)工作原理

如圖1所示，Varian 23EX直線加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)有兩套獨立的劑量監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測射線劑量信息，以提高系統(tǒng)的準確性和安全性。每套劑量監(jiān)測系統(tǒng)又分為徑向和橫向劑量監(jiān)測通道，分別主要由電離室及配套電路、差分放大電路、積分電路、采樣保持電路、電源和顯示電路等組成。劑量監(jiān)測的原始信號來自電離室，電離室內(nèi)層的D形板和外層的弧形板，上收集板和下收集板的信號分別與徑向與橫向偏轉(zhuǎn)磁場相關(guān)，電離室的半圓電極A、B和半圓電極C、D分別提供徑向和橫向信號，兩路500V電源為分別給獨立的兩套收集板提供陽極電源電壓。當(dāng)射線穿過電離室時，電離室的電極間會產(chǎn)生電離電流，電離室電極的電流信號首先經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后經(jīng)放大器A1、A2和A5、A6進行放大，再由加法器A3和A7對其求和，提供給控制臺計算機作為對兩個通道的劑量率和積分劑量進行限制、控制和數(shù)據(jù)顯示，這是兩個完全獨立的劑量率和積分劑量通道，每個通道都可控制中止預(yù)設(shè)的出線，或當(dāng)兩個通道差10%個以上機器單位時中止出線。

圖1. 劑量監(jiān)測系統(tǒng)電路框圖

射線劑量分布對稱性和均勻性的實時監(jiān)測是由電離室的E、F外圍電極板輸出的信號是徑向位置偏轉(zhuǎn)信號，控制射線相對于均整器中心位置的徑向位移，該信號由放大器A 9、A 10放大，經(jīng)差模信號處理器A13處理送到后面的采樣保持電路進行實時采樣檢測。電離室的A、B半圓電極來的信號是徑向角度偏轉(zhuǎn)線圈的信號，該徑向角度信號控制電子線相對均整器中心和X線靶的徑向發(fā)散角度，由放大器A 1、A2放大，經(jīng)差模信號處理器A4差分處理送到后面的采樣保持電路進行實時采樣檢測。以上兩路徑向角度和位置偏轉(zhuǎn)的信號傳遞給控制臺計算機限制、控制和顯示徑向射線的對稱性均勻性信息數(shù)據(jù)，當(dāng)兩路中任何一路徑向?qū)ΨQ性均勻性信息數(shù)據(jù)超過設(shè)定的數(shù)據(jù)范圍時就中止出線。另外一套電離室的G、H外圍電極板輸出的角度和位置非對稱信號，經(jīng)A 8、A 14差分放大器及其采樣保持電路輸出，用于限制、控制和顯示橫向平面的對稱性均勻性數(shù)據(jù)信息，電離室的電極板E、F和G、H信號都是實時監(jiān)測射線對稱性均勻性數(shù)據(jù)信息的。

2.故障實例

2.1 故障現(xiàn)象一

剛開始出故障晨檢冷機時頻報UDRS劑量率低故障聯(lián)鎖，檢修過程中發(fā)現(xiàn)，還偶爾出VAC2故障聯(lián)鎖，后該VAC2故障聯(lián)鎖越來越頻。從維修模式觀察各真空泵電流數(shù)據(jù)，電子槍真空電流基本橫定為0.5微安，加速管真空泵電流在600～800多微安之間變化，比正常電流數(shù)值高且非常不穩(wěn)定[2]。

2.2 故障分析與檢修

機器頻報UDRS劑量率低故障聯(lián)鎖，引起該故障聯(lián)鎖的原因很多，且指向性不明確，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的故障現(xiàn)象，開始偶爾報VAC2故障聯(lián)鎖，后該VAC2故障聯(lián)鎖越來越頻，故懷疑因真空度不夠引起，瓦里安23EX型直線加速器可通過維修模式觀察加速管和電子槍真空泵的放電電流來檢測加速管內(nèi)的真空度。當(dāng)加速管真空泵電流達到數(shù)百微安甚至毫安級時說明真空度不夠，根據(jù)該機型設(shè)計，當(dāng)電子槍真空泵電流超過50微安或加速管真空泵電流超過700微安時控制臺計算機會報VAC2故障聯(lián)鎖，停止出線。

根據(jù)觀察到的各真空泵電流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)加速管真空泵明顯比電子槍真空泵電流高，表明機器檢測到加速管部分比電子槍的真空度差，因此首先判斷加速管真空泵效率低或有污染，用小電流10kV高壓加到加速管真空泵上進行多次瞬間沖擊試驗，加速管真空泵電流可降到100微安左右，使用2～3d后又上升到600多微安，控制臺計算機又報VAC2故障聯(lián)鎖。更換真空泵電源板和控制電路板，故障依然。最后更換新的加速管真空泵，觀察其真空電流在熱機時達320微安左右，再觀察晨檢時在80微安左右，該數(shù)據(jù)表示加速管真空度不夠，可能其某處有微漏，用丙酮涂抹進行測漏，當(dāng)檢查到BMAG出線輸出窗口時，加速管真空泵電流從320微安快速下降到90微安，表明真空度明顯提高，且還有持續(xù)改善的趨勢，由此判斷此處極有可能有漏，用進口專用真空密封膠封堵，加速管真空泵真空電流下降到10個微安，電子槍真空泵電流也下降到0.2微安，故障徹底排除。

因機器剛開始出故障時頻報UDRS劑量率低故障聯(lián)鎖，在前期的檢修過程中也走了一些彎路，發(fā)現(xiàn)出VAC2故障聯(lián)鎖后才找到了故障根源。

2.3 故障現(xiàn)象二

機器在正常治療過程中突然停電，控制臺計算機報ION2電離室故障聯(lián)鎖，關(guān)機重開后該故障聯(lián)鎖有時能消失有時不能消失，嚴重影響治療質(zhì)量和效率，無法正常工作。

2.4 故障分析與檢修

瓦里安23EX型直線加速器設(shè)計有ION1和或ION2兩個電離室故障聯(lián)鎖，根據(jù)其VACION POWER SUPLLY部分電路圖，分析ION1和或ION2產(chǎn)生的原因，可能因電離室高壓電源引起，當(dāng)該高壓電源電壓不正常時，控制臺計算機會報電離室（ION1和或ION2）故障聯(lián)鎖。Varian 23EX機型加速器配有兩套獨立的橫向和徑向電離室，根據(jù)停電后才發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)ION2故障聯(lián)鎖這一現(xiàn)象，判斷故障在真空泵電源部分。查閱該部分電路原理圖，首先由±12V兩路低壓直流電源分別經(jīng)過電阻R4、R5和RT6、RT7后，分別輸入到DC-DC變換器PS4和PS5的1、3腳，再經(jīng)PS4和PS5的2、4腳輸出500V高壓，給電離室提供陽極電壓。每一路500V陽極高壓電源有分別有兩路負載，一路是R27、R28，另一路經(jīng)濾波后加載到電離室陽極，該陽極電壓經(jīng)電阻R24、R25和R23、R26分壓后輸出5V采樣電壓，分別送至VACION CONTROL低壓電路板比較器U4（LM 337）的5和7腳，進行實時監(jiān)測。若檢測到的該采樣電壓低于4V，則比較器U4的1腳或2腳輸出高電平，工作狀態(tài)指示燈DS11或DS12不亮，由光電耦合器U1（ILQ-2）的10或11腳輸出ION1或ION2故障聯(lián)鎖信號，送到控制臺計算機。懷疑DC-DC變換器不良，分別測量變換器PS4和PS5的輸入端和輸出端電壓，發(fā)現(xiàn)輸入端都是23.8V，PS4輸出為502V，PS5輸出端為16V，正常應(yīng)為500V，將DC-DC變換器PS4和PS5進行交換，并同時測量該變換器的輸入輸出端電壓，開機后控制臺計算機報ION1故障聯(lián)鎖，斷定PS5損壞，換上新的DC-DC變換器PS5，故障徹底解決[3]。

2.5 故障現(xiàn)象三

機器前期工作一直正常，晨檢時發(fā)現(xiàn)，自檢通過后，按Beam ON出線鍵，報EXQ2故障聯(lián)鎖，不出線。

2.6 故障分析與檢修

根據(jù)瓦里安23EX型直線加速器設(shè)計，出線時機器出現(xiàn)EXQ2故障聯(lián)鎖，說明機器檢測到射線的橫向?qū)ΨQ性超過±2%的允許范圍偏差。分析EXQ2聯(lián)鎖產(chǎn)生流程，橫向?qū)ΨQ性原始電流信號來自電離室的G、H外圍電極板，分別送到電路板B20（Transverse Beam Position Serve PCB）的電流電壓轉(zhuǎn)換器U1、U2（AD547），轉(zhuǎn)化成電壓信號，分別從U1、U2的3腳輸出，送到差分放大器U3（AD547）的2、3腳，經(jīng)U3的6腳、U4（TL074）的1腳、U7（DG441）的3腳、U4的7腳到該電路板P1接口的16腳輸出，送到電路板B18（Symmetry & Excess Q/Pulse PCB）P1接口的11腳，又陸續(xù)經(jīng)放大器A5、A6、A7（uA741）和三極管Q10、Q9、Q11電壓放大整形后，由電路板B18P1接口的7腳輸出到電路板B1（Input I/F#1 PCB），正常時該信號為-12V時，當(dāng)報EXQ2故障聯(lián)鎖時，該信號為0V。為確認故障點出在劑量監(jiān)測系統(tǒng)還是射線束流控制系統(tǒng)，進入機器維修模式，將EXQ2故障聯(lián)鎖關(guān)掉后，觀察射線的對稱性偏差，發(fā)現(xiàn)射線的對稱性偏差并未達到設(shè)計的2%以上，屬錯誤報警信息，故障位置應(yīng)在劑量監(jiān)測系統(tǒng)本身。測電路板B18P1接口的7腳電壓為0V，觀察該電路板上的C22狀態(tài)指示燈亮，說明故障點在放大器A7之前，測放大器A5的3腳輸入電壓為1.3V，正常應(yīng)為0V，懷疑該級信號的前端電路板B20（Transverse Beam Position Serve PCB）有問題，因為有該電路板的備用板，直接更換該電路板，故障消除[4]。等治療完患者后，再查B20電路板上的故障，測放大器U1、U2、U3、U4的輸入輸出腳電壓，未發(fā)現(xiàn)明顯錯誤，當(dāng)檢測U7時發(fā)現(xiàn)其輸入輸出的2、3腳電壓明顯不同，該集成電路是多路復(fù)用選擇模擬開關(guān)，更換同型號的U7（DG441）后，B20電路板修復(fù)。

引起EXQ1和EXQ2故障聯(lián)鎖的主要原因出在劑量監(jiān)測系統(tǒng)和射線束流控制系統(tǒng)這兩個部位上，射線束流控制系統(tǒng)故障也引發(fā)EXQ1和EXQ2故障聯(lián)鎖，特別是射線束流控制系統(tǒng)中核心控制部件PWM電路板故障率也比較高，出現(xiàn)故障聯(lián)鎖后迅速辨別這兩個系統(tǒng)的故障部位是關(guān)鍵[5]。

3.總結(jié)

瓦里安23EX型直線加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)故障的原因很多，在維修前對其工作原理和設(shè)計做到充分了解和系統(tǒng)分析尤為重要，另外工作人員平時應(yīng)及時地發(fā)現(xiàn)加速器劑量監(jiān)測方面的故障聯(lián)鎖，應(yīng)及時解決。