瓦里安Unique直线加速器治疗头旋转故障案例分析

陈 鹏 马蕾杰 刘 冰 刘 晗 雷宏昌*

Unique直线加速器(美国瓦里安公司)是一种用于肿瘤精确放射治疗的低能医用直线加速器，其主要产生单能量为6 MV的X射线，多配备120片多叶光栅和图像引导系统，可实现三维适型调强放射治疗和容积调强放射治疗等。相比高能加速器其具有结构简单、可靠高效等优势[1]。郑州大学附属肿瘤医院放疗科的Unique直线加速器在治疗过程中遇到过3例治疗头旋转故障，故障现象均为旋转过程中时断时续，随着运动时间加长，停止频率增多直到不运动，但停止一段时间后又可运动，且出现该现象时加速器不报连锁，无故障代码。虽然三次故障现象都相同，但每次处理结果并不相同。为此，对3例故障案例进行总结，供同行参考。

1 加速器治疗头的结构与作用

加速器治疗头内由辐射光学模拟系统(射野灯和反光镜)、一对上准直器、一对下准直器、多叶光栅以及附件盘等组成。其主要作用是将辐射束流限制在一定的区域内，并取得临床中所需要不同尺寸、不同形状的照射野[2]。治疗头的旋转驱动组件安装在其旁边的正前方，通过减速电机和齿轮链条传动驱动治疗头旋转，可得到不同角度的照射野。为防止治疗头连续向同一个方向旋转造成电缆线扭转损坏，设计旋转限位保护装置，即两组微动开关和橡胶缓冲块。

2 故障分析

2.1 故障案例一

(1)故障分析。此故障可从控制部分和驱动部分两方面着手，除治疗头旋转外其他运动部分都正常，所以首先排除该现象控制部分无问题，着手检查驱动部分。驱动信号流程如图1所示。

治疗头旋转控制信号至PWM板后通过CH3 13c，11c输出22.8 V左右的直流电压，经过AUX BACK PCB J45-15，16到Gantry Patch Panel的J23-15，16进，经该板J33-1，3出，送到治疗头旋转电机。驱动治疗头旋转时该流程各个节点均有22.8 V左右的直流电压，当治疗头旋转至逐渐停止过程中电机两端、J33-1，3、J23-15，16及J45-15，16的电压均由22.8 V逐渐减小至0 V，而在PWM板CH3输出的13c，11c电压仍为22.8 V(需要用延长板测)。因此排除PWM板故障，但为了进一步确认该判断，将XA1 PWM板与XA2 PWM板进行互换，故障现象依旧。

图1 治疗头旋转驱动信号流程图

在维修模式下查看COL MOT I值为1.1 A。因治疗头旋转电路中电流值过大且电机噪音较大，怀疑旋转电机性能降低，测量该电机线圈电阻为4.3 Ω，新电机线圈电阻为120 Ω，线圈电阻减小96%，所以断定为电机故障。查找图纸发现在PWM板CH3输出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之间两路各有1个热敏电阻RT7和RT8(0.75 A)，该电阻类似于自恢复保险丝起到过流保护器件作用。因旋转电机性能降低，至使电路中电流增大至1.1 A，超过该热敏电阻截止电流0.75 A，工作一段时间后该热敏电阻温度升高，阻值瞬间增大中断电路回路，所以PWM板输出有电压而电机不工作，停用一段时间后温度降低电阻恢复正常，电路回路导通电机又工作。

(2)故障处理。从另一台设备上拆下同型号的治疗头旋转电机并安装，治疗头旋转正常，进行校准后故障现象消失，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障分析。由于此前更换的是旧电机，怀疑该电机使用一段时间后性能降低，将全新电机更换后故障依旧，判断此次故障与电机无关。使用万用表测量驱动电路中各节点电压，在治疗头正常旋转时均有电压22.8 V左右，不能旋转时无电压且PWM板输出CH3 13c，11c也无电压。怀疑PWM板故障，将XA1与XA2的PWM板互换，XA1 PWM板CH3输出为COLL RTN(治疗头旋转)信号，XA2 PWM板CH3输出为PSA RTN(治疗床旋转)信号。开机后测试发现治疗头旋转正常，治疗床旋转时断时续，故障现象已由治疗头旋转转移至治疗床旋转，因此判断为PWM板故障(如图2所示)。

图2 PWM板H-桥驱动电路原理示图

PWM板的4个通道均由IR8200B H-桥驱动，H-桥控制60 Hz方波信号的占空比，实现脉冲宽度调制，使负载得到所需的平均功率。H-桥连续输出电流达3 A，具有过热保护功能。IR8200B的第9脚为过热标志输出信号TF0，正常时电压约为4.9 V左右，当温度升高时，电压下降，U1的11脚检测TF0信号，如果发现温度过高，则发出FAULT信号，BRAKE信号有效，限制该板输出电路[3-4]。该板中的H-桥、多路开关、放大器以及数模转换器等均可能故障。

(2)故障处理。在测量过程中发现PWM板位置正下方的散热风扇不工作，导致该电路板散热不正常，从而烧坏H-桥元器件。更换PWM板和散热风扇后，治疗头工作正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障分析。根据以往经验先测量各节点13c，11c、J45-15，16、J23-15，16、J33-1，3以及治疗头旋转电机两端电压。发现正常旋转时各节点电压均为23 V左右，当电机逐渐停止时，各节点电压均由23 V减小至0 V，而PWM输出13c，11c两端电压仍为23 V。在排除电机故障后，进一步测量PWM板CH3输出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之间这两路的热敏电阻RT7和RT8(0.75 A)时发现在正常旋转时RT7和RT8两端电压均为0.5 V左右，当治疗头故障停止时RT7两端电压0.5 V左右，而RT8两端电压25 V(电阻前端电压31 V，后端电压6 V)，治疗头旋转电机电流COLL MOTI为0.68 A，并未达到该热敏电阻的截止电流0.75 A，所以判断为热敏电阻RT8故障。

当电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻较小，串联在电路中不会阻碍电流通过；当电路因故障而出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，电阻瞬间会剧增，从而阻断电路回路而起到保护电路作用。热敏电阻器属于敏感元件，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(positive temperature coefficient，PTC)和负温度系数热敏电阻器(negative temperature coefficient，NTC)[5]。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，在不同温度下表现出不同的电阻值。PTC在温度越高时电阻值越大，NTC在温度越高时电阻值越低，二者同属于半导体器件且优点较多但相对易老化。

(2)故障处理。更换AUX.BLACK PCB上的热敏电阻RT8后进行校准测试，故障现象消除，故障排除。

3 小结

治疗头旋转故障的原因很多，如治疗头旋转限位开关故障、位置电位器故障、主次电位器不匹配(HWFA联锁)、治疗头旋转链条脱落和检测链条松紧传感器故障等[6-7]。以上3例故障现象虽然相同，但处理结果完全不同，因此当出现类似故障现象时，先要检查驱动电路PWM板，仔细观察各个信号灯指示，认真测量各节点电压，综合判断分析引起故障现象的原因。同时，日常工作中的维护与保养工作十分重要，因配备风扇的部位散热量比较大，应定期检查风扇运转情况并及时处理风扇和电路板上的灰尘，以免烧坏电路板的元器件。加强日常巡查加速器工作状况，发现问题应及时查找原因并维修，从而保障设备的良好运行。

[1]金磊.陈新建.Varian600cd直线加速器机架旋转故障分析[J].医学信息，2014，27(9)：218.

[2]顾本广.医用加速器[M].北京：科学出版社，2003.

[3]杨绍洲.2100C加速器STPS联锁的检修方法[J].医疗设备信息，2004，19(5)：69.

[4]许琨，贾辉.瓦里安高能加速器PWM板的工作原理与维修[J].中国医疗器械杂志，2011，35(6)：467.

[5]李小龙.热敏电阻的分类、特性与应用研究[J].科技展望，2016，24：104.

[6]谭庭强，李黎，李贤富，等.UNIQUE医用直线加速器故障分析与维修2例[J].中国医疗设备，2016，31(8)：164-165.

[7]杨绍洲，王胜军.VARIAN加速器维修经验的总结[J].北京生物医学工程，2004，23(4)：310-311.