鄒平市人民醫(yī)院 (山東 鄒平 256200)

內容提要：醫(yī)用電子直線加速器是腫瘤放射治療的一種主要設備。直線加速器產(chǎn)生的高能X射線通過束流系統(tǒng)、均整器和準直器形成具有一定大小、規(guī)則的照射野，照射腫瘤靶區(qū)，在臨床腫瘤放射治療中，腫瘤的大小形狀是不規(guī)則的，為了滿足腫瘤治療區(qū)域很高的治愈劑量且周圍正常組織接受很少的損傷劑量目的，在治療時用鉛檔對形狀規(guī)則的射野進行遮擋，形成腫瘤大小、形狀一致的照射野，從而達到治療腫瘤保護正常組織的目的。遮擋技術經(jīng)歷了擋鉛、外置多葉光柵、內置多葉光柵的發(fā)展歷程。由于外置光柵大多并非廠家設計，外掛光柵會引起設備的結構變化，導致意想不到的故障，特別是與機頭連接的機架運動方面受影響而引發(fā)故障。

現(xiàn)代，惡性腫瘤的三大治療手段：手術、化療和放療，其中70%的腫瘤患者需要放射治療，醫(yī)用電子直線加速器是腫瘤放射治療的一種主要設備。電子直線加速器是利用微波電磁場和加速電子轟擊鎢靶，產(chǎn)生具有直線運動軌跡的高能X射線的裝置；電子直線加速器主要有兩種：行波加速方式和駐波加速方式，不論是駐波加速器還是行波加速器，主要核心部件大致相同：加速管（駐波或行波）、微波功率源（磁控管或速調管）、高壓脈沖調制器、微波傳輸系統(tǒng)、電子槍、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水箱系統(tǒng)、治療床和各種控制系統(tǒng)[1]。直線加速器產(chǎn)生的高能X射線通過束流系統(tǒng)、均整器和準直器形成具有一定大小、規(guī)則的照射野，通過電離輻射作用于人體，電離輻射的生物效應主要是對DNA的損傷，DNA是關鍵靶。X射線使DNA單鏈或雙鏈發(fā)生斷裂，引起受照射細胞受到抑制、破壞甚至死亡，從而達到高能X射線治療腫瘤的目的[2]。在臨床腫瘤放射治療中，腫瘤的大小形狀是不規(guī)則的，為了滿足腫瘤治療區(qū)域很高的治愈劑量且周圍正常組織接受很少的損傷劑量目的，在治療時用鉛檔對形狀規(guī)則的射野進行遮擋，形成腫瘤大小、形狀一致的照射野，從而達到治療腫瘤保護正常組織的目的。早先通常用低熔點鉛（熔點70°C左右），在模室內通過計算機處理影像檢查圖像，形成腫瘤大小、形狀的模具，然后用低熔點鉛澆鑄成照射野的形狀，然后用托盤掛在加速器照射機頭上，實現(xiàn)照射腫瘤保護正常組織和器官的功能。但是由于低熔點鉛合金長期使用具有微毒性，而且使用鉛檔想要達到遮擋高能X線的作用，需要五個半價層的檔鉛厚度，非常重不方便，因此后來用鎢合金制成了由多片葉片組成的光柵，通過計算機設計驅動每一片葉片運動從而形成腫瘤大小、形狀的照射野，來實現(xiàn)臨床治療的適形放療（3D-CRT）技術[3]。如今多葉光柵的發(fā)展已從外置光柵發(fā)展到內置。醫(yī)科達Compact電子直線加速器是醫(yī)科達北研，于2008在BJ-6B基礎上開發(fā)的，早期產(chǎn)品的治療機頭沒有內置光柵系統(tǒng)，在醫(yī)院臨床治療中都采用外掛第三方的外置多葉光柵來實現(xiàn)臨床適形放療技術。本院于2010年購置醫(yī)科達Compact電子直線加速器，外掛北京大恒外置光柵，由于外置光柵并非廠家設計，外掛光柵會引起設備的結構變化，導致意想不到的故障，特別是與機頭連接的機架運動方面受影響而引發(fā)故障。

圖1.機架運動原理圖

表1.變頻器故障代碼

1.醫(yī)科達Compact電子直線加速器的機架組成和運動原理

醫(yī)科達Compact直線加速器機架設計為旋轉的支臂圍繞固定支架軸做等中心旋轉。組成部件：旋轉支臂、固定機座、小機頭、配重、齒輪箱、機架電機、電機變頻器、機架旋轉控制系統(tǒng)。首先在手控盒（HHC）用運動控制（FONCTION）功能鍵，選擇機“架旋轉功能”，轉動機架轉輪（向左或向右）鍵，控制信號電壓經(jīng)過TRCP（治療床電器柜轉接面板）進入MOTORBVS（電機驅動電路總線板），進入PSP（位置取樣信號板）通過電纜進入MCC（控制室主機柜），通過AI（模擬量輸入板）進入下位機板IPC5373D和IPC5455D生成變頻器驅動信號，通過電纜進入TRCP（治療床電器柜轉接面板），控制變頻器（變頻器型號為MICROMASTER 420），經(jīng)過變頻器變頻的電源驅動機架電機轉動，機架旋轉電機與齒輪箱連接，齒輪箱通過鏈條與機架旋轉軸連接，從而帶動機架支臂等中心旋轉[4]。原理圖見圖1。

2.故障分析判斷與維修

2.1 故障現(xiàn)象

在治療擺位時用手控盒旋轉機架，機架突然毫無反應，上位機沒有任何故障提示。

2.2 故障分析與排除

首先，故障是在機架正常運動時突然出現(xiàn)，而且上位機沒有任何故障提示，考慮運動功能電源故障。用手控盒運動功能鍵分別切換到小機頭和光闌運動狀態(tài)，轉動撥輪，各個運動正常，從而確定運動功能公共供電部分是正常的。只是機架旋轉運動功能存在故障。從機架旋轉信號到電機驅動部分逐個檢查測試：驅動信號正常、變頻器供電正常，但檢查變頻時，沒有電壓輸出，同時觀察到變頻器面板處顯示故障狀態(tài)：F0003。（變頻器故障代碼見表1）。

根據(jù)F0003故障原因：首先測試變頻器供電電源輸出，正常。對變頻器重新復位，故障代碼消除。撥動手控盒機架撥輪，測試變頻器有輸出，機架正常旋轉。在治療室用手控盒在0°～360°范圍內正反旋轉機架，機架突然又毫無反應，變頻器再次報“F003”，故障同上。再次復位變頻器，故障代碼消除，機架旋轉又恢復正常。由于控制信號正常，變頻器供電正常，雖考慮“沖擊負載超過了規(guī)定的限定值”，變頻器性能下降，于是更換變頻器，設定參數(shù)，重新反復測試機架旋轉，故障依舊沒有完全排除。

重新仔細觀察機架正常旋轉與毫無反應時機架狀態(tài)，故障基本出現(xiàn)在順時針從90°～180°或者逆時針270°～180°時，此時旋轉機架小機頭端向下運動，在正常擺位時為能精確運動到擺位角度，操作過程如下：譬如機架此時在90°擺位角度為120°，順時針撥動轉輪，機架運動，當機架將要到110°時，減少轉輪加度，降低旋轉速度，到117°時松開手控盒使能開關，電機剎車動作，但由于慣性，機架一般剛好停到120°，而現(xiàn)在機架慣性角度比平時要大（大約5°左右），超過120°的擺位角度，為了重新達到需要擺位角度，需要逆時針旋轉撥輪，使機架反轉，此時故障出現(xiàn)。觀察此時機架狀態(tài)，機頭重心向下，慣性大，外加的多葉光柵外罩改變了中心位置，于是拆下機頭的外置多葉光柵后，重新測試機架旋轉功能，沒有再次出現(xiàn)故障，從而考慮是外加的多葉光柵引起的故障。但問題是，本科室自2010年安裝外掛多葉光柵，機器已安全運行了五年，從未出現(xiàn)類似故障，從而考慮機架機械旋轉部件在長時間工作中性能下降。通過分析把目光聚集在齒輪箱上，由于外加多葉光柵后破壞力加速器的機械平衡，使機架的重心不在旋轉中軸上，從而使齒輪器長時間超負荷工作，性能下降，從而引發(fā)故障。由于拆除光柵機架還能正常旋轉無故障，而更換齒輪箱比較昂貴，更換不合適，最好辦法是使加速器的機架的重心重新回到旋轉軸上。咨詢光柵生產(chǎn)廠家，查找光柵的資料，需在機架配重側增加10kg配重。打開機架配重處蒙皮，在適當位置安裝10kg鉛板（體積小），在機頭上重新外掛多葉光柵，測試機架旋轉功能，故障未出現(xiàn)，故障排除。

小結：直線加速器機械設計中機架旋轉中心、小機頭旋轉中心、治療床旋轉中心“三心”交于一點，精度≤1mm，在臨床工作中任何改動，都需慎重，要全面考慮，避免不必要的損失，保證設備正常運行，更好的治療患者。