医用直线加速器信号电缆故障的检修方法

林治学，王忠文，王 克，赵永军

（1.辽宁省肿瘤医院，中国医科大学肿瘤医院放疗科技师组，沈阳110042；2.昆明医科大学第三附属医院，云南省肿瘤医院放疗中心，昆明650118）

0 引言

医用直线加速器作为肿瘤放射治疗的主要设备之一近年来得到蓬勃发展，国际上两大医用直线加速器生产商瓦里安和医科达分别推出了基于全数字化平台的新机型[1-2]。而在此之前厂家供应给医院临床使用的医用直线加速器数字化程度并不高，也就是说目前在我国投入临床治疗使用的医用直线加速器大多数仍为非全数字化机型。此类机型随着服役时间的增加，将面临着一个共同的问题，即传输模拟信号的电缆老化、磨损所引发的各类故障。

医用直线加速器正常运转时会产生并检测几十个甚至上百个模拟信号（电压或者电流信号），这些信号一部分由各部件产生经电缆传送到控制系统，另一部分由控制系统产生经电缆传送到各个响应器。电缆主要包括信号电缆（多芯电缆）、同轴电缆和电源电缆。一旦某一信号丢失或者错误，控制台就会发出联锁信号，中止治疗，而这些信号很有可能因信号电缆损坏而误报联锁。因此，信号电缆损坏引发的故障现象各式各样，所有与模拟信号有关的部分都可能被误报联锁。本文以瓦里安医用直线加速器为例，按电缆分类分析各部分传输的模拟信号，并结合故障检修实例详细介绍由信号电缆磨损引发故障的检修方法。

1 信号电缆基本情况及常见故障判断步骤

以瓦里安2300 C/D、23EX 型医用直线加速器[3-4]为例，借助瓦里安公司提供的加速器系统图纸，详细分析通过电缆传输的模拟信号及其异常后引发的联锁。由于不同机型的差异，这里只列信号电缆标号，各信号所经过的电缆对于不同机型基本一致，具体还要以实际加速器的系统图纸为准，此处提供的标号仅供参考。

1.1 信号电缆基本信息

瓦里安医用直线加速器系统图纸中的名称见表1，下文中均以图纸中对应的英文名称表示，以便于查阅图纸时对应查找。

CONSOLE、AUX ELEC、GANTRY P/P、ION CHAMBER、COLL P/P 等之间存在联通的电缆。其中AUX ELEC 到GANTRY P/P 和AUX ELEC 到COLL P/P这两部分以及一些单独走行的信号电缆经过机架旋转中心，当机架在治疗过程中频繁转动时，这几条电缆会受到磨损。瓦里安医用直线加速器的穿行结构设计为：所有穿过机架旋转中心的电缆用一块绝缘布包裹起来，靠近旋转机架一端用一个内附橡胶的圆环套住并悬于半空，使其在随机架转动时不会碰到钢架部分，靠近固定机架一端用一个圆弧形塑料托架托起所有电缆，使其不接触钢架部分。其他电缆均处于相对固定的空间（如固定机架内部空间、旋转机架内部空间或者机房地沟之中），在加速器使用过程中一般不会受到磨损，只会随时间推移渐渐老化。从医用直线加速器结构上看，所有旋转机架上的电源电缆、信号电缆、冷却水管路、绝缘气体（SF6）管路都需要经过旋转中心，因此所有与旋转机架上的部件有关系的联锁都有可能是信号电缆磨损造成的，但水管和波导管有旋转接头，很少因为机架转动而损伤管路，即使有相关联锁，一般也不考虑是由管路磨损造成的。与机架上部件有关的联锁[3-5]有很多，如GFIL 联锁、EXQ1 和EXQ2 联锁、HWFA 联锁、VAC1和VAC2 联锁及ION1 和ION2 联锁等。

表1 医用直线加速器系统图纸中的中英文对照

穿过旋转中心的电缆主要有GANTRY P/P 到AUX ELEC 的信号电缆W13、W15、W32 和W57，COLL P/P 到AUX ELEC 的信号电缆W14a 和W14b，GANTRY P/P 到MOTHERBOARD 的信号电缆W59，偏转磁铁的电源电缆W49，加速管聚束线圈电源电缆W51，枪电流信号同轴电缆W88，靶电流信号同轴电缆W89，以及电离室信号电缆W23 和W109。

在GANTRY P/P 到AUX ELEC 这一段连接中，分析各电缆上信号及可能引发的联锁可知：W15 与UDR1、UDR2、UDRS、GFIL、ENSW、TARG 联锁有关，W13 与HWFA、COLL、VAC1、VAC2、ION1、ION2、BMAG、CARR、FOIL、UDR1、UDR2、UDRS 联锁有关，W32与CARR、FOIL、UDR1、UDR2、UDRS、GFIL、CLFA、CKFA、FLOW、GFIL 联锁有关，W57 与TARG、EXQ1、EXQ2、UDR1、UDR2、UDRS、CARR、FOIL、COLL、IPSN 有关。

在COLL P/P 到AUX ELEC 这一段连接中，分析各电缆上信号及可能引发的联锁可知：W14a 与ACC、HWFA 联锁以及附件接口板上LED 绿灯不亮、运动锁定无法复位、复位键红灯不亮有关；W14b 与光距尺和射野灯不亮、X 和Y 准直器不能运动、MLC 联锁、X 和Y 准直器不能锁止以及附件接口板上LED指示灯不亮有关。

ION CHAMBER 信号通过一捆（8 根）同轴电缆传输，从控制台到电离室分为2 段，标号分别为W23和W109。这2 段同轴电缆如有损坏，会出现剂量学联锁，如EXQ1、EXQ2、DS12 等联锁。

偏转磁铁电源电缆由固定机架上BMAG 电源盒（或者三合一电源盒）连接到偏转磁铁线圈上，标号为W49，该组电源电缆如有损坏，会出现BMAG联锁或EXQ1 等剂量学联锁。

加速管聚焦线圈电源电缆由固定机架上Accelerator Solenoid 电源盒（或者三合一电源盒）连接到Solenoid Panel 上，此段标号为W51，若该电缆损坏，会导致剂量率不足，出现UDRS 等联锁，从SERVICE面板上可观察到SOL I 的数值变化。

1.2 信号电缆故障的判断步骤

信号电缆故障多数是使用过程中逐渐磨损导致线芯虚连或者与地短路，所以故障现象常常不稳定，或在转动机架时出现。出现故障时与转动机架有直接关系，也就是说可以通过转动机架复现故障现象。检修时将机架停到出现故障的角度，扯动旋转中心的电缆（当不确定哪一根出故障时，就扯动所有穿过的电缆），尤其注意疑似与故障有关的电缆，观察故障现象是否变化（如某一瞬间故障消失）。在故障出现时尽量不动机架角度，拆开与故障相关的电缆两头的接头，用万用表测量其对应线芯的通断以及是否存在短路。确定线芯存在故障后，再进行下一步维修。检修流程如图1 所示。一般信号电缆两边的接头（根据针数有所不同）和换芯所用的退针器如图2、3 所示。

图1 不稳定故障检修流程

图2 常见信号电缆接头

图3 2种常用退针器

2 故障维修实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

机架处于30～180°时，10 MV 能量无法出束（瓦里安2300C/D 型医用直线加速器）。

2.1.2 分析与检修

故障时，查看SERVICE 面板中加速器模拟参数，发现“GUN V”数值过低，正常10 MV 能量对应电子枪高压应为12 kV 左右，但实际只有5 kV。检查电子枪冷端控制板，显示“RUN OK 3”，表示电子枪运行6 MeV 能量，而10 MV 能量应显示为“RUN OK 1”。通过切换能量测试，在故障时能量编码产生相应变化，根据4 位二进制编码规则，二进制0000～1000 对应十进制0～8，分别指示加速器0 至8 挡能量。正常和故障时二进制编码详见表2、3。

由表2 可见，故障时，第3 位二进制码始终为1，推断为信号电缆故障。一般传输二进制码时，高电平为1，低电平为0，上拉电源的存在导致断路悬空时信号为1。此故障应为第3 位二进制码信号电缆断路所致。查看图纸发现，该信号从GANTRY P/P 上J2接头的15 号芯经由标号W32 的电缆连接至AUX ELEC 背板上J42 接头的15 号芯，用万用表测试验证其确实为断路。采用换芯的方法进行维修，查看图纸得知该电缆中13 号芯为空闲芯，用一字螺丝刀拆开电缆两头接头，再用退针器分别将2 个接头的13号芯和15 号芯对换（在电缆接头上做好标记），恢复安装后故障排除。

表2 正常时二进制编码表

表3 故障时二进制编码表

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

转动机架时，出现VAC1 联锁（瓦里安2300C/D加速器型医用直线加速器）。

2.2.2 分析与检修

观察机架上指针真空表，发现指示的数值良好，故障应为信号通信故障。查看图纸，发现ILVAC1 信号是从GANTRY P/P 上的J1 接头的5 号芯经由标号W13 信号电缆连接到AUX ELEC 背板上J45 接头的5 号芯。用万用表测试验证这一段信号电缆中5 号芯确实不通。采用换芯的方法进行维修，利用20号空闲芯与5 号芯对换（维修后做好标记），恢复安装后故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

机架在270°附近出现BMAG 联锁（瓦里安2300C/D 型医用直线加速器）。

2.3.2 分析与检修

由于此故障与机架角度有关，首先怀疑联锁信号电缆故障。进入维修模式，屏蔽BMAG 联锁，尝试出束，有射线但剂量率低，考虑偏转磁铁工作异常。观察模拟参数面板发现，BMAG I 数值减小。进入治疗室内，观察固定机架上BMAG 电源盒上数字表显示，正常时读数为1.9，此时为0.89，说明偏转磁铁线圈上电压被拉低。仔细检查机架转动轴附近偏转磁铁线圈的电源线，发现线皮磨损，在机架处于270°附近时，电源线与地短路，导致故障。维修时用橡胶包裹破损的地方，再用绝缘胶布加以固定，恢复安装后故障排除。

2.4 故障四

2.4.1 故障现象

机架在270°附近出现HWFA 联锁（瓦里安23EX型医用直线加速器）。

2.4.2 分析与检修

故障时，在维修模式可以观察到X1 光栅数值会跳到9.5，触发HWFA 联锁。将机架停在270°，拆开外壳，用万用表测量电位器抽头电压，电压为0 V，对应X1 光栅位置读数为9.5，怀疑该电位器抽头的信号线对地短路。经测量，该信号线确实存在短路。为排除其他信号干扰测量，将加速器急停，再次测量仍为短路。检查AUX ELEC 到COLL P/P 之间的信号电缆W14a，发现其在机架转动轴的位置磨损破皮，导致线芯对地短路。维修时，确保该线芯通路，并且不对其他线芯或屏蔽层短路后，将其磨损处做好绝缘并加以固定，并将该条电缆用扎带束缚于其他悬空电缆上，避免再次磨损，恢复安装后故障排除。

2.5 故障五

2.5.1 故障现象

机架转动时，出现GFIL 联锁（瓦里安2300C/D型医用直线加速器）。

2.5.2 分析与检修

治疗期间，转动机架后出现GFIL 联锁，此时电子枪冷端枪控制板上DS2 和DS3 指示灯不亮。来回转动机架，发现指示灯时亮时不亮，说明此故障与信号电缆有关。故障时，查看电子枪控制板上errors 选项，显示热端所有电压均不正常。将机架停于故障角度，用手扯动转动轴位置的电缆线，可以观察到电子枪控制板上DS2 和DS3 指示灯偶尔能亮，进一步说明这是信号异常造成的故障。

查看图纸，经过机架旋转轴的电缆中的一个名为VAC/WTR 的信号影响电子枪热端电源，该信号从CONSOLE 发出，经过AUX ELEC 到GANTRY P/P，再到电子枪冷端。经过分段测试，该信号通路中从AUX ELEC（J42 接头的21 号芯）到GANTRY P/P（J2接头的21 号芯）这一段信号电缆中21 号芯存在断路，导致不稳定故障。维修时，采用空闲芯替换的方法，恢复安装后故障排除。

2.6 故障六

2.6.1 故障现象

6 MeV 能量电子线剂量率低，出现UDRS 联锁（瓦里安23EX 型医用直线加速器）。

2.6.2 分析与检修

进入维修模式，关闭剂量伺服，打开电子枪电动机，尝试通过调整枪电流、RF Driver 功率和AFC 来提高剂量率，但不能提高到额定数值（设定剂量率为500 MU/min，最多调整到40 MU/min 左右）。由于此故障在治疗中突然出现，并且是在转动机架后出现，怀疑由电缆故障引起。屏蔽MOTN 和KEY 联锁，出束的同时转动机架，发现机架角度在90～180°时剂量率恢复正常，其他角度均存在故障。将机架停在故障角度，抖动转动轴附近电缆尝试出束，故障并未消失。对比故障状态和正常状态机器模拟参数发现，BUN R 数值在故障时有明显变化，而BUN 导航线圈没有伺服控制不应有变化，ANG R 数值也存在变化。关掉ANG 和POS 伺服，再出束时，束流对称性变得很差，出现EXQ1 联锁。此时怀疑BUN 导航线圈工作异常，导致束流偏离中心轴，而ANG 线圈由伺服器控制，自动将其向中心纠正，但偏离程度超过其调节范围，故导致剂量率降低。

先检查BUN 导航线圈，断开线圈电源，测量其阻值正常，接通电源测试，发现BUN R 线圈上电压异常。查看图纸，找到BUN R+和BUN R-信号分别由W57号信号电缆中7 号芯和8 号芯传输，该信号电缆连接GANTRY P/P 的J3 和AUX ELEC 的J40，穿过机架旋转中心。检查发现这2 个线芯均对电缆屏蔽网短路，导致BUNCH R 导航线圈上电压异常，引起故障。维修时采用空闲芯替换的方法，恢复安装后故障排除。

此次故障中，BUN R+和BUN R-信号失效时，应对所有能量造成影响，但除了6 MeV 能量之外，其他能量的BUN R 数值本来就很接近0 V，所以即使短路也没有造成太大影响，加上ANGLE 导航线圈的辅助，并未表现出故障，而6 MeV 能量的BUN R 数值大，受到的影响大，因此表现为单一能量故障。错误表现出的单一能量故障可能会对检修思路产生误导，但故障中存在与机架角度有关这一事实，抓住这一点仍然可以迅速锁定故障原因，快速排除故障。

3 小结

信号电缆虚连属于软故障，时好时坏，有时停机维修却难以复现故障，而正常治疗时时而出一次故障，影响患者治疗。对于这种情况，要注意多观察故障现象，收集信息，必要时做诊断性维修，将怀疑存在故障的信号电缆线芯替换后再观察。如果故障不再出现，则证明判断准确；如果故障仍会出现，还要再观察、分析，进一步检查，直至找到故障所在。

通过了解信号电缆所承载的信号以及该信号缺失或异常后会出现的故障现象，能够在出现不稳定故障时快速锁定故障原因，节约检修时间，从而保证患者正常治疗。