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        瓦里安CLINAC IX加速器偏轉(zhuǎn)磁鐵的原理及故障分析

        2019-09-09 07:28:40羅凱軍程品晶
        中國(guó)醫(yī)療設(shè)備 2019年9期
        關(guān)鍵詞:電位器電路板加速器

        羅凱軍,程品晶

        1. 南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放療科,湖南 衡陽 421001;2. 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽 421001

        引言

        我院于2014 年引進(jìn)的瓦里安電子直線加速器具有兩檔光子線,分別是高能的15 MV-X 和低能的6 MV-X。該直線加速器具有六檔電子線能量模式,分別是6、9、12、15、18、22 MeV,可用于圖像引導(dǎo)下的計(jì)劃驗(yàn)證和三維適形、調(diào)強(qiáng)放射治療。為保證引出的電子線能量滿足臨床應(yīng)用所需,加速器中設(shè)有偏轉(zhuǎn)磁鐵(Bend Magnet,BMAG),在進(jìn)行實(shí)際使用之后,其性能以及工作狀態(tài)都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但隨著我院收治的腫瘤患者數(shù)量增多,在設(shè)備使用過程中多次出現(xiàn)故障連鎖[1-3],其中BMAG 連鎖具有一定代表性,該故障偶爾會(huì)自動(dòng)消除,但存在反復(fù)出現(xiàn)的特征,嚴(yán)重影響治療效率[4]。因此,本文基于BMAG 工作的原理,給出了兩例故障的分析與排除過程,供交流參考。

        1 BMAG的工作原理及BMAG聯(lián)鎖觸發(fā)機(jī)制

        BMAG 能提供一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng),不同能量的電子在BMAG 的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡是不一樣的。能量小的電子,磁場(chǎng)對(duì)其作用力大于其做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力,電子做向心運(yùn)動(dòng);能量大的電子,磁場(chǎng)提供的作用力小于其做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力,電子做離心運(yùn)動(dòng);只有能量合適的電子,磁場(chǎng)提供的作用力等于其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,電子才會(huì)做圓周運(yùn)動(dòng)。在電子運(yùn)動(dòng)的軌跡上有一個(gè)能量狹縫,只有滿足一定能量范圍內(nèi)的電子(所選擇能量的±3%)才能通過此縫隙,以此確保所引出的電子線能量為臨床所需能量[5~6],因此BMAG 的正常工作對(duì)臨床使用是至關(guān)重要的。

        瓦里安加速器的不同射線能量模式是由BCD(Binary Coded Decimal)碼[7]實(shí)現(xiàn)控制的,通過BCD 碼設(shè)置不同能量對(duì)應(yīng)的BMAG 電流(BMAG I),如表1 所示。

        表1 加速器不同能量模式對(duì)應(yīng)的BCD碼

        BMAG 電流的設(shè)置及監(jiān)測(cè)電路都是在電路板CARROUSEL, MODE&BMAG 上實(shí)現(xiàn)的。如圖1 所示,A、B、C、D 就是不同能量模式對(duì)應(yīng)的四位BCD 碼,U4 會(huì)根據(jù)控制柜(Console)提供的能量模式編碼(BCD 碼)選擇R10-R24 其中之一作為輸出,例如:高能X 線時(shí),U4 會(huì)選擇R23 作為輸出;低能X 線時(shí),U4 會(huì)選擇R22 作為輸出,不同能量模式檔有其對(duì)應(yīng)的電位器。U4 的輸出經(jīng)過U7 之后會(huì)作為BMAG I 的設(shè)置值控制BMAG 線圈電源,電源會(huì)根據(jù)U7 的輸出的X、Y 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)大小的BMAG I。

        圖1 BMAG電流大小設(shè)置圖

        如圖2 所示,U7 輸出的X、Y 到達(dá)BMAG 線圈電源,即圖2 中的電源(Bend Magnet P.S),此電源會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流輸出,由其輸出端口電子經(jīng)過4 根電纜接至BMAG,同時(shí)該電源會(huì)反饋出BMAG I 的數(shù)值,其可以直接從CARROUSEL, MODE&BMAG PCB 電路板上測(cè)量得到,這個(gè)也是預(yù)防性維護(hù)需要記錄的參數(shù)之一,表2 是我院IX-SN5648 加速器記錄分析的各種能量對(duì)應(yīng)的電流采樣數(shù)值。

        圖2 BMAG線圈電流源及BMAG I采樣圖

        表2 各種能量模式對(duì)應(yīng)的BMAG I采樣數(shù)值(mV)

        電源的輸出(Output)端通過線纜加至負(fù)載,同時(shí)在負(fù)載處完成BMAG V 的采樣。BMAG V 是由圖3 接線柱E1 和E4 經(jīng)由兩個(gè)保險(xiǎn)F1、F2 后完成采樣,采樣信號(hào)同樣到達(dá)圖2 中CARROUSEL, MODE&BMAG 電路板,F(xiàn)1-F2的電壓也是需要記錄的參數(shù)之一:保險(xiǎn)絲電壓HI-X(f1-f2)為 3.463 V。

        圖3 BMAG V采樣圖

        BMAG 的電壓和電流采樣值(BMAG V, BMAG I)都可隨時(shí)被監(jiān)測(cè),任何一個(gè)參數(shù)波動(dòng)過大都會(huì)導(dǎo)致BMAG 聯(lián)鎖的出現(xiàn),當(dāng)BMAG I 超過±1%或BMAG V 超過±5%[8-9],就會(huì)出現(xiàn)BMAG 連鎖,BMAG 連鎖的檢測(cè)也與BMAG 電源輸出控制電路類似,也是由MODE BCD 碼來選擇不同能量其對(duì)應(yīng)的電位器(圖4),以此電位器作為標(biāo)準(zhǔn)值,如果BMAG I 與BMAG V 的波動(dòng)偏離這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值較大,連鎖就會(huì)出現(xiàn)。

        圖4 BMAG聯(lián)鎖電位器的選擇圖

        2 BMAG聯(lián)鎖故障實(shí)例及排除方法

        2.1 故障一

        2.1.1 故障現(xiàn)象

        15 MV-X 線偶爾出現(xiàn)BMAG 連鎖,其余能量正常。

        2.1.2 故障排查

        僅15 MV-X 線偶爾出現(xiàn)BMAG 連鎖,排除與其他能量公用元件故障的可能(例如BMAG 電流源,電纜等),懷疑是其BMAG I 設(shè)置值和連鎖電位器設(shè)置不當(dāng)引起。首先選擇15 MV-X 線,在CARROUSEL, MODE&BMAG 電路板上測(cè)得BMAG I 采樣值(TP4-TP6)為34.0 mV,與以往的標(biāo)準(zhǔn)記錄(表1 中數(shù)值)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)沒有差異,測(cè)得F1-F2 的BMAG V 采樣電壓為3.463 V,也與之前預(yù)防性維護(hù)一致,排除設(shè)置值波動(dòng)的問題,檢查BMAG I 監(jiān)測(cè)回路,發(fā)現(xiàn)TP8-TP9 有壓差(大于±5%),懷疑聯(lián)鎖電位器未設(shè)置好,調(diào)節(jié)15 MV-X 線對(duì)應(yīng)的聯(lián)鎖電位器R77 使TP8-TP9 電壓接近0 后,再調(diào)節(jié)R9 使BMAG V 監(jiān)測(cè)回路的TP7-TP15 接近0,經(jīng)進(jìn)一步使用觀察,聯(lián)鎖未再出現(xiàn),故障排除[8-9]。

        2.2 故障二

        2.2.1 故障現(xiàn)象

        各能量模式下,轉(zhuǎn)機(jī)架時(shí)均會(huì)出現(xiàn)BMAG 聯(lián)鎖。

        2.2.2 故障排查

        邊轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架邊觀察BMAG 電源上的I 和V 顯示,發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖出現(xiàn)時(shí),I 數(shù)值未變化,V 的數(shù)值變化,因此故障是由于V 波動(dòng)引起,重點(diǎn)檢查負(fù)載,從BMAG 電源輸出開始檢查,沿4 根輸出電纜檢查,發(fā)現(xiàn)在機(jī)架中心位置,這4根電纜中有兩根已經(jīng)磨損,其中一根已經(jīng)露出了導(dǎo)線,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架時(shí),外露的導(dǎo)線碰觸機(jī)架,聯(lián)鎖就出現(xiàn),重新包裹絕緣磨損電纜后,加速器使用正常,待新電纜到達(dá)后更換電纜[10-11],未再出現(xiàn)BMAG 聯(lián)鎖,故障排除。

        3 BMAG聯(lián)鎖故障討論及總結(jié)

        加速器臨床使用過程中,BMAG 聯(lián)鎖常出的情況大致有三種。

        3.1 由BMAG I波動(dòng)引起的BMAG聯(lián)鎖

        BMAG 電源為恒流源,如果其輸出電流波動(dòng)超過±1%,則會(huì)出現(xiàn)聯(lián)鎖故障。重點(diǎn)考慮電源相關(guān)部分:① 電源本身故障,檢查電源供電是否穩(wěn)定,立架上有4 塊相同的PWM 電源板且一般均會(huì)存儲(chǔ)備板,用交換法即可驗(yàn)證PWM 板是否損壞;② BMAG I 設(shè)置值,檢查圖1 中的U7輸出是否穩(wěn)定,即檢查電路板是否工作正常,如果輸出不穩(wěn)定,更換電路板即可;③ MODE BCD 碼是否正確傳輸,分別在每檔能量測(cè)量 BMAG 板上的編程電壓值,即TP14對(duì)于TP10 的mV 值,并與留存的機(jī)器驗(yàn)收完畢時(shí)所測(cè)之值進(jìn)行比較,檢查數(shù)值是否完全相同。另需指出的是BMAG I 波動(dòng),如果負(fù)載不變,BMAG V 也是會(huì)相應(yīng)波動(dòng)的。

        3.2 BMAG I與BMAG V均穩(wěn)定(通常是和預(yù)防性檢查記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)),但仍有BMAG連鎖出現(xiàn)

        BMAG 出現(xiàn)隱性故障,故障后果尚不足以觸發(fā) BMAG 連鎖,會(huì)先行觸發(fā)對(duì)稱性連鎖 EXQ1,唐志全等[12]在他們論文中對(duì)隱性故障提出了系統(tǒng)的排障方法。

        3.3 由BMAG V波動(dòng)引起的(BMAG I穩(wěn)定)BMAG連鎖

        當(dāng)BMAG V 波動(dòng)超過±5%時(shí),需要檢查負(fù)載及采樣相關(guān)電路:① 電源到BMAG 的電纜。偏轉(zhuǎn)電路上是否存在短路,查偏轉(zhuǎn)線圈和偏轉(zhuǎn)電源以及連接電纜[13],由于大部分線纜都是穿過大機(jī)架接到機(jī)座電源上,這就免不了由于機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)過程造成部分線纜的折斷或損壞,對(duì)于在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的聯(lián)鎖問題,可以優(yōu)先考慮是否線纜損壞[5-6];② BMAG本身真空泄露,必要時(shí)需更換BMAG[14]來消除BMAG 聯(lián)鎖;③ BMAG V 采樣電路板因?yàn)槭褂媚昃玫木壒蕮p壞,需要更換電路板來解決故障。

        總之,平時(shí)注意觀察加速器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的異?,F(xiàn)象,對(duì)機(jī)器設(shè)備進(jìn)行定期檢修,及時(shí)排除故障隱患,對(duì)瓦里安直線加速器BMAG 聯(lián)鎖要能夠及時(shí)排除和維修,認(rèn)真做好故障檢修記錄,使BMAG 聯(lián)鎖故障率有效降低[15-16]。

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