医科达Synergy直线加速器故障分析和维修两例

夏林云，秦建军，王坚，严刚林

东南大学附属江阴医院（江阴市人民医院） a.放疗科；b.器械科，江苏 无锡 214400

引言

放射治疗是治疗恶性肿瘤的三大手段之一。根据文献报道，70%的恶性肿瘤患者需要放射治疗[1-2]。医用电子直线加速器是现阶段实现肿瘤远距离精确放射治疗的主流大型医用设备，担负起了90%的放射治疗任务。直线加速器包含了加速系统、束流传输系统、微波系统、机械系统、真空系统、剂量检测系统、高压脉冲调制系统、控制系统等[3-4]。我院放疗科2010年引进了一台医科达Synergy电子直线加速器。在十多年的运行过程中，此加速器各部分也出现了种类繁多的故障，本文将介绍此加速器高压脉冲调制系统和Gantry旋转角度显示单元的故障表现和修复过程，总结对于不同故障表现需采用的不同分析方法，供同行在工作中借鉴，避免在故障修复过程中走弯路。

1 高压脉冲调制器隔离板故障

1.1 故障现象

在治疗过程中，加速器突然停止出束。报故障代码：① Thy.Grid；② Diode O/L；③ HT Bellow。

1.2 分析与维修

查故障代码：① Thy.Grid提示为闸流管栅极电源故障[5-6]；② Diode O/L提示反峰过压故障，常见为磁控管严重打火[7]；③ HT Bellow提示高压脉冲变压器超温故障[8]。一般按常规方法逐个排查三个代码提示区域，但是此次三个故障代码同时出现，不能按固定思维去逐个排查，需要重点排查三电路故障概率较高的共用部分。查阅图纸发现，在MODULATOR ASSY部分，此三个信号都是由MODULATOR ISOLATION UNIT PCB输出。此模块的功能（图1）是把THYRATRON G1 MON、REVERSE DIODE O/L、MODULATOR OVERTEMP等5路连锁电信号（输入）转换为光信号（输出）。

图1 MODULATOR ASSY

此模块电路工作原理：主电源220 V输入（引脚P9、P10），作为降压变压器（T1）的初级电压，次级输出两路15 V，分别经过二极管全波整流，入三端稳压器REG2（LM7815）、REG1（LM7915）后，输出+15、-15 V电压。+15 V电压供给MODULATOR OVERTEMP等小单元电路。以MODULATOR OVERTEMP单元电路为例（图2）：如果连锁信号MODULATOR OVERTEMP无发出，P1、P2两端短接。+15 V通过电阻R15、发光二极管OPTO2以及端点P1、P2后形成回路，OPTO2发出光信号。如果连锁信号发出，相应光信号无输出，控制台报故障代码（HT Bellow）。

图2 MODULATOR OVERTEMP

采用电压逆向检查法，首先检查报错的三路光信号是否正常输出，拔出报错代码所对的三路光纤，检查发现均无光线传出。接着检查输入电源及串联在电源L端的保险丝FS34B，用万用表测得输入电压220 V正常，保险丝通路，状态均正常[9]。由此判断故障处于MODULATOR ISOLATION UNIT PCB电路单元。此电路单元分为两部分：① 5路电光信号转换；② 220 V转±15 V降压稳压电路。由于三路同时报错，重点排查公用的电源部分。打开MODULATOR ASSY外壳，目测高压电缆、反峰组件上的二极管及电阻、电解电容等元件外观状态均正常。参照电路图，准备带电测量电路板上各节点的电压值。接通220 V输入电源，首先用万用表电压档量P9、P10两端，量得电压220 V，正常。然后查输出电压，从最末端查起，如图3所示，+15 V输出端与三端稳压器REG2的输出端（V0）共点，用万用表量此点电压值为7.3 V。对照此部分电路图（图3），REG2是型号为LM7815的三端稳压器，它的作用是稳定输出+15 V电压，量得的7.3 V不正常。继续逆向逐点测量REG2的输入端（V1）与变压器T1输出端的共同节点，电压为9.8 V，而正常值应在18 V左右。由此判断降压变压器次级线圈由于工作时间过长，匝间出现短路，由此造成输出端电压不正常，故障原因已找到。更换整个MODULATOR ISOLATION UNIT PCB单元电路。接上电源，确认无误后通电，OPTO（2～6）均能正常发光，亮度正常。按图纸依次连接各光纤至OPTO（1～6），控制台三个报错信息均无，故障排除。

图3 MODULATOR POWER

2 GANTRY旋转故障

2.1 故障现象

加速器在运行过程中，出束停止。报故障代码GANTRY-70。

2.2 分析与维修

查故障代码GANTRY-70，提示有一个Gantry的位置读取错误，需要调整电位器。Gantry运行信息包含控制、速度、旋转角度和机架倾角。所有信息的显示与监测主要依赖于安装在机架导向轨下的三个电位器。一个蓝色的Wiper精密电位器，两个黑色的分别是coarse电位器和check电位器。coarse电位器和Wiper电位器由同一条固定在机架导向轨上的度数齿条带动，而check电位器由同一导向轨上另一边的齿条带动。三个电位器输出信号完全独立传输。coarse电位器两端输入10 V。Wiper电位器两端输入10 V，抽头输出电压有两路，分别是Wiper A和Wiper B。点位A和点位B相差180°，所以两端输出电压差为5 V。Gantry旋转一周，Wiper电位器滑动弧刷旋转18圈。经过计算10/18=0.55 V；0.55/2=0.27 V。所以Wiper A和Wiper B旋转一圈，coarse电位器电压变化值为0.27 V。AI12分辨率是4096 bits/10 V，所以AI12的分辨率是18/4096=0.00044圈/bit。

LCS软件可以启动和停止相关运动，还能实时动态调整运动的速度和方向。LCS控制单元读取Wiper电位器、coarse电位器和check电位器的输出信号，通过运算转换成Gantry的角度信息（Gantry 0°时，coarse输出电压为5 V）。coarse电位器和check电位器的输出电压差需≤0.2 V[10]，否则就会引起一个错误信号的报出。

把Gantry转至显示值为0°的位置，测得coarse输出电压为5 V。用电子水平仪测得Gantry实际角度为0.4°。进而用万用表测得coarse电位器中心抽头端对地电压为5.2 V，check电位器中心抽头端对地电压为4.6 V，两端电压差为0.6 V，已超过0.2 V，所以报出故障代码。按照以往维修经验，此故障是由于Gantry运行时间过长，两电位器运转产生偏差所致，只需进行电位器学习校准，故障即可排除[11-12]。根据维修手册进行电位器学习校准，再次用万用表测量coarse电位器中心抽头端对地电压为5.0 V，check电位器中心抽头端对地电压为4.9 V，两端电压差为0.1 V，未超过0.2 V。检测Gantry实际角度与显示一致，报错代码消失，机器恢复正常。运行大约2 h后，相同故障再次出现。此时再次测得两电位器中心抽头端电压差为0.5 V。分析认为，经过上次的电位器学习及结果显示，已能排除相关电位器及后级同步比较电路故障，故障原因另在别处。结合维修手册，现场查看电位器安装位置及传动路径，带动电位器旋转的是Gantry导向轨上的度数齿条。仔细检查发现，Gantry导向轨上的两度数齿条缺齿严重且分布不均。由于缺齿，度数齿条在带动coarse电位器和check电位器上齿轮时，造成两电位器齿轮转动不同步，使得两电位器中心抽头端对地电压不一致，两端电压差超出阈值范围，使得Gantry显示角度和实际角度出现较大差异，至此找到了真正的故障原因。通过更换两条齿带，三个电位器同时进行学习校准，经过检测Gantry实际角度和示值相符，故障排除，加速器恢复正常。

3 故障小结

3.1 高压脉冲调制器隔离板故障

此故障的特点在于三个故障代码同时出现，有别于单个故障代码出现的处理方法。如果按照以往经验，会拘泥于老的故障排除方案而陷入误区。所以维修时要综合判断故障特点，仔细分析手册图纸，才能够快速找到突破方向，排除故障。

3.2 Gantry旋转同步故障

故障原因为Gantry导向轨上的度数齿条缺齿，这提示在按计划给加速器保养的时候，要关注齿条的完整性；如果发现问题提前做好更换，可减少停机时间。

Gantry旋转同步检测电路（“三采样”电路）大量应用在医科达系列直线加速器的机械系统运动（如钨门、治疗床、准直器角度）[13-14]的位置检测上。此电路特点是LCS所采集的位置转换信号（分别有coarse电位器输出电压信号、Wiper电位器输出电压信号和check电位器输出电压信号）既分别单独输出，又互相关联互锁（图4）。检测位移精度高，符合直线加速器的设计要求。但电位器在长时间使用后容易损坏，有必要购置一些相应型号的电位器备用，以便快速修复。

图4 Gantry旋转标准同步电路ICCA（AREA 72）

4 讨论与总结

余文军等[5]、赵明军[6]、陈永东[7]和钟青松[8]的研究所述故障现象均为出现单个故障代码，可在维修时根据代码提示，维修方向比较明确。郑旭海[2]、胡彧等[11]、龚睿[12]的研究提供的案例均为电位器故障。以上案例与此文分析的两故障相比，表象相似，实际故障原因却大相径庭。另外，随着设备使用时间的累加，许多消耗性易损件引起的故障接踵而至，所以在平时常规保养时要仔细全面，提前发现故障隐患并消除。

我院是一所县级综合性三甲医院，放疗科的放疗设备少，放疗患者多，供求矛盾非常突出。在现有的条件下，为保证直线加速器较高开机率，需要做好以下三个方面：

（1）经常检查相关环境指标。设备对周围环境较敏感，温湿度、水流、灰尘颗粒物、真空度的变化都会对其运行状态有较大影响[15]。运动部件在长年使用后都会产生生锈、积灰以及塞涩等现象，也会对机械系统运动产生很大的不利影响。所以，必须经常检查相关环境指标，尤其是地处长江以南的单位，梅雨季节应特别注意保持环境湿度在正常范围。

（2）执行使用科室、管理科室及厂家的三级保养制度。制定完善的保养计划，在规定的时间节点对直线加速器的规定科目进行保养[16-17]。

（3） 掌握经典案例。在维修上，利用好设备的维修手册、保养手册、电路原理图、历年的维修案例以及相关专业杂志上的案例分享[18]。以安全和时效为核心要素，采用自主维修和厂家全保服务相结合，更能保证维修技术的可靠性。做好以上三个方面，可更好地为医院的放疗工作保驾护航。