医用直线加速器剂量监测与控制系统的技术分析

王明槐 唐志全

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0027-07 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

医用直线加速器剂量监测与控制系统的技术分析

王明槐①唐志全②*

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0027-07 [中图分类号] R812 [文献标识码] A

目的：对医用直线加速器的剂量监测与控制系统进行技术分析，探讨剂量学系统的质量保证调试方法以及日常维护维修中需要熟练掌握的机器物理逻辑和解决方案。方法：从医用直线加速器的机电工程学角度，系统解析医科达Precise加速器和瓦里安高能加速器的剂量监测与控制系统，提出质量保证及维护措施。结果：在机器物理内涵和机电工程具体实现之间，建立以电离室监测为中心的质量监控系统架构，明确开放式和密封式电离室的异同，以及Precise加速器不用PFN伺服的原理。结论：在分析医用直线加速器电离室构造原理的基础上，提出剂量学系统的质量保证调试方法，为进而建立剂量学系统质量保证体系和维护维修工程学流程提供参考依据。

医用直线加速器；剂量监测与控制；电离室；剂量学；束流导向

[First-author’s address]Department of Medical Equipment, Red Cross Hospital of Yulin City, Yulin 537000,China.

医用电子直线加速器的剂量监测与控制系统[1]由质量保证层面的剂量学系统和工程层面的导向伺服系统组成，其主要作用体现在剂量学层面，以保证加速器辐射野(即照射野，简称射野)的品质符合相关国际标准和国家标准的规定[2-4]；主要参数为：①辐射能量符合射野品质规定；②保证投照剂量(delivered dose)精确可靠，预防并杜绝超剂量或欠剂量；③保证射野剂量分布的均匀性，即对称性与平坦度符合标准；④安全预防措施，包括第1通道失灵时第2通道终止治疗，过剂量率连锁及射野均匀性连锁等。

医科达公司Precise系列的加速器采用行波加速，全系列均为最多3档X射线辐射能量和6档电子辐射能量的机型。瓦里安公司的Clinac系列高能加速器采用驻波加速，全系列均为2档X射线辐射能量和6档电子辐射能量的机型。两类加速器的剂量监控系统尽管在电离室结构、相关电路及导向伺服等方面有许多差异，但工作目标与作用完全一致。在加速器的使用过程中，需要定期对加速器进行质量保证工作，本质上是利用测试仪器测量的参数值对剂量监控系统的参数进行调整，而环境因素和机器的自然老化可能会造成机器故障。

为此，本研究对医科达Precise(Elekta，瑞典)及瓦里安Clinac 2300CD(Varian，美国)两型加速器所配备的剂量监控系统进行技术分析，探讨剂量学系统的质量保证调试方法以及日常维护维修中需要熟练掌握的机器物理逻辑和维护方案，以用于建立质量保证调整流程和维护维修流程。

1 技术分析与质量保证及维护方案

1.1 电离室

电离室是剂量监控系统的监测器件，其功能是将加速器输出的脉冲辐射转换为脉冲值，约10-5A(10 µA)、平均值约10-8A(0.01 µA)的微电流，监测射野的强度和位置[5]。

电离室的基本组成包括收集电子的收集极、高压极和两极间的气体间隙以及与收集极等电位的保护极，所有的“极”均覆盖良导体材料，收集极区域与高压极之间的间隙形成收集电荷的灵敏体积。收集极连接测量装置，高压极提供极化电压[6]。一般将收集极板设计在零电位，因此高压极板为负电压。收集极板与高压极板配对出现，这是电离室中的极板对数。一个收集极板可以只有1个收集极，也可以有多个收集极，圆形高压极板整体为导电区。保护极的作用是防止漏电流到达收集极并定义灵敏体积的范围，对平板电离室来说，保护环还防止收集极边缘电场过分外凸弯曲[7]。每个收集极都有一条1 mm宽的保护环，保护环与收集极绝缘隔开1～2 mm并与收集极串联。收集极配对出现，每个收集极产生1个电离信号(Precise机的Outer Hump信号为一圆环，但因其他收集极引线的需要，被隔开成2个收集极)，而每对收集极监测1个或一类参数。

Precise机与Clinac 2300CD机的电离室均是X射线辐射和电子辐射共用的透射式平板电离室，各个极板分层叠加，都要区分近靶面和患者面。两种电离室的能量响应均为监测型电离室，随着能量增大电离电流增大但非线性，因此不同能量需要单独进行校准。

电离室因辐射产生的电离电流I=aVX，其中a为与特定电离室结构相关的常数，V为气体的灵敏体积，X为照射量率[5]。剂量监控系统的出发点是在设计制造上使每对灵敏体积的电离电流相等，并利用电离室实时反馈进行伺服，补偿因相关器件热效应等因素引起的参数漂移，维持其相等或相差最小至剂量学参数符合标准规定。因此，当配对灵敏体积不在同一收集极板上时，或收集极虽在同一层极板，但却关于射束中心不对称时，相同体积的电离量并不相等，需要根据灵敏体积中各点距离靶点入射面的距离，考虑辐射强度的平方反比律(f12/f22)[7]对灵敏体积大小进行修正，使配对灵敏体积的等效灵敏体积相等，从而使配对灵敏体积的电离电流相等。

1.1.1 电离室相关参数比较

为了在极板间获得较高的电场强度，极板间距都很小(1 mm)，但小的气体间隙容易被击穿拉弧(在均匀电场中干燥空气的击穿强度为3000 V/mm[8])，再兼顾到饱和区工作电压。因此，Precise机与Clinac 2300CD机电离室工作电压分别选在325 V和500 V。两机电离室的相关参数见表1。

表1 电离室相关参数比较

1.1.2 Precise机电离室

电离室分为6层3对极板，从近靶面开始依次为伺服信号极板、325 V；325 V、DOSE A极板；DOSE B极板、325 V。DOSE A与DOSE B极板均为圆形极板形成一对灵敏体积，是1通道和2通道的剂量监测极板，在等中心投影半径分别为109 mm和222 mm，由于不在同一层，真实灵敏体积比为1∶4.184，等效灵敏体积比为1∶4。伺服信号极板共有3对收集极：①最外一圈圆环状弧形极板Outer Hump，是唯一分成2个区域的一个收集极，中心是圆形极板INNER HUMP，由于关于射束中心不对称，等效灵敏体积为1∶1；②轴向R方向的一对弧形伺服极板，分别是枪端2RG和靶端2RT，由于在一层极板上且关于射束中心对称，灵敏体积为1∶1；③横向T方向的一对弧形伺服极板，分别是右侧2TA和左侧2TB，与轴向相同，灵敏体积为1∶1。

Precise机采用开放式电离室，灵敏体积空气与大气连通。对于Precise机的开放式电离室，工作环境的相对湿度和洁净度要求很高，使用中要防潮、防尘。防潮是因为会有漏电，因此加速器机房必须配备足够功率的空调和除湿机；防尘是为防止电离室极板间打火。根据国际标准GB15213-94[4]规定，加速器的工作环境相对湿度为30%～75%，而Precise机的随机文件要求用户的环境相对湿度＜70%，实际上比国际标准苛刻。周末停电后需要派人重启除湿机和空调机，此外，操作电离室要带防静电手带，禁止触摸极板表面，因为留在表面的印迹会降低电离室性能，且辐照后可能一碰即裂。

1.1.3 Clinac 2300CD机电离室

电离室分为4层2对极板，从近靶面开始依次为500 V、轴向极板；500 V、横向极板。近靶面和患者面装配成2个单独的腔室，即靶面轴向腔室和患者面横向腔室，2个腔室成90°正交叠加在一起。轴向与横向收集极的形状与功能完全一样。中心大部分面积为一对D形区形成一个圆，2个D的外面是一对弧形区。D形区的信号既是剂量信号也是伺服信号，而弧形区的信号仅作伺服信号。其中轴向2个D形区为A、B，2个弧形区为E、F。由于距离靶点入射面距离相同且关于射束中心对称，配对灵敏体积A∶B=1∶1，E∶F=1∶1。横向2个D形区为C、D，2个弧形区为G、H，配对灵敏体积C∶D=1∶1，G∶H=1∶1。1通道和2通道剂量信号分别为A+B和C+D。

Clinac 2300CD机采用封闭式电离室，灵敏体积充有约1.5个大气压的稀有气体He气。选择He气的原因是因为在相同的充气压力下，He气的饱和电压最低，并可获得比同体积空气更高的电离率[9]。但密封He气存在自然泄漏，最大泄漏率为1×10-7cc/sec。电离室腔体用紫铜经精密车床加工而成，2个腔室之间是一个铜板圆环，圆环内圈是2层焊接在铜板上的密封铜箔，分别与外表面的铜箔形成密封气室。2个腔室合拢后，用8颗紧固螺丝紧固，两腔室内的一圈圆环端面与2个腔室之间的铜板圆环紧配合，从而使两腔室隔离并密封。密封后同时抽真空处理后再同时充He气，两边充气到相等气压后将各自充气管剪断，同时热焊密封。因此，在未知电离室是否正常时，不可松动8颗紧固螺丝以免漏气。当轴向与横向电离室泄漏均匀时，或即使泄漏不均匀但He气压力足够使电离量仍旧相等时，不影响正常使用。但当2个电离室He气泄漏不均匀且电离率与He气压力成正比时，比如轴向泄漏较大，则He气密度比横向电离室低，MU1计数将＜MU2，此时会出现DS12连锁。如果用剂量仪校准MU1和MU2后不能保持一周，则必须更换电离室。1.1.4 电离室质量保证与维护

(1)环境温度与气压校正。两种电离室的最大差异在于灵敏体积的气体种类和封装形式，E机为开放式电离室，需要作环境温度与气压校正。

(2)潮湿漏电。无论是开放式还是密封式电离室，在电离室因潮湿产生漏电流时，无辐射也会有漏电流计数，都服从漏电流I=V/R，对应于102V(325 V和500 V)数量级电压、10-8A(0.01 µA)电流，其阻值为1010Ω，即10000 MΩ。因此，如果用高内阻数字万用表测量极板间电阻，数值必须是∞，即使受潮漏电，阻值也必然在MΩ数量级以上，否则(如100 kΩ)均为极间已短路损坏。

(3)打火。由于极板间距只有1 mm，板间的灰尘会造成打火，因此Precise机需要环境空气洁净。对于Clinac 2300CD机电离室，虽然制造过程中已排出电离室内的大多数灰尘，可以有效避免打火，但毕竟不能做到绝对无尘，故还会有偶然打火。打火的碳化体会造成极间短路，大多数电离室为短路损坏[10-11]。打火也可能造成保护环或极板上的引线断路[12]。打火还会造成极板穿孔，其结果是打火处所在灵敏体积变小，电离电流会失真变小。

(4)辐照裂纹。Precise机极板基片为聚酯薄膜，导电区为光蚀刻的石墨涂层，相对耐辐射能力较弱，因辐射可致极板产生裂纹。Clinac 2300CD机极板基片为薄云母片，导电区为丝网印刷镀金，相对耐辐射能力较强，不会因辐射使极板产生裂纹。裂纹所产生的影响是电离信号不稳定，尤其是伺服信号。由于Precise机伺服信号极板裸露在表面最上层，将机头吊起即可查看是否有裂纹。

1.2 高压极电源与监测

1.2.1 Precise机电源与监测

12区RHCA的附属电源板。电源板分新、老型号，老型号板4513 390 2134共有3块，其他用途的2块在16区HTCA和72区ICCA，都带-325 V直流电源，可调节输出电压但不稳压，可互换，若市电电源三相不平衡，可能导致-325 V电源过低，过低的极化电压会使电离曲线在饱和区以下，因此造成机器故障，所以必须配备市电稳压器[13]。新型号板4513 390 3384则是20 Vac整流后的+22 Vdc经稳压模块U1输出稳压+12 Vdc，再经DC-DC转换器PSU1得到-325 V稳压电源。-325 V电源进入电离室后依次经过高压极2、3、6的3个极板呈串联形式。-325 V监测电压由5.1 M和110 K电阻分压引出，在DOS-A PCB测试点TP35对应电压为-6.87 V。电压有效范围为300～350 V。监测电压经DOS-A PCB→SCC PCB12A→AI PCB12A生成连锁项目(item，简称i)i189-300 V Monitor，读数范围0～-400 V。监测电压分别经DOS-A PCB和DOS-B PCB生成i506 D1 Supply和i456 D2 Supply连锁。

1.2.2 Clinac 2300CD机电源与监测

电源板位于机架侧面与真空电源一起构成VACION电源盒，包括控制器板和HV PS电源板。轴向和横向电离室独立供电监测，两路完全相同。来自控制器板的稳压±12 Vdc在电源板经DC-DC转换器得到稳压-500 Vdc，经电离室高压极后返回，再经10 M与100 k电阻分压得到-5 Vdc监测电压，测试点在控制器板TP9和TP10。监测电压经比较器U4与-4 V参考电压比较，若绝对值＜4 V，则熄灭VACION面板绿灯DS11或DS12，指示高压极电压＜400 V并触发连锁ION1或ION2。

1.2.3 高压极电源质量保证与维护

Precise机的3个高压极呈串联形式，只用1个电源统一供电，若电源故障则整个电离室不工作。Clinac 2300CD机的2个高压极分属2个电离室，用2个电源单独供电。对于DC-DC转换器，当漏电流达1 mA左右时即触发其过流保护功能，此时电离室的泄漏电阻在100 kΩ数量级。所以，在电压丢失时，两类机型均需要脱开电离室空载测量，区分是电源损坏还是电离室短路。Precise机脱开SK12 FF，Clinac 2300CD机脱开P9。

1.3 剂量通道信号处理

1.3.1 Precise机剂量通道信号处理

1通道DOS-A PCB和2通道DOS-B PCB位于12区RHCA，分新、老型号，不能混用。DOS-A PCB信号输入端匹配150 k电阻，DOS-B PCB信号输入端匹配50 k电阻与1 nF电容并联，使2个电离电流脉冲信号在处理前的高度与形状基本相同，2块板不能互换。然后电流脉冲经I-V转换器被转换为电压脉冲并加上60 mV DC偏置，再经12-bit ADC转换成数字信号后送至场效应可编程门控阵列FPGA中的剂量积分器进行采样、积分。治疗开始前，加速器控制系统(LCS)的校准模块为积分器提供一个与所选能量相对应的电压阈值Dose_ref，该阈值定义为1 MU的1/64。外置水箱与剂量仪，调节i314 Dose ref 1校准1通道的剂量计数为1 MU=1 cGy绝对剂量(调节i315 Dose ref 2校准2通道的剂量计数与1通道相同)。当积分值达到校准阈值时就输出1个计数脉冲且积分器清零后重新开始积分。每出现64个计数脉冲，计数器就输出1个MU信号。如果2个通道的累积MU差异超过设定极限(如3 MU)，则报i366 Dose channeldifference。超剂量率监测计数器防止计数脉冲＞307个/0.262 s(等效剂量率=1099 MU/min)使计数电路饱和，报i167 Dose rate error。实际剂量率分别为i44 D/rate1和i45 D/rate2。i484 Plate sum显示所有极板信号之和，i160 Uniformity指示射野均匀度，＞5%则终止治疗。在DOS-B PCB施加一个仿真剂量(Dummy Dose)电压，以便在DOS-A PCB失败时由DOS-B PCB终止治疗。将PRF置于6时，板上LED2每秒闪亮1次表明PCB工作正常。

1.3.2 Clinac 2300CD机剂量通道信号处理

所有电路板均位于控制台，且测试点(TP)在电路板外沿，方便在线测量。1通道和2通道积分器板B15和B16相同，束流位置伺服板B19和B20相同，2个通道共用B18板处理超剂量和对称性。来自电离室极板A、B的电离电流脉冲信号，在B15分别经I-V转换器转换为电压脉冲TP1和TP2，求和放大(A+B)TP3，放大给1通道剂量率显示TP4，积分平滑成dc电压TP7，V-F转换成1%MU(centiMU)的脉冲频率cMU1 TP6，再经Timer Interface PCB缓冲送至Control Timer PCB计数成累积剂量MU1。

每档能量配置1块编程板(Program PCB)，外置水箱与剂量仪，调整编程板上的MU1电位器R15，改变B15板上剂量率放大器U8的增益，校准剂量1通道，使1通道的1 MU计数等于绝对剂量1 cGy。然后调整编程板上的MU2电位器R16，校准剂量2通道，使2通道的1 MU等于1通道的1 MU。然后分别调整编程板上的ION1电位器R13和ION2电位器R14，编程电压分别在VACION控制器板上生成施加到极板A、B、C、D上的模拟辐射电流IONACAL、IONBCAL以及IONCCAL、IONDCAL(IA∶IB=IC∶ID=1∶10)，使ION1和ION2的计数为200。在临床模式每次治疗前的校准和(或)检查序列(CAL/CHECK sequence)中给电离室极板A、B、C、D施加这一编程电流，检查剂量通道的性能，当计数相差±3则不能通过校准和(或)检查序列。如果MU1、MU2、ION1及ION2调整均起作用，但维持不到GBZ126-2011[10]规定的“每周”检测周期，就有可能是前述的电离室He气泄漏不均匀故障，一般是“运气非常好”使用很长时间的电离室。

B15板上的(A-B)信号在B19板上与(E-F)相加送至对称性表头SYM=(A-B)+(E-F)和B18板EXQ1，EXQ1为SYM＞2%。在B18板，Q2饱和导通点亮CR10指示1通道超剂量连锁EXQ1=[(A或B)+(A+B)]，即不超过正常值的150%；Q4饱和导通点亮CR11指示轴向超剂量和对称性连锁(1/2) EXQT={[(A或B)+(A+B)]与(A-B)+(E-F)}，即≤800 MU/min。这是EXQ1具有三重意义的原因。2通道的C、D、G、H处理同理。在Control Timer PCB生成DOS1、XDP1，DOS2、XDP2和DS12连锁。

1.3.3 剂量通道信号质量保证与维护

Precise机针对开放电离室专门由60 mV DC偏置补偿电离室漏电，同时延长电离室寿命。Clinac 2300CD机电离室封闭，不考虑漏电补偿。Precise机剂量极板为圆形单片极板，DOS-A极板在射野中心平坦区域取样，代表处方剂量，DOS-B极板则涵盖全部射野，表征射野均匀性全貌，边缘不对称可能造成i366。Clinac 2300CD机采用D形双片极板，射野不平坦可以造成对称性连锁EXQ。

如果极板有裂纹(仅Precise机)，则相应剂量通道信号不稳定，如果不稳定持续不断，在排除电路原因以后，要考虑裂纹的可能，但因DOSE A与DOSE B极板处于第4和第5层，外观看不到，需要更换电离室试验。

如果极板有穿孔，视穿孔尺寸δ占信号总灵敏体积之比，则相应剂量通道的读数会发生相应比值的失真变小。对于Precise机，i366会变大，而i44 D/rate1与i45 D/rate2不再完全相等。对于Clinac 2300CD机，MU1与MU2之差会变大。即使剂量通道极板出现小穿孔，由于每周进行剂量校准，且2个通道监测的仍是相对量，不会造成剂量学风险，δ＜1%时也难于发现。但对于Clinac 2300CD机而言，因剂量信号同时也是伺服信号，则会对剂量均匀性造成影响。

1.4 伺服信号处理与伺服过程

1.4.1 Precise机伺服信号处理与伺服过程

电离室信号2RG、2RT和2TA、2TB伺服导向线圈2R、2T，控制电子束进入偏转系统的轴心位置，实现电子束经过靶窗中心，控制射野的对称性和平坦度。2R、2T还补偿地磁场及万有引力等因素对电子束流轨迹的影响，这种补偿与机架转角一一对应，形成机架旋转补偿表2R LUT(Lookup table)和2T LUT。2R、2T误差信号分别是2RG/2RT和2TA/2TB之比。2R电路闭环伺服，修正后的实时误差信号用于确定i164 2R I ctrl的part 142伺服增益，实时控制2R线圈电流。2T电路开环控制，i165 2T I ctrl的part 142伺服增益设置为0，来自电离室2T的实时误差信号并不用于控制2T线圈电流，而是用part 1加LUT表中的偏置值控制，在调试过程中，part 142临时输入一个值以形成2T LUT表。2R、2T伺服通道为电离室→SIB PCB→SCC PCB→AI PCB→LCS：i127 2R Err(i128 2T Err)→LCS：i164 2R I ctrl(i165 2T I ctrl)→LCS：i556 2R I set(i557 2T I set)→UMD PCB→2R(2T)线圈。

内驼峰(Inner Hump)和外驼峰(Outer Hump)信号伺服电子枪灯丝电流。在X辐射模式控制灯丝电流恒定，从而保持X辐射能量恒定，在电子辐射模式微调灯丝电流从而保持电子辐射剂量率恒定。在X辐射模式，电子束击靶产生的X射线射野强度的原始分布呈球冠状，经均整器得到均匀的射野分布。均整器呈平坦圆锥状，其中心厚而边缘薄，不同能量的X射线穿透特定均整器的本领不同。如果能量偏高则电离电流IInnerHump＞IOuterHump，根据能量-负载特性V=ABI，V为名义加速电压即电子能量，I为负载强度即灯丝电流，A、B为常数与具体加速管构造相关[5]。在特定微波注入功率的前提下，此时应增加枪电流来降低能量。如果能量偏低则电离电流IInnerHump＜IOuterHump，此时要减小枪电流来提升能量。只有在能量正确时才能得到平坦度符合要求的射野分布。反之，能量的改变也会引起平坦度的改变，从而引起导向伺服信号的改变，这种冲突的解决办法是让枪伺服的时间常数远大于导向伺服的时间常数[1]。IInnerHump-IOuterHump的差形成i546 Gun Diff，并生成i538 Gun I Set实时调整枪灯丝电流以保持能量恒定。在电子辐射模式，照射野由电子束直接散射而来，束流强度只有X辐射模式下的1%数量级，枪电流的改变不会明显改变电子能量，但会明显改变电子野的剂量率[1]。表征剂量率的IInnerHump信号i190与预置参考电压i187 Dose level(电压值与相应电子能量对应)比较形成误差信号i546并生成i538。枪灯丝伺服通道为电离室→SIB PCB→SCC PCB→AI PCB→LCS：i546 Gun Diff→LCS：i327 Gun I ctrl→LCS：i538 Gun I set→UPD PCB→灯丝变压器。

1.4.2 Clinac 2300CD机伺服信号处理与伺服过程

电离室信号用作位置(POS)导向线圈、角度(ANG)导向线圈及PFN伺服。POS线圈位于加速管末端，导向电子束进入偏转(Bend)磁铁的中心位置，即最后打击在靶窗中心。电子束位置偏差(垂直入射但不在靶窗中心)主要影响射野边缘剂量(对称性)。由于电子射野直接由电子束散射而来，因此POS伺服只施加于X辐射模式，POS R、POS T线圈的伺服信号分别是(E-F)和(G-H)。ANG线圈在偏转磁铁内，ANG T位于一级偏转前，ANG R代替二级偏转。±3%能量裂缝位于一级偏转后，因此ANG R线圈的调节范围就是名义能量的±3%。电子束角度偏差(电子束流在靶窗中心但不垂直于靶平面)主要影响射野中心剂量(平坦度)。ANG R、ANG T线圈的伺服信号分别是(A-B)和(C-D)。导向线圈伺服误差信号处理分成R通道和T通道，(A-B)和(C-D)分别在B15、B16板生成。(E-F)和(G-H)分别在B19、B20板生成。编程板上4个电位器R6、R7、R8及R9分别调整ANG R、ANG T、POS R及POS T，分别在B15、B16、B19及B20板上开关S1处与误差信号相加后作为脉宽调制(PWM)激励电源的输入信号以控制各个线圈的电流。调整时S1接地不加误差信号，外置水箱扫描仪，将实际剂量曲线调整到标准以内。工作时误差信号闭环伺服并微调线圈电流，保持电子束无位置和角度偏差。PMW电源有相同4块，位于立架(stand)上的附加电子柜，每块板有4个通道Ch，XA3插槽的Ch2、Ch1和XA2插槽的Ch2、Ch1分别激励线圈ANG R、ANG T和POS R、POS T。每个线圈均串接1个0.1 Ω电阻以实时监测线圈电流。

PFN伺服根据1通道剂量脉冲cMU1调整PFN电压PFN V，补偿因相关部件热效应所引起的微波功率变化，优化加速管输出，保持能量恒定、正确。PFN V的伺服范围是能量-负载特性上工作点的±3%，对应于偏转磁铁中的±3%能量裂缝。64个AFC触发脉冲为cMU1的一个采样周期，前后32个AFC触发脉冲各为一个采样间隔，前半段的采样计数从1递增，后半段的采样计数从前半段的计数值递减，每个采样周期结束后计数器清零并开始下一周期计数。若辐射强度减小，则后半段计数不过0，若辐射强度增加，则后半段计数过0。伺服开始，PFN伺服电压PFN PROG置于中间值5.5 Vdc并以每个计数周期0.1 V步距逐渐减小，直至辐射强度开始减小，然后反转以每个计数周期0.156 V步距增大PFN PROG，直至辐射强度开始增大时又反转减小PFN PROG。当PFN PROG达到均衡时，继续在最大剂量点上下波动。最大剂量点的PFN编程电压PFN V PROG来自编程板的电位器R1，调试时PFN伺服板上开关S1接地，剂量率最高点即是最大剂量点。正常工作时，PFN V PROG与PFN PROG相加生成PFN控制信号PROG VOLTS，此信号在调制器的PFN DeQ放大器板与实时PFN V的3000：1取样值比较，一旦取样值等于PROG VOLTS则产生触发脉冲使DeQ闸流管导通从而停止向PFN充电。

1.4.3 伺服信号质量保证与维护

Precise机的2R、2T属于位置导向，由于导向后电子还要被加速较长距离，因此引入LUT表，又由于在机架角0°时，T方向万有引力等因素的影响忽略不计，所以2T采用开环控制，避免机架转角时难于生成LUT表。Precise机不设角度导向，在X射线辐射模式运用均整器特性，通过枪伺服使能量恒定，保证电子束垂直入射靶平面，从而保证了射野的平坦度，所以不用PFN伺服。位置导向的作用是使电子束通过靶窗中心，因此Clinac 2300CD机在电子辐射模式脱开了位置导向。对射野均匀度的调节，在X射线辐射，Precise机是通过调整位置导向和枪电流来调整对称性和平坦度，而Clinac 2300CD机则分别调整位置导向和角度导向。在电子辐射，只需电子束垂直通过靶窗而无论其是否在中心位置，Precise机调整位置导向而Clinac 2300CD机调整角度导向。针对能量恒定，两类机型均在能量-负载线上伺服，但Precise机间接伺服负载，而Clinac 2300CD机直接伺服能量。照射野的均匀度包括平坦度和对称性，两者并不绝对，在量化参数上会互相影响。

针对Precise机的极板裂纹或穿孔，可通过吊起机头查看伺服极板情况。以辨析的角度，应从配对灵敏体积电离电流相等的原则出发进行诊断。选6X射线能量，分别将i181 Gun servo control、i183 2R servo control和i184 2T servo control置于manual，用类似MapCheck的快速扫描仪，将对称性和平坦度调整到最佳且合标，查看i166、i190和i191；i192和i193；i194和i195，看是否稳定或相等。

对于Clinac 2300CD机的极板穿孔，会出现断开伺服可以将对称性调整到2%以内，而加上伺服后的实际剂量曲线对称性反而超标且不报连锁EXQ。此时电离室已不能使用，但关键是如何发现这种情况，否则会出现对称性长期偏差过大的剂量学风险，建议每周对6X射线能量作对称性监测，而不是GBZ 126-2011所规定的6个月[14]。

1.5 温度与气压的监测校正

Precise机采用开放式电离室，需要作环境温度与大气压强校正。气压i558 Pressure 1和温度i224 Dos.temp 1信号来自PSB/DPT PCB，而气压i559 Pressure 2和温度i226 Dos.temp 2信号来自SIB PCB。PCB上的压电转换器PS1将气压值刻度成电压值，转换关系为(7.58±0.19)mV/mBar。温度传感器热敏电阻位于电离室安装短臂，10 V参考电压经热敏电阻与R1并联后再与SIB PCB板上电阻R99分压得到i226 Dos.temp2信号。

2 讨论

医用直线加速器的能量特性属于剂量学特性，参数为X射线辐射百分深度剂量曲线的dMAX和电子辐射的电离深度，但都无直接相关的剂量学连锁项目[2-3]。本研究分析了剂量监控系统中的能量稳定机制，即Precise机中基于电离室信号Outer Hump和Inner Hump的枪伺服，Clinac 2300CD机中基于电离室信号A+B的PFN伺服，以及ANG R线圈代替二级偏转的伺服机制。实际上都是基于射野均匀性连锁项目，对于标称能量E0微小波动的稳定，机制上都是对射束偏转后出射角度的纠正。偏转电源电流精度达1/1000(0.1%)，表明偏转系统的作用不仅是能量筛选，也是最重要的能量稳定机制。反之，如果出现射野均匀性连锁，而剂量监控系统正常，则要从偏转系统查找故障原因。

3 结语

本研究在分析医用直线加速器电离室构造原理的基础上，提出剂量学系统的质量保证调试方法，进而为建立剂量学系统质量保证体系和维护维修工程学流程提供参考依据。

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Technological analysis and comparison for dose monitoring and control systems of two types of linear accelerators/WANG Ming-huai, TANG Zhi-quan//China Medical Equipment,2017,14(5):27-33.

Objective:To analyze and compare the dose monitoring and control systems of two types of medical linear accelerator systematically from the view of mechanical and electrical engineering, and establish the method of the quality assurance of the dosimetry system and the solution in the routine maintenance.Methods:To systematically compare and analyze the system of dose monitoring and control for two types of linear accelerators (Precise Elekta and C-series of Varian Medical Systems) from twofold aspects that included machine physics and electric engineering of medical linear accelerators.Results:The monitoring system that took ionization chamber as center was established between connotation of machine physics and concrete realization of electromechanical engineering, and explained the difference and similarity between open type and sealed type of ionization chamber, and the theory that Precise series needn't be serviced by PFN.Conclusion:Based on the analysis of ionization chambers structure of medical linear accelerators on the principle of quality assurance system, proposed dosimetric testing and adjustment method, and provide reference for the establishment of quality assurance system and technical procedures of the maintenance engineering.

Medical linear accelerator; Dose monitoring and control; Ionization chamber; Dosimetry; Beam steering

王明槐,男,(1973- ),本科学历，工程师。玉林市红十字会医院设备科，从事医疗设备管理和医用直线加速器维修工作。

2016-12-08

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.008

①玉林市红十字会医院设备科 广西 玉林 537000

②四川大学华西医院肿瘤中心 生物治疗国家重点实验室 放射物理技术中心 四川 成都 610041

*通讯作者：tangzhiq@163.com