瓦里安600C 加速器Yield伺服控制系统的原理及故障处理

王振洲，姚翔，贺建林，杨舒波

成都军区昆明总医院 医学工程科，云南 昆明 650032

瓦里安600C 加速器Yield伺服控制系统的原理及故障处理

王振洲，姚翔，贺建林，杨舒波

成都军区昆明总医院 医学工程科，云南 昆明 650032

本文阐述了瓦里安600C加速器Yield伺服控制系统的原理，总结了其电路板的调整方法及故障处理方法。

直线加速器；伺服控制系统；故障维修

瓦里安600C加速器属于单光子低能加速器，X射线能量为6MV，加速管采用驻波加速结构，长度仅40cm左右，在治疗头中直立安放，微波功率源采用2.6MW的磁控管。在电子枪高压一定的情况下，注入到加速管中的微波功率的大小决定了加速管中心轴线方向上电场的分布结构，从而决定了打到靶上电子的能量。由于电源电压的波动、内循环水温的波动、磁控管工作的稳定性等因素的影响，注入到加速管中的微波功率不可避免会产生波动，从而导致X射线能量的波动，这意味着百分深度剂量曲线的波动，将影响治疗效果，必须采取技术措施减少能量的波动。在影响X射线能量波动的多种因素中，加到磁控管阴极上的负高压的稳定性影响最大。通常采取的措施是所谓的DeQ电路（降优质电路），即在调制器充电电感两端并联由闸流管和一组大功率电阻串联组成的电路，通过控制闸流管的导通程度来调整充电电感中储存的磁场能量，控制脉冲形成网络上的电压幅度，从而调整磁控管高压的大小，并稳定在一定的范围内。

1 YIELD 伺服控制系统原理

在Varian 600C型加速器中，为了进一步减小能量的波动，在采用DeQ电路的基础上，进一步采用了所谓的Yield伺服控制电路，图1为伺服电路板的方框图。

标着DeQ 参考电压的输出端设定了位于调制器中的DeQ 放大器板上的电压比较水平，从而控制了脉冲形成网络（PFN）上的电压。用户可以调节位于此块电路板上的PFN电压调节电位器来改变DeQ参考电压。电位器的输出与来自于一块模数转换器的电压相加，成为DeQing 参考电压。模数转换器提供了一个校正，保证了在治疗过程中束流能量的恒定。伺服板将来自于X射线靶的平均输出与来自于径向电离室的平均输出进行比较，剂量率的任何波动将成正比地影响这两个信号，但是由于温度等变化导致的能量改变将只会影响电离室的输出，这将导致模数转换器的输出按需要产生一个改变，使束流能量保持在一个适当的值上。

TGT I 是电子撞击靶时产生的靶电流，TGT I输入通过两个串联的电阻到地，在电阻的两端产生与靶电流成正比的信号。TGT I输出送到位于控制室的电子柜内监测板上的一个BNC连接器，可以接示波器观察靶电流波形。ION A+B 来自于积分板B1的电流/电压转换器，这两个信号在ION I放大器中相加。TGT I放大器和ION I放大器均有增益调节电位器，TGT I放大器还接有一个平衡调节电位器。每个放大器都有一个长的时间常数以使出现在TP2和TP3端子上的输出脉冲有大约300μs的衰减时间。这两路输出被送至一个带有伺服平衡电位器的差分放大器即误差放大器上，这两个脉冲前沿上升时间不同，但250ms之后，它们的相对幅度可以作为二者差异的指征。误差放大器的输出被送至4个电平检测器（电平比较器），比较的电压值是±0.25V和±1.15V，对应于束流能量变化为±0.41%和±1.9%。

在触发脉冲计数器中，来自于调制器的触发信号被10分频，以保证在两次校正之间至少有10个束流脉冲，这保证了在每次PFN电压波动之后有足够的时间使输出束流能量稳定。触发脉冲计数器的输出送至一个延迟电路，对每第10个调制器触发信号延迟250μs，在该电路中产生一个3μs的时钟脉冲，每一个时钟脉冲均被送至误差PROM，在此PROM（可编程只读存储器）的输入端是来自4个阈值电平检测器的信号。误差PROM的输出被送至一个32分频的升／降计数器，此计数器的输出送至一个数模转换器。在此点，将会发生下列事件之一：

(1)如果＋0.41%阈值电平检测器被触发，时钟脉冲将被送至计数器的计数降输入端。

(2)如果－0.41%阈值电平检测器被触发，时钟脉冲将被送至计数器的计数升输入端。

(3)如果＋1.9%阈值电平检测器被触发，时钟脉冲将被送至计数器的计数降输入端，同时也被送至10分频故障（FAULT）计数器。

(4)如果－1.9%阈值电平检测器被触发，时钟脉冲将被送至计数器的计数升输入端，同时也被送至10分频故障计数器。

(5)如果没有任何阈值电平检测器被触发，则什么也不会发生。

所有的时钟脉冲均被送到一个12分频的时钟脉冲计数器，其输出连同FAULT计数器的输出一同送至YIELD连锁PROM。如果在时钟脉冲计数器之前，故障计数器产生了一个输出，那么PROM将产生一个YIELD连锁输出。否则，在每12个时钟脉冲之后，时钟脉冲计数器将使FAULT计数器复位。这样对于每12个时钟脉冲中的10次输出，如果束流能量高于或低于1.9%，将会产生一个YIELD连锁。

在升/降计数器与数模转换器之间的逻辑 PROM馈送信号返回到误差放大器，当升/降计数器满时，禁止计数升脉冲；当升/降计数器为零时，禁止计数降脉冲，以防止溢出。升/降计数器实际上是两片集成电路：一个标准的4位计数器和一个用于提供最高位（第5）的锁存器。假定4位计数器处于15，且MSB锁存器被复位，则总计数就是15。下一个计数升脉冲将导致4位计数器翻转，其进位（Carry）输出作为进位检测器的时钟导致YIELD 连锁PROM复位MSB速锁存器（如果MSB速锁存器已经被复位，则逻辑 PROM将禁止任何计数升脉冲）。现在，4位计数器为零，且MSB锁存器被置位。如果一个计数降脉冲出现，4位计数器其借位（BORROW）输出使进位检测器复位，并使MSB锁存器置位（如果MSB速锁存器已经被置位，则逻辑 PROM将禁止任何计数降脉冲）。升/降计数器的状态由位于电路板边缘的8个LED指示。当升/降计数器处于中间值时，这些LED均处于熄灭状态，当计数器向上或下计数时，显示一个二进制码由中间向外移动。当束流关闭时，升/降计数器被复位保持在中间值上。出束时，HV ON命令触发一个2s的延时脉冲，以便在YIELD伺服动作之前有足够的时间使束流能量稳定。

2 故障处理

要做到及时、准确地处理YIELD连锁故障，首先必须在弄清上述YIELD 伺服控制系统的原理的基础上，遵循正确的YIELD 伺服电路板调整方法，根据多年的实践经验，将调整步骤总结如下：

(1)将YIELD伺服板上的S1开关置于OFF状态。

(2)未出束时，调节TGT I平衡电位器使TP2的电压为零。

(3)进行中心轴深度剂量扫描，证实束流能量在正确的值上，如果不在，可以调节PFN电压电位器使能量正确。

(4)出束时，将两个增益电位器调至最大。让束流输出稳定，此时，TP2和TP3上的电压应在2.5V左右。记下哪一个信号的幅值较高。一直处于出束状态，进行下一步。

(5)将伺服平衡电位器调至中间值，观察TP4端的信号。降低在步骤4中幅度较高的信号的输入增益，使TP4的信号在距离其上升沿250μs处近似为零。

(6)在监测板上观察磁控管电流信号MAG I。

(7)闭合S1开关，观察对MAG I脉冲幅度产生的影响。如果幅度发生变化，关闭S1，在一个方向上调节伺服平衡电位器一圈。打开S1,观察幅度是否升高或下降。继续上述操作，直到S1的开和闭对MAG I的幅值没有任何影响为止。

(8)让S1一直处于ON状态。此时YIELD伺服处于平衡状态。

一但由于温度波动或部件老化导致束流能量变化，YIELD伺服将起作用，对PFN电压值进行向上或向下的校正，以使束流能量回复到当前值。当YIELD伺服达到其校正范围的极限时，将会产生YIELD连锁，中心一侧的4个LED将点亮。

在加速器的日常使用过程中，YIELD连锁故障是常见的故障之一，大多是YIELD伺服电路板有问题或有参数变化引起，只要按照上述步骤进行检查和调整，大多数情况下很快就可以消除故障，使机器恢复正常工作状态。但也要注意，如果反复调整YIELD伺服板上的相关电位器后，仍频繁出现YIELD连锁，就要检查其它相关电路了。笔者曾遇到过一次YIELD连锁故障，由于陷入经验主义的思维误区，老在YIELD板上打主意，反复调试，故障仍频繁出现。几天之后，偶然观察MAG I波形，发现高达150A。一般情况下，磁控管电流在100A左右，一般不超过110A。经仔细检查，发现问题出在DeQ闸流管触发控制电路板，触发信号未能到达闸流管的栅极，致使闸流管一直处于开路状态，一直就没有导通，DeQ电路失效，也就是说，PFN电压的稳定、调节电路就没起作用，导致PFN电压处于最大状态，磁控管工作于极限状态。更换闸流管触发控制电路板后，并按上述YIELD 伺服的调整步骤调节进行，机器完全恢复正常。

[1] 杨绍洲,等.医用电子直线加速器[M].北京:人民军医出版社, 2004．

[2] 沈志刚.新华XHA600C医用直线加速器质控与调整[J].中国医疗设备,2008(7):49-50.

[3] 查玉华.医用直线加速器磁控管伪故障的判断与修复[J].医疗卫生装备,2004(5):65．

[4] 邓勇,柘江.医用电子直线加速器的整流器设计与实验[J].医疗装备,2008(8):5-7.

[5] 赵永军.瓦里安Varian2100C医用电子直线加速器疑难故障检修实例 [J].医疗装备,2010(5):8.

[6] 胡杰,陶建民,孙光荣,等.医用直线加速器14年的使用总结[J].中国医疗器械杂志,2010(1):66-68.

[7] 张秀文,等.WDVE—6/100医用电子直线加速器加速管尾部对地绝缘击穿故障检修[J].医疗装备,2001(12):41.

Principle and Troubleshooting of the Yield Servo Control System of Varian 600C Accelerator

WANG Zhen-zhou,YAO Xiang, HE Jian-lin,YANG Shu-bo
Medical Engineering Department, Kunming General Hospital of Chengdu Military Area,Kunming Yunnan 650032, China

TL53

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.11.013

1674-1633(2010)11-0034-03

2010-05-31

2010-06-21

作者邮箱：wangzhenzhou@tsinghua.org.cn

Abstract:This paper introduces the principle of the Yield Servo Control system of Varian 600C accelerator,and summarizes the adjustment and troubleshooting method of circuit board.

Key words:linear accelerator;servo control system;troubleshooting