李 巖，黃禮戰(zhàn)

(解放軍第210醫(yī)院 放射科，遼寧大連116021)

PHILIPS SL-18 直線加速器微波系統(tǒng)故障分析

李 巖，黃禮戰(zhàn)

(解放軍第210醫(yī)院 放射科，遼寧大連116021)

通過直線加速器治療過程中機架旋轉角改變而導致射線束流不穩(wěn)定、劑量率變化現(xiàn)象的測試、檢查和分析，確定故障原因是加速器微波頻率自動控制系統(tǒng)中移相器老化。

微波系統(tǒng)；移相器

微波系統(tǒng)是醫(yī)用電子直線加速器的重要組成部分，其微波產(chǎn)生、微波傳輸、微波器件及微波控制部分的穩(wěn)定性直接關系到直線加速器射線束流的穩(wěn)定性。我院PHILIPS SL-18直線加速器1995年裝機使用后，我們一直十分注重對微波系統(tǒng)的維護。

故障現(xiàn)象：2011年初，我院SL-18直線加速器出現(xiàn)機架角在180°附近出束不穩(wěn)定，劑量率下降的現(xiàn)象。數(shù)周后，加速器出束時劑量率下降所對應機架角范圍不斷擴大，機架角在45°～315°范圍

內出束時頻繁報Phase Err 329，嚴重地影響了放射治療工作特別是適型放射治療工作。

故障檢查：由加速器原理可知，加速器出束時劑量率不穩(wěn)定涉及到高壓脈沖調制系統(tǒng)、電子發(fā)射系統(tǒng)、微波源及微波傳輸系統(tǒng)、微波相位檢測及頻率自動控制系統(tǒng)等。所以，在查找分析故障原因時，按以下步驟進行：

1.首先檢查高壓脈沖調制系統(tǒng)，將高頻示波器連接到加速器MI信號測試端口， 分別在加速器機架角0°和機架角180°時進行6M X線出束，測試磁控管電流波形，對比發(fā)現(xiàn)機架角0°、出束劑量率穩(wěn)定時的MI波形與機架角180°、出束劑量率下降至報錯時的MI波形沒有差別，由此可以判斷高壓脈沖調制系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，不隨機架角位置變化而改變，排除該系統(tǒng)存在故障的可能。

2.檢查電子發(fā)射系統(tǒng)，在加速器機架角為0°時，將Tuner調節(jié)控制項置于手動狀態(tài)進行6M X線出束并調至劑量率最大，記下Tuner posn 431、Gun aim I 581、Slit high 434、Slit low 435的值,再將加速器機架角轉至180°，保持機架角0°時的Tuner值不變，進行6M X線出束，記下Gun aim I、Slit low、Slit high的值，對比發(fā)現(xiàn)槍電流及2個slit值沒有明顯變化，由此可以判斷電子發(fā)射系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，不隨機架角位置改變而改變，排除該系統(tǒng)存在故障的可能。

3.檢查微波源和微波傳輸系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，由于M5028磁控管工作時產(chǎn)生頻率高達3GHz的微波信號，測量微波信號需要使用價格昂貴的高頻微波功率計，由于無法低成本得到高頻微波功率計，用微波二極管與示波器組合來替代高頻微波功率計，對磁控管及加速管中微波功率是否隨加速器機架角旋轉而改變進行判斷。①將微波二極管正極連接在“GUN”端微波信號采集點“RF3”上，微波二極管負極連接在示波器上；將加速器機架角置于0°，Tuner調節(jié)控制項置于手動狀態(tài)，進行6M X線出束并調至劑量率最大，鎖定Tuner posn 431 的值，觀察示波器波形幅值約0.8V；再將加速器機架角轉至180°，用鎖定的Tuner posn 431 值進行6M X線出束，觀察示波器波形幅值約0.8V，與加速器0°機架角出束時比較無明顯變化，由此可以判斷磁控管產(chǎn)生微波時輸出功率穩(wěn)定，不受加速器機架角轉動位置的影響。②將微波二極管正極連接在“CJ”端微波信號采集點“RF4”上(見圖1)，微波二極管負極連接在示波器上；測量方法同上，結果發(fā)現(xiàn)加速器0°機架角出束與加速器180°機架角出束時示波器波形幅值相比較無明顯變化，由此可以判斷微波源和微波傳輸系統(tǒng)工作正常、穩(wěn)定，不受加速器機架角轉動位置的影響。

4.微波相位檢測及頻率自動控制系統(tǒng)的檢查，該系統(tǒng)包括的部件主要有低通濾波器、移相器、3DB耦合器、2個微波二極管。因為低通濾波器、3DB耦合器及微波二極管工作狀態(tài)隨其物理位置變化而發(fā)生改變的可能性不存在，檢查的重點應該放在移相器上。將加速器機架角置于0°， Tuner調節(jié)控制項置于自動狀態(tài)，示波器探頭分別連接到3DB耦合器輸出端X、Y后面的2個微波二極管負極，出束時觀察2個微波二極管輸出波形幅值均為0.7V左右；將加速器機架角置于180°，重復上述檢查發(fā)現(xiàn)2個微波二極管X端輸出波形幅值略高于Y端輸出波形幅值，大約有0.2V左右的不穩(wěn)定差值，觀察記錄Tuner posn 431的數(shù)值與機架角置于0°時該項的數(shù)值比較沒有發(fā)生變化，這說明磁控管頻率自動控制系統(tǒng)在加速器機架角置于180°調節(jié)出現(xiàn)問題。

故障分析與排除：本機應用行波控相自動穩(wěn)頻系統(tǒng)，見圖1。其原理是，3DB耦合器雙輸入端A、B輸入同相位微波信號，雙輸出端X、Y輸出等幅信號；3DB耦合器雙輸入端A、B輸入異相位信號，雙輸出端X、Y輸出不等幅信號；既同相輸入，等幅輸出；異相輸入，不等幅輸出。根據(jù)上述第4步檢測結果，3DB耦合器輸出波形幅值X端略高于Y端，說明其輸入端A的信號相位超前于輸入端B的信號相位，而輸入端A的信號來自于可調式移相器，可調式移相器主要由2根長約90mm，直徑約2mm的銅質管腔和2根連為一體并由調節(jié)螺桿調控位置的金屬活塞桿組成，2個銅質管腔的外端子一個連接GUN端微波探針，另一個連接3DB耦合器輸入端A。由于我院直線加速器的移相器已使用16年，長期使用導致管腔與活塞間隙擴大，調節(jié)螺桿旋轉空回加大，加速器機架旋轉時，移相器也跟隨機架旋轉，使移相器管腔與活塞間相對物理位置發(fā)生了細微變化，導致微波相位調節(jié)不穩(wěn)定。分析后我們認為故障出自可調式移相器，更換移相器后故障排除。

[1]宮良平，放射治療設備學 [M].人民軍醫(yī)出版社，2010.3.

[2]顧本廣，醫(yī)用加速器 [M].科學出版社，2003.10.

2013-12-24

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