VARIAN IX加速器电离室故障维修及对剂量影响的分析

林强，时飞跃，蒋红兵，秦伟，陈飞

南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）a.医疗设备处；b.肿瘤放疗中心，江苏 南京 210006

VARIAN IX加速器电离室故障维修及对剂量影响的分析

林强a，时飞跃b，蒋红兵a，秦伟b，陈飞b

南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）a.医疗设备处；b.肿瘤放疗中心，江苏 南京 210006

本文介绍了医用电子直线加速器电离室的工作原理及VARIAN直线加速器电离室的功能结构。结合一例本单位VARIAN IX直线加速器电离室故障的判断及维修处理，进一步探讨其对射野剂量学方面的影响，为处理类似故障提供有益的指导和参考。

ION2联锁；电离室；剂量学；医用直线加速器

0 前言

目前，医用电子直线加速器已广泛应用于肿瘤的放射治疗。医用电子直线加速器射束能量高，束流强度大，故对其进行剂量监测等质控工作至关重要。加速器内部剂量监测系统的功能是利用电离室检测和显示加速器的剂量率和累积剂量，在达到预置的剂量时终止出束，并通过伺服系统对射野的对称性和剂量率的稳定性进行调整。剂量监测系统由电离室和相关测量电路、联锁控制电路等组成[1]。电离室发生故障会直接影响射束的质量，严重时导致机器联锁不能出束。下面就结合本单位1例由电离室引起的剂量监测系统故障进行分析与探讨。

1 电离室的工作原理与构造

1.1 工作原理

医用电子直线加速器一般采用平板型透射式电离室。当电离室受到射线照射时，射线与电离室中气体分子相互作用而产生离子对（正离子与电子），在正常的环境温度和压力下，这些离子自由扩散，它们在外加电场作用下被收集极收集。气体中的电子向正极板运动，正离子向负极板运动，到达电极板的百分率取决于收集极的电压、极间距离、气体的种类和密度。收集板电流的大小反映了电离的程度，经一系列电路处理后就可以得到剂量率和积分剂量。电离室位于直线加速器辐射头内，一级准直器和二极准直器之间，对产生的射野进行采样，监测和控制治疗射束的物理参数[2-5]。

1.2 VARIAN加速器电离室一般构造

VARIAN IX型直线加速器是具有先进的快速容积旋转弧形调强（RapidArc）功能的高能机。该加速器的电离室由上下两层叠加构成，电子束与X线束共用，见图1。上层为径向电离室，有四块收集极，中间两个半圆形收集板A和B收集信号提供控制台的剂量率指示，同时得到剂量通道1的累积剂量，周边两个弧形极板E和F用于监测射野的径向位置偏移情况。同理，下层横向电离室中间两块半圆形收集板C和D收集信号提供剂量通道2的累积剂量，周边两个弧形极板G和H也是用于监测射野的横向位置偏移，见图2。因此，电离室不但可以监测累积剂量，还可以测量径向和横向剂量分布的对称性[6]。

图1 VARIAN电离室外观

图2 VARIAN电离室结构功能图

图3 电离室接线端口示意

2 故障现象

2.1 故障现象

开机晨检准备出束时报“ION2”联锁，进入“service”（服务）模式下也无法消除该联锁。

2.2 故障分析

根据报错信息，初步判断剂量监测系统第二剂量通道有硬件损坏。进一步检查发现给电离室供电的电源（VACION POWER SUPPLY）上“ION2”绿灯不亮（监测电压异常），说明可能原因如下：① 无-500 VDC电压输出到横向电离室；② 电离室本身有故障；③ 传输电缆故障。

2.3 故障检修

拔下电离室电源输出P9插头后，测P9-4端子对地有-500 V电压（图3），从而排除电源端输出故障，故障范围应在电离室本身或传输电缆。将机架（Gantry）转到180º，并插入安全插销，准直器转至90º，关闭电离室电源。拆除准直器外罩和机头两侧弧形防护铅块，关闭Y方向钨门后，卸掉电离室侧边防护铅挡块，松开射野反光镜螺丝并取出。再次打开Y方向钨门，自上伸入拧松固定电离室压块螺丝，此时可以拔掉连接电离室同轴电缆插头（P1～P6），小心取出电离室[7]。短接电离室侧P9-4和P9-3插芯后，测量电源侧P9插头的4和3芯，电阻为0 Ω，说明回路畅通，电源传输电缆没有断线。测电缆各芯线对地电阻为∞，说明芯线对地绝缘良好。用万用表测电离室J1～J6端口中插芯A、B、C、D对外壳电阻均为∞（正常）。其中J1、J2、J5、J6为电离室信号端口，J3和J4为电离室供电端口，“ION2”报错对应的极化电压端口是J3，实测J3-A与J3-B阻值为82.8 kΩ，插芯C和D阻值也为82.8 kΩ，正常值为∞，即判定电离室损坏，更换新电离室后，故障排除[8]。

根据故障及维修处理，判断此次故障是由于横向电离室极化极绝缘性能下降，从而导致加上-500 V极化电压后，电离室漏电，反馈至P9-3端-500 V监测电压出现异常（绿灯不亮），导致保护电路动作报“ION2”联锁，机器停止出束。

3 电离室故障前后对剂量学影响的分析

3.1 测量工具

（1）IBA公司的Dose 1剂量仪和FC65-G Farmer型电离室。

（2）美国SUN NUCLEAR公司的Daily QA 3晨检仪。

（3）IBA公司的二维扫描水箱。

（4）SP34固体水。

3.2 测量数据分析

此次电离室故障前，2014年11月～2015年4月近半年时间用Daily QA 3晨检仪在工作日对常用能量6 MV X线的测量数据，见图4。图中可见，2015年3月份之前剂量和R方向（枪靶方向）的射野对称性相对于基准值波动均较小；而2015年1月份前后T方向（机架方向）出现了对称性负偏差过大，3月份又恢复到正常水平，到了4月出现正偏差过大，该方向射野对称性波动幅度明显大于R方向（枪靶方向），而故障电离室损坏的部分，正是对应剂量通道2和测量T方向的横向电离室。图中还显示，3月下旬调整剂量后，直到4月电离室出现故障联锁停机，短期内剂量波动频繁。对图4的数据分析表明，电离室在损坏前3个月工作状态已不稳定。由此可见，当直线加速器射野同时出现不明原因的对称性不稳定、剂量偏差波动频繁时，提示剂量监测系统可能存在故障。

更换新电离室后，用晨检仪对射野的对称性和剂量共做了3次相对测量。仍以6 MV能量为例，测量1：更换后机器未做任何调整下测得数值；测量2：用二维水箱扫描并调整了各能量射野对称性后的数值；测量3：调整对称性后，用剂量仪和固体水校准了绝对剂量后的数值，见表1。通过对比3组数据，发现测量1和测量2的剂量偏差较大。测量3的各项数据均符合临床治疗要求。再看6个能量档电子线在校准前后的数据对比，测量1的剂量偏差明显大于测量3的数据，见表2。两表中数据虽然是使用晨检仪得到的相对测量数据，但数据结果明确显示，在电离室更换后未做校准时，有些能量的射野剂量参数不能达到临床治疗要求[9-10]。

图4 6 MV X线的剂量偏差、R和T方向对称性的数据结果

表1 6 MV X线更换电离室后3次测量数值

表2 各档电子线更换电离室剂量校准前后数值

4 讨论

直线加速器电离室具有发生故障机率小，造价昂贵，维修更换复杂等特点，而晨检仪在每日晨检时，可以提供直线加速器日常质控数据。对这些数据的分析判断，为工程技术人员及早发现并准确排除故障，提供了有益的参考。电离室更换后，不得立即将设备投入临床使用，必须同物理师一起及时测量、校准。新换上的电离室应密切观察其测量数据变化，做到及时纠偏，这点应引起放疗物理人员足够的重视。更换电离室只是维修工作的一部分，之后的测量调试更要花费大量时间、精力。所以，在维修前应充分做好各方面的协调准备工作。

[1] 查玉华.瓦里安CL1800电离室系统及其故障[J].医疗装备,2005, 18(5):43.

[2] 杨绍洲,陈龙华,张树军.医用电子直线加速器[M].北京:人民军医出版社,2004:137-138.

[3] 杜毓,许晓玲.Varian 600C/D直线加速器射束监测故障检测[J].中国医疗设备,2013,28(5):136-141.

[4] 钱安,刘少泽,姜南方,等.瓦里安23EX医用电子直线加速器电离室漏电故障的检测[J].中国医疗设备,2011,26(2):123-137.

[5] 罗奕中,洪范宗.医科达医用电子直线加速器电离室的故障分析及更换[J].医疗卫生装备,2012,33(2):155-156.

[6] 蔡显圣,魏绪国,王贵富. XHA600D加速器电离室故障分析与处理[J].中国医疗设备,2011,26(7):123.

[7] 钱建升,张龙,刘琦琨.直线加速器CL1800电离室故障判断及更换[J].陕西肿瘤医学,2002,10(2):147.

[8] 陈学钊.直线加速器电离室的工作原理和故障检修[J].中国医学装备,2013,10(5):90-91.

[9] 张国峰,唐焱,撒英等.医用电子直线加速器照射野的日常质量保证[J].中国医疗器械杂志,2011,35(5):386-388.

[10] 涂彧.放射治疗物理学[M].北京:原子能出版社,2010:502-503.

Analysis of Troubleshooting of VARIAN IX Ionization Chamber and its Relevant Influence on Dosimetry

LIN Qianga, SHI Fei-yueb, JIANG Hong-binga, QIN Weib, CHEN Feib
a.Department of Medical Equipment; b.Radiation Therapy Center, Nanjing First Hospital, Nanjing Medical University, Nanjing Jiangsu 210006, China

R197.39；TH789

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.08.051

1674-1633(2016)08-0155-03

2015-07-07

2015-09-02

时飞跃，博士，放疗物理师，助理研究员，江苏省生物医学工程学会医学物理专业委员会委员。

通讯作者邮箱：shifeiyue2013@126.com