嚴維江，周杰

連云港市第二人民醫(yī)院 放療科，江蘇 連云港 222023

引言

目前惡性腫瘤的治療手段主要包括手術、化療、放療、分子靶向等治療方法[1]，而放射治療的主要治療方式是利用醫(yī)用電子直線加速器實現腫瘤外照射的精確放療[2-3]。瓦里安C系列直線加速器機器不管在機械精度還是在劑量準確性方面都有較好的表現，機器本身自帶故障報錯功能，這也為日常的保養(yǎng)和維修提供了便利[4]。但因直線加速器自身結構和原理復雜，經常發(fā)生的連鎖多達上百種，只要加速器存在任何一種連鎖，就不能正常開機治療[5]。如何利用有限的時間，快速找到故障原因并搶修成功，從而不耽誤腫瘤患者的正常治療，是維修工程師所面臨和急需解決的問題。

1 設備原理

醫(yī)用電子直線加速器基本原理是利用微波電磁場對電子進行加速，電子束經偏轉磁鐵偏轉，產生高能、高發(fā)射率的電子，再經均整、擴散和準直達到治療部位。醫(yī)用電子直線加速器主要包括電子槍，微波系統(tǒng)，束流傳輸系統(tǒng)，穩(wěn)頻、溫控及充氣系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，高壓脈沖調整，輻射系統(tǒng)，劑量監(jiān)測系統(tǒng)，機械系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等幾大部分（圖1）。

圖1 醫(yī)用電子直線加速原理圖

醫(yī)用電子直線加速器的連鎖可分為主要連鎖、次要連鎖以及劑量連鎖三大類。常見的連鎖有HVOC、PUMP、HWFA、GFIL、UDRS、UDR1、UDR2等[6-8]，根據日常的使用和維修經驗發(fā)現，UDR1、UDR2連鎖是瓦里安C系列直線加速器出現概率比較高并且故障原因多且電路復雜的連鎖[8-10]。該連鎖是劑量率不穩(wěn)定或無劑量情況下出現的故障連鎖，靶、調制器、電子槍、速調管、加速管、驅動等系統(tǒng)產生的故障都會導致此連鎖[11-12]。

2 瓦里安C系列直線加速器次要劑量連鎖故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

加速器在患者治療過程中，選擇能量6 MV、劑量率300 MU/min等相對應的參數。正常出束后，劑量率一直在100 MU/min左右，始終達不到300 MU/min，10 s后界面出現UDR1、UDR2提示，機器不能正常使用。

2.1.2 故障分析

根據隨機手冊安全連鎖說明顯示，當治療劑量率低于閾值即設置值的80%時，UDR1、UDR2在10 s內出現。仔細對維修圖紙進行分析，此連鎖主要跟自動頻率控制（AFC）、脈沖調制（PFN）、微波驅動器三個因素相關[6-13]。進入維修模式后，選擇6 MV能量，設置與出現連鎖時相同的劑量率、MU和時間，出束狀態(tài)時觀察界面中Display項目欄里機器PFN VOLT、GUN I、GUN V、RF DRIVE以及AFC DIFF五個數值并記錄，觀察發(fā)現五個數值中，GUN I、GUN V、RF DRIVE和AFC DIFF顯示正常，PFN VOLT的值在出束后直到連鎖出現最高顯示值35.52，低于正常參考值41.00左右。接下來調節(jié)控制柜中的6 MV能量板的PFN電位器，調節(jié)數次后PFN VOLT最高值也只達到36.42，未能達到正常值范圍。根據以上分析，脈沖調制器可能發(fā)生故障。

2.1.3 解決方案

結合脈沖電路圖（圖2）進行原理分析發(fā)現，整個脈沖調制器主要由四個繼電器控制，即K1、K2、K3、K4繼電器，在維修模式下6 MV能量的參數除了PFN VOLT異常外，其他參數均正常，現將能量調到15 MV，輸入與6 MV相同的劑量率、MU和時間，出束時也出現了同6 MV一樣的問題。這時推斷單獨控制低能量的K3繼電器和單獨控制高能量的K4繼電器應該是正常的，若K1損壞不會存在出束的情況，所以下一步排查K2是否有問題。再次進入維修模式，將UDR1、UDR2連鎖旁路（如果出現UDRS連鎖也同時旁路），輸入數值后出束，此時安排一人在配電房里觀察K1、K2的運行情況，發(fā)現在出束過程中繼電器K1正常閉合，而繼電器K2未發(fā)生閉合。接下來用萬用表測量K2的線圈電壓（AUXILARY POWER PCB中J2-1）顯示值為115 VAC，這說明問題就在K2繼電器上。將K2繼電器拆下，測量線圈電阻，顯示其斷路，接下來更換新的繼電器后，機器出束后未出現UDR1、UDR2連鎖，劑量率也恢復到300 MU/min左右，機器正常工作，此時說明故障完全解除。

圖2 脈沖電路圖

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

加速器在治療過程中，會出現UDR1、UDR2連鎖，等一段時間后又自行恢復正常，但是機器運轉時間越長，機架轉動次數越多，該連鎖出現頻率越高，此故障為軟故障。

2.2.2 故障分析

再次出現UDR1、UDR2連鎖時，進入維修模式，旁路UDR1、UDR2連鎖后出束，用示波器測量KLYI、BMI、LD PWR2、GUN I、FWD-PWR、HVPS的波形，由于此連鎖出現時間較短，進入維修狀態(tài)后，出束時可能顯示正常值也可能出現連鎖，因此只能觀察幾十秒時間，每次也只能檢測出一個波形。經過一段時間的觀察和檢測，得到了15 MV在正常狀態(tài)下和有連鎖狀態(tài)下的波形，并發(fā)現只有LD PWR2波形在故障出現時有異常，其他波形在有無故障時均保持波形不變（圖3），然后觀察發(fā)現RF中心頻率在待機和出束狀態(tài)下變化不大，但在維修模式下菜單目錄DISPLAY- Analogy-Machine-AFC DIFF中AFC DIFF值為10左右（正常值應該-10左右，并隨出束時間加長，AFC DIFF的值慢慢變大），綜上所述，說明AFC系統(tǒng)可能出現問題。

圖3 正常狀態(tài)下與故障狀態(tài)下的波形圖

2.2.3 解決方案

AFC控制分手動和自動兩種模式（圖4），出現連鎖時，6 MV時將開關撥到手動（OFF狀態(tài)），出束正常。因15 MV受AFC影響較大，當15 MV時將開關撥到手動（OFF狀態(tài)），出現連鎖，無法出束。然后緩緩旋動MAN，發(fā)現LD PWR2的波形可以調節(jié)，調至LD PWR2的波形正常，出束也正常，這說明AFC自動控制有問題。從圖4可以看出是由AFC & Gun Pulse和AVCR AFC兩塊電路板控制，其余為母版轉接和電纜連線。這兩塊電路板瓦里安加速器隨機帶有備板，換上新的電路板，故障仍然存在，說明不是這兩塊電路板出現故障。接下來通過示波器量AFCA、AFCB波形信號，發(fā)現AFCB波形信號異常，此時說明AFCB通路有故障。W15是機身和機頭之間的一根電纜，由于機器使用時間較長，機架使用頻繁，首先要檢查W15連接線。拔下W15連接線后測量第25根信號線，發(fā)現25號既通同時又不對外殼接地，W15電纜有37根線，其中有一些是空的，確保一根導通的情況下，與第25根交換，問題依然存在，說明不是W15連接線的問題。在故障排查過程中發(fā)現，在電子槍控制部分的冷端（即插AFC &GUN Pulse板一端）的外殼如果不蓋上，出現連鎖頻率大大降低，并且發(fā)現Gun Driver Backplane 電路板下半部分固定，上半部分沒有固定，同時還有點晃動，這種情況極易導致電路板有虛焊點或者連接損傷。當再次出現UDR1、UDR2連鎖時，嘗試晃動此電路板，連鎖會消失。將電子槍控制部分從機架中拆出來（特別注意放電），肉眼沒有發(fā)現虛焊和連接線損傷痕跡（母版Gun Driver Backplane是多層板，連線在里面），用萬用表測量，導通無異常。因為虛焊點本身就難以測量出異常，所以只能將J2-3與AFC &Gun Pulse的J6-13C，以及J9與AFC &Gun Pulse的J6-4C重新旁接兩根信號線，這樣就可以解決虛焊和連線損傷的問題。重新將電子槍控制部分安裝好，開機預熱，出束正常，此現象未再發(fā)生，此故障得以解決。

圖4 AFC控制流程圖

3 討論與總結

在日常的使用過程中，瓦里安C系列直線加速器出現UDR1、UDR2連鎖的原因很多，也有同行詳細介紹過，如徐升等[14]介紹瓦里安2300 C/D型直線加速器在治療過程中，劑量率突然為0，系統(tǒng)提示出現UDR1、UDR2連鎖，故障原因是RFDR微波源出現故障。尹述含等[15]分析瓦里安CL23EX型加速器在機架轉至80°～107°之間，機器不出束，出現UDR1、UDR2連鎖，故障排查顯示是電纜W13第31腳線斷開所致。盧聯中等[16]介紹瓦里安Clinac23EX直線加速器出現UDR1、UDR2連鎖的兩種原因，一是由于加速管漏真空導致，二是由于W15電纜斷開導致。趙永軍[17]介紹的瓦里安Clinac ix直線加速器出現UDR1、UDR2連鎖的原因是RFDR電位器故障。以上所述情況中出現UDR1、UDR2連鎖時，加速器表現為治療過程中劑量率突然為0，或者在某一角度范圍內不出束，而故障原因大多是RFDR故障以及電纜接觸不良或斷開。

而本文中的故障一中出現UDR1、UDR2連鎖時劑量率表現為偏低而不是0，進入維修模式也只是發(fā)現PFN VLOT值顯示為35.52，略低于正常參考值41.00（圖2），如果維修工程師對該參數的正常參考值不是很清楚的話，就難以判斷出PFN可能發(fā)生故障，繼而查找出繼電器K2出現損壞。故障二中是在治療過程中時不時出現UDR1、UDR2連鎖，但又能自行恢復正常，屬于維修中的軟故障，維修起來耗時長，但從機器使用時間越長，機架轉動越頻繁，出現連鎖次數增加可以初步判斷故障可能是由連接線接觸不良導致的，再進一步分析比較各參數波形，從而最終查找出AFC系統(tǒng)中連接線接觸不良或者虛焊。

同一故障現象，可能是多種原因導致，只有熟悉機器各部原理和功能，仔細觀察故障現象，才能將故障縮小范圍，再結合隨機手冊，做到事半功倍地排除故障，本文介紹了次要連鎖UDR1、UDR2故障和維修思路分析，希望能給廣大醫(yī)學維修工程師提供參考借鑒。