唐志全 劉仁云 蔣 澤

醫(yī)用高能電子直線加速器一般配置2～3檔X射線能量和6檔電子線能量。在加速波導的末端是因不斷被加速而獲得能量的電子束，將電子束直接引出可以得到電子線治療模式；電子束轟擊重金屬靶則可以獲得相應能譜的X射線，從而得到X射線治療模式。靶裝置密封在靶端真空中；射線種類與能量間的轉化，由靶驅動裝置——驅動靶裝置來完成，靶驅動裝置在真空外。引出的電子束或X射線與治療床面垂直，因此電子束的引出窗和X射線靶面則會與治療床面平行。加速波導與治療床面平行或接近平行，因此需要偏轉磁鐵來改變射線方向；而且因為電子束流能譜的色散原因，偏轉磁鐵還起到消除色差的作用。為了減少照射頭的漏射線，各個結合部還設計了許多鉛鎢合金或不銹鋼屏蔽擋塊。這些都給靶裝置或靶驅動裝置的檢測或維修操作帶來諸多不便，因此靶驅動裝置的檢修一定要操作得當。

1 兩種靶驅動裝置的工作原理分析

瑞典醫(yī)科達Elekta公司的加速器Synergy機型(簡稱E機)，美國瓦里安Varian公司的加速器CL2300CD機型(簡稱V機)。

1.1 E機

E機采用行波加速，電子束流能譜發(fā)散較小，采用90o3級復合消色差偏轉。由于加速管與治療床面呈22o夾角(機架為0o)，因此實際為偏轉112o。3級分別是順時針44o、逆時針44o和順時針112o的滑雪式偏轉。

靶裝置飛行管槍端方向連接波紋管以實現在飛行管整體運動時管內仍然保持真空狀態(tài)，飛行管主體夾在3級偏轉磁鐵的磁極縫隙中，其用于運動的間隙＜0.2 mm，近乎是緊配合結構。在飛行管驅動組件驅動下，飛行管可以在水平面上的槍-靶方向作軸線運動，以實現靶-窗轉換。E機配置3檔X射線，共用一塊鎢-錸-銅的合金靶，電子窗為一薄塊鎳片。

飛行管驅動組件分為A、B兩部分，總體呈“T”字結構。A部分是“T”字的橫，B部分是“T”字的豎。A部分順飛行管的軸向方向安裝在B部分之上，調整前后位置可以調節(jié)飛行管的初始位置。A部分包括直流電機M1、驅動齒輪、從動齒輪和從動輪軸及沿從動輪軸的滑槽?；蹆啥耸俏娱_關SW1(X射線)和SW3(電子束)，從動輪旁是開關SW4。B部分垂直于飛行管的軸向方向安裝在偏轉磁鐵組件上，包括推拉飛行管的“L”形曲臂、彈簧張緊的大于號“＞”形曲臂和電位器RV1。繼電器PLA1和PLA3變換電壓極性實現電機正轉或反轉，電機旋轉時帶動從動輪軸旋轉，從動輪軸旋轉帶動微動開關壓合桿及“L”臂頂端沿滑槽運動。從動輪旋轉一圈，聯動凸杠將會壓合SW4閉合從而使電機停止轉動?！癓”臂長臂頂端的滑動使“L”字平面以底部的“橫”為軸進行旋轉，使位于飛行管軸線上的“L”字倒鉤短臂沿飛行管軸線運動，同時將倒鉤短臂的推拉力放大。對應于“L”臂長臂頂端兩個端頭位置，倒鉤短臂有兩個位置，分別對應于飛行管內的靶-窗中心，因此飛行管在軸向上的運動行程是靶-窗中心點間的距離，飛行管向槍端縮回是X-線靶位，向靶端拉出是電子束窗位。微動開關壓桿在滑槽兩端壓合至SW1和SW3時，指示當前靶位。SW1、SW3和SW4的編碼生成Item 200 TARG TYPE，指示靶類型。“＞”型曲臂被飛行管槍端法蘭盤推動使電位器RV1與飛行管位置聯動，電壓值編碼后生成item 262 TARGET CHK，用于監(jiān)測靶位置是否到位。

由于設計上的原因，拆裝飛行管驅動組件的步驟繁瑣且需要非常仔細∶①吊起并移開整個機頭組件；②完全排水并拆卸飛行管和偏轉磁鐵上的冷卻水進出水管；③進行去真空處理；④拆開飛行管與波紋管接頭；⑤移出飛行管；⑥吊起并移出偏轉磁鐵組件；⑦從偏轉磁鐵組件上拆下飛行管驅動組件。逆順序回裝各組件時，需要加水排氣泡和抽真空處理。

1.2 V機

V機采用駐波加速，電子束流能譜發(fā)散很寬，必須是270o3級復合消色差偏轉。加速管與床面平行，所以3級偏轉分別是3個逆時針90o。靶驅動裝置位于電子束流進入1級偏轉前的上方空位（機架為0o）。

V機配置2擋X射線，分別配備2塊不同的合金靶，低能靶較薄而高能靶較厚。電子線模式時靶塊完全縮回，電子束直接從靶下方的鈹窗射出。靶端伸進的第一塊靶是低X射線，繼續(xù)伸進的第二塊靶為高X射線。靶裝置共3個位置，缺損位置為電子線和零模式（No Mode）。

靶驅動機械總體呈“工”字形結構，上端一橫是圓形不銹鋼引導棒及其軸承外套，下端一橫是氣缸軸和氣缸套，引導棒的軸承外套與靶組件的安裝臂一體呈“T”字形。豎直安裝臂由螺帽固定在氣缸套上，氣缸套運動時帶動靶裝置安裝臂和軸承外套滑動，在推拉靶時保證運動軌跡平行于引導棒。靶裝置組件的遠靶端固定于安裝臂上并密封真空，通過波紋管的伸縮實現靶塊在真空內運動。固定引導棒后，靶位置監(jiān)測微動開關組固定在引導棒最左端不動，3個開關的壓合桿隨軸承外套而運動。氣缸活塞軸螺絲桿旋進固定的調節(jié)扣的絲套內，通過調節(jié)絲桿旋進的深度調節(jié)氣缸套的初始位置，使電子束擊于靶中心。氣缸活塞軸螺絲桿用螺帽固定于調節(jié)扣的絲套內。

氣缸是一種3位置雙活塞氣缸，每個活塞均為4重鋁合金環(huán)與缸套緊配合、雙重腈綸密封環(huán)密封。雙活塞間距固定，中間固定于缸套之上的三位置適配器。

當壓縮空氣從氣缸的E(電子)孔輸入時，空氣進入X-1(高X射線)端活塞與適配器間的缸腔，活塞右移(實際是缸套左移)至X-2端的活塞與適配器相碰，即缸套左端，此為靶位置的電子束位置，靶塊完全拉出電子束流路徑。

當壓縮空氣從氣缸的X-1孔輸入時，由于X-2端的缸腔無壓力，缸套右移至X-1端的活塞與適配器相碰，此為靶位置的高X射線位置。

當壓縮空氣從氣缸的X-2孔輸入時，分為兩種情況。若從電子線變換到低X射線位置，此時X-2端的缸腔逐步加壓，由于雙活塞間的最大氣壓導致缸套逐漸右移至X-2端缸腔而達到最大氣壓，此時為中間位置；若從高X射線位置變換到低X射線位置，由于X-1端缸腔無壓力，使缸套逐漸左移。由于雙活塞間的最大氣壓，當X-2端缸腔達到最大氣壓時，也位于中間位置。

氣缸由兩個相同的24 V直流電磁閥L2和L3供氣推動。電磁閥為4個氣孔∶進氣孔(IN)，排氣孔(EXH)，閥控輸氣孔1和2。電磁閥通斷電的氣孔邏輯見表1。

表1 電磁閥通斷電的氣孔邏輯

電磁閥L2和L3的通電、斷電由控制命令將J81-8和J81-10接地來完成。靶位置與電磁閥通電、斷電邏輯見表2。

表2 靶位置與電磁閥通斷電邏輯

電磁閥L3與L2是級聯關系，L3的進氣孔IN連接L2的輸氣端1，壓縮空氣從L2的IN端引入。當電磁閥L2斷電，L3通電時，L2僅為1孔輸出，而L3為2孔輸出，即氣缸的E孔輸入，即為靶位置的電子束位置。直到兩活塞間壓力達到最大壓力時，后續(xù)空氣從L3的排氣孔EXH排出。當電磁閥L2通電、L3斷電時，L3的進氣孔IN端無輸入，L2的2孔輸出給氣缸的X-2孔，此為低X射線位置。當L2、L3均斷電時，氣路從L3的1孔輸出給氣缸的X-1孔，即為高X射線位置。

微動開關組的S0，S1，S2分別提供高X射線、低射線X和電子束的靶位置連鎖，如果未被壓合到地電平，則出現TARG靶連鎖。

2 兩種靶驅動裝置的比較

兩種加速器的靶驅動裝置動力特征分明，E機和V機分別為電動和氣動。實現電子束流在真空中轟擊靶的措施均采用可伸縮的波紋管。E機驅動飛行管整體平移使得X射線靶、電子窗完全分開，X射線不經過電子窗，維修時需進行去真空和抽真空處理；V機僅驅動靶塊移動，作為引出窗的電子窗固定，X射線經過電子窗，維修時不涉及真空處理。E機的X射線多能同靶，而V機的X射線則為一能一靶。

3 故障現象、排查與維修

3.1 E機

3.1.1 故障現象

選擇電子束模式，同時出現item 200 TARG TYPE與item 262 TARGET CHK連鎖。反復轉換數次后，item 200消失，而item 262卻不能消除。

3.1.2 排查與維修

進入維修模式，屏蔽item 262連鎖項目，用6X出束試驗，劑量率降低。說明電子束沒有擊在靶中心位置。此時將機架旋轉至180o，拆卸防碰環(huán)，拆卸旋轉機頭與左右內臂罩殼。拆下內臂保護板，露出靶驅動裝置的A部分，在X射線和電子束模式間轉換，觀察緊固螺釘、電機運動、微動開關壓合情況，均無異常。由此初步判斷為推拉飛行管的倒鉤短臂機械有異常，在電機旋轉齒數正常的狀態(tài)下飛行管仍然不到位。

根據原理分析，需要拆卸偏轉磁鐵組件。此步驟工序復雜且工作量大，需要操作仔細得當，步驟如下。

⑴將加速器機架置于90o，拆卸外臂罩殼和外臂鎢屏蔽塊，并為所有擋塊和支撐托架做好標記，以便回裝還原。用水平尺將機架準確旋到180o以方便起吊與回裝。安裝旋轉鼓架支撐鋼條和鎖緊鋼條；射野鎢門關閉到小野并安裝4個吊環(huán)螺栓；將治療床轉至90o并將床面轉至90o；關閉ICCA電源；拆卸內臂防護窗內靠近飛行管的鉛塊與支撐托架；拆卸所有連接準直器電纜的接頭；用24 mm扳手拆卸準直器周圍的鉛和鎢屏蔽塊直至機頭可以垂直起吊并露出3個M16的固定螺帽。移動龍門架將吊葫蘆置于機頭正上方，穿扁平尼龍吊帶于吊環(huán)螺栓，將機頭保持水平而垂直吊起，平移機頭至其它處地面的木方上。此時露出飛行管，用靶罩罩住靶端。

⑵完全釋放內循環(huán)冷卻水至水壓為0，搬下WATER PUMP水泵電源開關。拆卸飛行管上的供水和回水管。逐層拆卸各位置屏蔽塊和磁鐵鋼板。搬下濺射離子泵VACUUM電源開關，準備鋼瓶壓力＞14 bar，純度＞99.9%的高純干燥氮氣。準備新的清潔塑料袋，并加氮氣后用手擠癟預沖洗。拆卸真空端頭防塵罩，將氮氣袋口緊握在接頭上，慢慢旋開連通閥，袋中氮氣逐漸進入真空腔內，直至氮氣袋完全凹癟，關閉連通閥。再裝氮氣加入真空腔，直至氮氣袋不再凹癟，關閉連通閥。回裝防塵罩。拆卸飛行管與波紋管的法蘭盤接頭脫開飛行管，波紋管很脆弱，注意避免損壞造成真空泄漏。準備小袋氮氣，用橡皮筋將袋口緊扎在波紋管法蘭盤盤口，以免室內空氣水蒸氣進入。至此完成去真空處理并可取出飛行管。

⑶手動飛行管法蘭盤接頭處使飛行管在滑槽中滑動，發(fā)現滑動不暢，有明顯阻滯滑動的位置。反復滑動摩擦，以便容易拿出飛行管。用細繩套住飛行管銅水管，反復垂直向上提拉，直至將飛行管提出磁極間滑槽。

⑷手動L臂長臂頂端并給倒鉤短臂阻止力，在長臂運動到滑槽極限時，倒鉤短臂已不在“L”字平面，即倒鉤短臂滯后一角度，其推拉點的行程已經縮短，致使飛行管不到位?；仡櫾颍捎诒緳C配置Beam Modulator多葉光柵(等中心投影4 mm寬)，日常治療從不使用電子線，飛行管銅表面因發(fā)熱及潮氣影響銹蝕而與磁極縫隙粘連，在作電子線質量保證時，倒鉤短臂無法推動飛行管，致使短臂軸承部分粉碎，導致短臂與長臂不在同一平面。

拆卸4根偏轉磁鐵冷卻水管及所有接到偏轉磁鐵組件的電纜線，將2個吊環(huán)螺栓安裝到磁鐵鋼板的左右兩側吊環(huán)孔位，并將偏轉磁鐵組件保持水平而垂直吊起再平移它處置于木方之上。

將飛行管放回滑槽，反復前后滑動直至滑動順暢，再取出飛行管，用干凈的無棉布將滑槽和飛行管滑動處擦拭干凈。從偏轉磁鐵組件上拆下驅動組件B部分并換上新件，將偏轉磁鐵組件回裝，注意組件保持水平并垂直落下且對準定位銷釘和3個緊固螺栓。將飛行管回裝到位，與波紋管接頭處用新的O型密封圈，緊固螺栓時保持不扭曲波紋管。然后手動電機齒輪使L臂滑動進行靶塊位置預調整，注意靶塊上的小園凹面是電子窗，左右定位銷釘中心連線幾乎是管內電子束流中心，壓桿滑動到靶端壓合微動開關時，靶塊小圓凹面中心正好在定位銷釘中心連線，若不是則松開固定A部分的2顆安裝螺釘，前后移動A部分直到對準為止。檢查機械真空泵狀態(tài)與性能，試驗前級管道自抽時10 min之內應下降到5 mtorr。將連接管連接到真空接頭緊固，預抽連接管2 min后慢慢反時針旋開真空腔連接閥抽真空，注意觀察真空壓力表，通常10 min后壓力表指示就會低于10 mtorr，如果到達10 mtorr的時間過長則說明真空系統(tǒng)可能已經泄漏，特別是本次維修動到過靶端的波紋管可能因操作不當造成泄漏。確認波紋管無泄漏后，依次回裝水管、電纜、屏蔽塊及磁鐵板，注意檢查偏轉磁鐵電纜有無因吊裝過程造成的絕緣破損。然后回裝機頭，注意對準定位銷釘和緊固螺栓且機頭保持水平落下。加內循環(huán)水，推上WATER PUMP開關，排完氣泡，給機器通電。當壓力表指示低于5 mtorr時，關閉真空連接閥，將機械真空泵換成渦輪分子泵。分子泵完全工作后，搬上VACUUM開關，觀察i227槍端真空和i228靶端真空，如果顯示值惡化，則搬下VACUUM開關，繼續(xù)單獨使用分子泵。直至搬上VACUUM開關后，真空顯示值在逐漸改善，則保留離子泵和分子泵一起工作。當真空度顯示值＜-5.00(真空度優(yōu)于10-5torr)時，按步驟移去分子泵，抽真空結束。加載6 MV的X射線試驗，微調飛行管驅動組件A部分的前后位置，直至劑量率達到最大。作對稱性與平坦度檢查，符合標準則完成了靶驅動裝置的維修。

3.2 V機

3.2.1 故障現象

頻繁出現TARG靶連鎖，能量之間多轉換數次可以消除靶連鎖，且連鎖消除后束流正常。

3.2.2 排查與維修

將加速器機架旋轉至270o，放入機架安全銷釘，拆除屏蔽塊，轉換能量，觀察引導棒軸承外套的運動。在無TARG連鎖時，微動開關壓合桿正好壓合相應微動開關。當出現TARG連鎖時，引導棒軸承外套不到位，使微動開關壓合桿離開微動開關還有一定距離。

試驗說明微動開關本身及其位置均正常，屬于靶裝置確實不到位。繼續(xù)轉換能量試驗，同時給引導棒軸承外套一同方向外力，則每次轉換均能到位。檢查壓縮空氣壓力，壓力設定在50 psi(每平方英寸磅)屬正常。檢查氣閥L2、L3通斷電邏輯，氣閥正常。可以判定，氣缸活塞密封環(huán)因磨損可能已經有漏氣，更換氣缸。

將加速器機架旋轉至90o，拆除屏蔽塊，關閉立架控制電源S2，拔下Collimator Patch Panel板，放盡壓縮空氣。此時可看到并操作靶裝置安裝臂固定螺帽、氣缸活塞軸固定螺帽和氣缸。標記并拔下氣缸上的3根進氣管。盡量松開氣缸活塞軸固定螺帽，在活塞軸螺絲上沿絲套外壁作標記?；钊S上有一段四方棱用于扳手操作，反時針旋轉活塞軸讓活塞軸縮進氣缸，直至活塞軸螺絲完全脫出絲套。抓住氣缸，松開靶裝置安裝臂固定螺帽，慢慢將氣缸拿出，注意避開電纜、水管等管線。測量活塞軸螺絲上標記段的長度，在新氣缸上作同樣長度的標記，初步確定靶裝置的初始位置。將靶裝置安裝臂固定螺帽、活塞軸固定螺帽分別旋進新氣缸上的相應螺絲處，拿住氣缸到位，旋緊靶裝置安裝臂固定螺帽，將氣缸固定。將活塞軸螺絲旋進絲套至標記處，注意應該輕松旋進，否則松開靶裝置安裝臂固定螺帽并適當調整氣缸位置使活塞軸與氣缸圓筒同軸。旋緊靶裝置安裝臂固定螺帽及活塞軸固定螺帽。然后接上氣缸的3根進氣管，用水平尺確認將機架精確旋轉至0o，用適當儀器（Mapcheck二維半導體陣列劑量儀）檢查6X的軸向對稱性，若不符合標準，松開活塞軸固定螺帽并適當調節(jié)活塞軸螺絲旋進深度，重新測量，直至軸向對稱性符合標準。至此完成靶驅動氣缸的更換。

4 結語

靶驅動裝置的驅動原理并不復雜，但因為靶驅動裝置構造是適配于加速器的整體構造而形成的，機械結構都很獨特，因此給原理分析造成一定困難。如果做到原理清晰，不僅可以在操作過程中少走彎路，使故障排查目標明確、流程清晰、操作得當，而且能保證維修后機器的射野特性符合質量保證標準。

加速器的晨檢必不可少。雖然操作規(guī)程要求每天開機的預熱和逐個能量的預出束，但因機器繁忙、任務量大，許多單位往往略去晨檢步驟。如果堅持晨檢，E機的故障是完全可以避免的。

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