瓦里安C系列直线加速器次要剂量连锁的故障判断与维修

严维江，周杰

连云港市第二人民医院 放疗科，江苏 连云港 222023

引言

目前恶性肿瘤的治疗手段主要包括手术、化疗、放疗、分子靶向等治疗方法[1]，而放射治疗的主要治疗方式是利用医用电子直线加速器实现肿瘤外照射的精确放疗[2-3]。瓦里安C系列直线加速器机器不管在机械精度还是在剂量准确性方面都有较好的表现，机器本身自带故障报错功能，这也为日常的保养和维修提供了便利[4]。但因直线加速器自身结构和原理复杂，经常发生的连锁多达上百种，只要加速器存在任何一种连锁，就不能正常开机治疗[5]。如何利用有限的时间，快速找到故障原因并抢修成功，从而不耽误肿瘤患者的正常治疗，是维修工程师所面临和急需解决的问题。

1 设备原理

医用电子直线加速器基本原理是利用微波电磁场对电子进行加速，电子束经偏转磁铁偏转，产生高能、高发射率的电子，再经均整、扩散和准直达到治疗部位。医用电子直线加速器主要包括电子枪，微波系统，束流传输系统，稳频、温控及充气系统，真空系统，高压脉冲调整，辐射系统，剂量监测系统，机械系统，控制系统等几大部分（图1）。

图1 医用电子直线加速原理图

医用电子直线加速器的连锁可分为主要连锁、次要连锁以及剂量连锁三大类。常见的连锁有HVOC、PUMP、HWFA、GFIL、UDRS、UDR1、UDR2等[6-8]，根据日常的使用和维修经验发现，UDR1、UDR2连锁是瓦里安C系列直线加速器出现概率比较高并且故障原因多且电路复杂的连锁[8-10]。该连锁是剂量率不稳定或无剂量情况下出现的故障连锁，靶、调制器、电子枪、速调管、加速管、驱动等系统产生的故障都会导致此连锁[11-12]。

2 瓦里安C系列直线加速器次要剂量连锁故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

加速器在患者治疗过程中，选择能量6 MV、剂量率300 MU/min等相对应的参数。正常出束后，剂量率一直在100 MU/min左右，始终达不到300 MU/min，10 s后界面出现UDR1、UDR2提示，机器不能正常使用。

2.1.2 故障分析

根据随机手册安全连锁说明显示，当治疗剂量率低于阈值即设置值的80%时，UDR1、UDR2在10 s内出现。仔细对维修图纸进行分析，此连锁主要跟自动频率控制（AFC）、脉冲调制（PFN）、微波驱动器三个因素相关[6-13]。进入维修模式后，选择6 MV能量，设置与出现连锁时相同的剂量率、MU和时间，出束状态时观察界面中Display项目栏里机器PFN VOLT、GUN I、GUN V、RF DRIVE以及AFC DIFF五个数值并记录，观察发现五个数值中，GUN I、GUN V、RF DRIVE和AFC DIFF显示正常，PFN VOLT的值在出束后直到连锁出现最高显示值35.52，低于正常参考值41.00左右。接下来调节控制柜中的6 MV能量板的PFN电位器，调节数次后PFN VOLT最高值也只达到36.42，未能达到正常值范围。根据以上分析，脉冲调制器可能发生故障。

2.1.3 解决方案

结合脉冲电路图（图2）进行原理分析发现，整个脉冲调制器主要由四个继电器控制，即K1、K2、K3、K4继电器，在维修模式下6 MV能量的参数除了PFN VOLT异常外，其他参数均正常，现将能量调到15 MV，输入与6 MV相同的剂量率、MU和时间，出束时也出现了同6 MV一样的问题。这时推断单独控制低能量的K3继电器和单独控制高能量的K4继电器应该是正常的，若K1损坏不会存在出束的情况，所以下一步排查K2是否有问题。再次进入维修模式，将UDR1、UDR2连锁旁路（如果出现UDRS连锁也同时旁路），输入数值后出束，此时安排一人在配电房里观察K1、K2的运行情况，发现在出束过程中继电器K1正常闭合，而继电器K2未发生闭合。接下来用万用表测量K2的线圈电压（AUXILARY POWER PCB中J2-1）显示值为115 VAC，这说明问题就在K2继电器上。将K2继电器拆下，测量线圈电阻，显示其断路，接下来更换新的继电器后，机器出束后未出现UDR1、UDR2连锁，剂量率也恢复到300 MU/min左右，机器正常工作，此时说明故障完全解除。

图2 脉冲电路图

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

加速器在治疗过程中，会出现UDR1、UDR2连锁，等一段时间后又自行恢复正常，但是机器运转时间越长，机架转动次数越多，该连锁出现频率越高，此故障为软故障。

2.2.2 故障分析

再次出现UDR1、UDR2连锁时，进入维修模式，旁路UDR1、UDR2连锁后出束，用示波器测量KLYI、BMI、LD PWR2、GUN I、FWD-PWR、HVPS的波形，由于此连锁出现时间较短，进入维修状态后，出束时可能显示正常值也可能出现连锁，因此只能观察几十秒时间，每次也只能检测出一个波形。经过一段时间的观察和检测，得到了15 MV在正常状态下和有连锁状态下的波形，并发现只有LD PWR2波形在故障出现时有异常，其他波形在有无故障时均保持波形不变（图3），然后观察发现RF中心频率在待机和出束状态下变化不大，但在维修模式下菜单目录DISPLAY- Analogy-Machine-AFC DIFF中AFC DIFF值为10左右（正常值应该-10左右，并随出束时间加长，AFC DIFF的值慢慢变大），综上所述，说明AFC系统可能出现问题。

图3 正常状态下与故障状态下的波形图

2.2.3 解决方案

AFC控制分手动和自动两种模式（图4），出现连锁时，6 MV时将开关拨到手动（OFF状态），出束正常。因15 MV受AFC影响较大，当15 MV时将开关拨到手动（OFF状态），出现连锁，无法出束。然后缓缓旋动MAN，发现LD PWR2的波形可以调节，调至LD PWR2的波形正常，出束也正常，这说明AFC自动控制有问题。从图4可以看出是由AFC & Gun Pulse和AVCR AFC两块电路板控制，其余为母版转接和电缆连线。这两块电路板瓦里安加速器随机带有备板，换上新的电路板，故障仍然存在，说明不是这两块电路板出现故障。接下来通过示波器量AFCA、AFCB波形信号，发现AFCB波形信号异常，此时说明AFCB通路有故障。W15是机身和机头之间的一根电缆，由于机器使用时间较长，机架使用频繁，首先要检查W15连接线。拔下W15连接线后测量第25根信号线，发现25号既通同时又不对外壳接地，W15电缆有37根线，其中有一些是空的，确保一根导通的情况下，与第25根交换，问题依然存在，说明不是W15连接线的问题。在故障排查过程中发现，在电子枪控制部分的冷端（即插AFC &GUN Pulse板一端）的外壳如果不盖上，出现连锁频率大大降低，并且发现Gun Driver Backplane 电路板下半部分固定，上半部分没有固定，同时还有点晃动，这种情况极易导致电路板有虚焊点或者连接损伤。当再次出现UDR1、UDR2连锁时，尝试晃动此电路板，连锁会消失。将电子枪控制部分从机架中拆出来（特别注意放电），肉眼没有发现虚焊和连接线损伤痕迹（母版Gun Driver Backplane是多层板，连线在里面），用万用表测量，导通无异常。因为虚焊点本身就难以测量出异常，所以只能将J2-3与AFC &Gun Pulse的J6-13C，以及J9与AFC &Gun Pulse的J6-4C重新旁接两根信号线，这样就可以解决虚焊和连线损伤的问题。重新将电子枪控制部分安装好，开机预热，出束正常，此现象未再发生，此故障得以解决。

图4 AFC控制流程图

3 讨论与总结

在日常的使用过程中，瓦里安C系列直线加速器出现UDR1、UDR2连锁的原因很多，也有同行详细介绍过，如徐升等[14]介绍瓦里安2300 C/D型直线加速器在治疗过程中，剂量率突然为0，系统提示出现UDR1、UDR2连锁，故障原因是RFDR微波源出现故障。尹述含等[15]分析瓦里安CL23EX型加速器在机架转至80°～107°之间，机器不出束，出现UDR1、UDR2连锁，故障排查显示是电缆W13第31脚线断开所致。卢联中等[16]介绍瓦里安Clinac23EX直线加速器出现UDR1、UDR2连锁的两种原因，一是由于加速管漏真空导致，二是由于W15电缆断开导致。赵永军[17]介绍的瓦里安Clinac ix直线加速器出现UDR1、UDR2连锁的原因是RFDR电位器故障。以上所述情况中出现UDR1、UDR2连锁时，加速器表现为治疗过程中剂量率突然为0，或者在某一角度范围内不出束，而故障原因大多是RFDR故障以及电缆接触不良或断开。

而本文中的故障一中出现UDR1、UDR2连锁时剂量率表现为偏低而不是0，进入维修模式也只是发现PFN VLOT值显示为35.52，略低于正常参考值41.00（图2），如果维修工程师对该参数的正常参考值不是很清楚的话，就难以判断出PFN可能发生故障，继而查找出继电器K2出现损坏。故障二中是在治疗过程中时不时出现UDR1、UDR2连锁，但又能自行恢复正常，属于维修中的软故障，维修起来耗时长，但从机器使用时间越长，机架转动越频繁，出现连锁次数增加可以初步判断故障可能是由连接线接触不良导致的，再进一步分析比较各参数波形，从而最终查找出AFC系统中连接线接触不良或者虚焊。

同一故障现象，可能是多种原因导致，只有熟悉机器各部原理和功能，仔细观察故障现象，才能将故障缩小范围，再结合随机手册，做到事半功倍地排除故障，本文介绍了次要连锁UDR1、UDR2故障和维修思路分析，希望能给广大医学维修工程师提供参考借鉴。