VARIAN 23-EX医用直线加速器故障分析与维修四例

侯笑笑，李军(通信作者)

江苏省苏北人民医院肿瘤科 (江苏扬州 225001 )

恶性肿瘤是我国病死率最高的疾病之一[1]。肿瘤治疗的主要手段包括手术、放射治疗与化疗。近年来，随着医学影像技术、放射物理学技术及计算机技术的高速发展，肿瘤放射治疗的技术日新月异、迅猛发展。目前，放射治疗技术主要包括三维适形放射治疗、调强放射治疗、旋转容积调强放射治疗等[2-3]。医用直线加速器是完成肿瘤放射治疗的核心设备之一，其稳定运行可有效保证放射治疗效果。因此，为了保障医用直线加速器的正常运行，需做好其质控、维修与保养工作[4]。

医用直线加速器在治疗患者的过程中，如果出现故障，则设备会暂停出束，并在电脑屏幕上显示不同的联锁，包括主要联锁、次要联锁和剂量联锁，其中主要联锁包括CTRL、FLOW、PUMP、KFIL、VAC，次要联锁包括ACC、BMAG、CARR、MLC等，剂量联锁包括ION、EXQ1等。本文首先介绍医用直线加速器的工作原理，然后对我院的VARIAN 23-EX医用直线加速器常见的CTRL、FLOW、ION、MLC四种联锁故障的维修过程进行总结，以期为同类故障的维修提供参考。

1 工作原理

医用直线加速器主要由加速管、电子枪、波导微波传输系统、微波功率源、束流偏转系统、高压脉冲调制器、剂量监测系统、真空系统、恒温水冷却系统等组件构成。其核心原理是通过电场对粒子的力的作用，将各类带电粒子加速到较高能级，具体如下：将微波输入装置与电子源安装在真空加速管的一端，移动的金属靶安装在另一端，脉冲电压加到电子枪系统中，加热电子枪热丝，进而发射一定速度和波形的电子束，通过加速管的加速及超高频振荡微波的加速，最后产生医疗需要的高能电子束。这些高能电子束可进行打靶发射不同能量的X线，或者直接被引出，即为不同能量的电子线。我院的VARIAN 23-EX医用直线加速器主要产生6、15 MV的X线及4～20 MeV的电子线。

2 故障分析与维修

2.1 故障一：CTRL联锁

2.1.1故障现象

设备在正常治疗过程中突然出现CTRL 联锁。操作人员根据以往经验，反复重启电脑之后，故障并未消除，电脑屏幕一直显示“D/A/D loopback test，Integer Address 91，Test date 14”错误，且不能正常启动。

2.1.2故障分析与维修

根据故障现象，考虑可能为电子柜内部故障导致电脑启动自检失败。电子柜中信号的传输路径见图1。由图1可知，控制电脑的电路板位于SCI部分。打开电子柜，找到SCI相关位置，根据电路板指示灯报错情况找到对应的故障目录(见图2，图中白点表示灯亮，黑点表示灯灭)，并按照提示继续检查loopback test的错误。

图1 信号传输路径

在loopback test部分中，D/A转换卡DAC0的信号通道连接到A/D转换卡ADC0与ADC1的通道上进行测试，这个测试在DAC通道上设置了五个不同的测试电压点，分别为±7.5、±2.5、0 V。因此使用万能表对DAC通道上的电压点进行测量，分别测量±5、±12、±15、24 V，发现未检测到±15 V电压，其他电压正常。对于未检测到电压的现象，首先考虑电缆连接错误，排查W31、W32与W33 3组电缆后，未发现任何异常，最后考虑产生±15 V电压的电源故障。

如图3所示，电子柜中电源包括PS1与PS2。其中PS1中无±15 V电压分配，所以主要考虑PS2故障，重新固定焊接PS2电源的所有接头后，故障排除。最后分析，此次故障原因可能为线头连接处老化，导致连接不稳定，从而出现CTRL 联锁。

图3 电子柜中电源线路图

2.2 故障二：FLOW联锁

2.2.1故障现象

设备在治疗过程中出现FLOW联锁，通过反复开关“Standby”后故障仍然存在。

2.2.2故障分析与维修

经检查发现外、内循环水温及水压均正常，因此故障可能出现在FLOW switch上。经过分析FLOW联锁的示意图(图4)后发现，-12 VDC的走向为-12 VDC→OIF→ABP→INPUT INTERFACE→CRD I/O。经过测量发现，在Gantry Flow Sitches 上的S1、S2、S3、S4四个水流开关上均能测到-12 VDC的电压，而在Stand Flow switches(A18-TB3)上的S1、S2、S3、S4四个水流开关均未检测到电压值，因此判断故障位于A18-TB3至A24-TB1之间，而中间的ABP上有-12 V电压，因此初步确定故障位于J7-C—D之间的开关，检查发现此开关断开，说明此开关故障或kly的油箱油位下降导致HTP的J7-CD断开，加满油箱后，J7-C-D仍然断开，因此确定此油位开关存在故障。放空油箱内的绝缘油后，经检查发现此开关在没有绝缘油的情况下仍能上下活动正常，说明油位开关浮子太重，加油后未能使浮子上升进而触动开关，因此在浮子上增加轻质泡沫来增加浮力，再使其上下浮动自如，后经此处理，故障排除。

图4 FLOW联锁示意图

2.3 故障三：ION联锁

2.3.1故障现象

设备出束过程中出现ION1联锁，出束被迫中断，反复重启电离室供电电源后故障仍然存在。

2.3.2故障分析与维修

进入Stand发现Vacion HV power supply中的ION1 灯熄灭，因此怀疑电离室供电或电离室本身电路出现故障。 ION联锁示意图见图5，分析信号走向为：电离室的J4-C→P9-2→Vacion HV power supply的J11-3→Vacion control board的J10-3→TP9→U4→DS11(Green)→U1→J7-4 IL ION1(联锁)。确定此信号的走向之后，首先断开Vacion HV power supply的J9(它提供500 V电压给电离室)，使用万用表测量J9-1的电压，结果显示为500 V，由此可以判断供电正常；然后再接通J9，测量J9-1发现电压仅有5～10 V(正常应为500 V)，说明主载存在问题，怀疑电离室内部存在故障；拆下电离室，仔细查找J4-C的有关信号，发现电离室内部有击穿的痕迹，于是用无水乙醇进行擦拭，再用电吹风吹干，重新将电离室固定到原位置上，再依次安装镜子等装置，全部安装完毕后接通Vacion HV power supply，发现ION1灯亮，联锁消失，出束正常，故障排除。

图5 ION联锁示意图

维修后须对电离室进行平坦度、对称性及绝对剂量的校准。首先，在维修模式下通过逐一调节X线与电子束剂量板的Beam steering中的Ang R 和Ang T，调节维修模式中的“R Symmetry”“T Symmetry”两个方向，使这两个值的大小越接近0越好，此时设备本身的R(T) Symmetry已经达到最佳，但还需要用Matrixx平板电离室矩阵对束流的平坦度与对称性进行调整；其次，再用剂量仪对X线及电子束进行绝对剂量的校准，确保剂量达到国家要求。只有以上步骤全部达到要求，加速器才能最终被正常用于治疗。

2.4 故障四：MLC联锁

2.4.1故障现象

设备治疗过程中电脑显示MLC联锁，治疗中断。

2.4.2故障分析与维修

按照以往经验，MLC联锁的故障原因一般为MLC叶片被污染导致相互之间摩擦力过大，或控制MLC的电动马达损坏。设备治疗过程中出现MLC联锁，而且在4DTC上显示MLC叶片混乱的排列，与预先设定的MLC形状不吻合。工程师进入机房内发现MLC叶片实际的形状也是杂乱无章的，进入手动模式手动调节每个叶片，但在60对叶片整体运动的情况下MLC均未移动，后经过仔细检查，发现MLC电源分配板上的+5 V电压不稳定，测量时电压值一直在波动，而且整体强制运动后，5 V电压消失不见，仔细检查与测量后发现，分配板上10 A、220 V的保险丝F1损坏，后更换同一型号的保险丝F1，故障排除。

此故障可能是之前由于F1的阻值变大，导致后续电路的电流变小，虽然带动单个MLC叶片尚可，但整体的MLC由于电流过小，可能负载过大导致带不动，过载后导致电流过大，最终导致保险丝F1烧坏。

3 小结

目前，放射治疗已经进入精准放疗时代，医用直线加速器的精确度增加，意味着对质控的要求同样也越来越高，因此需要设备维护人员应具备对各类故障进行分析与研究的能力。本文主要通过四种常见故障，对主要联锁、次要联锁及剂量联锁的故障原因及维修策略进行总结，以便工程师在以后的工作中能够快速甄别故障类型、尽快排查故障、提高维修工作效率，最终保障患者的治疗安全[5]。