瓦里安Trilogy型直线加速器UDRS伴偶发EXQ2联锁故障维修一例

杨继明，任江平

宁波市第一医院 放化疗中心，浙江 宁波 310510

引言

医用电子直线加速器是肿瘤放射治疗的主要设备，其结构较为复杂，属于大型医疗设备[1]。加速器故障特别是束流方面故障是常见故障类型，但导致原因繁多，熟悉加速器的工作原理对故障大致方向进行逻辑判断可以提高排查效率[2-3]。直线加速器作为辐射治疗设备需要对其工作性能严格把关，物理师和专职维修人员应当对工作单位放疗设备的工作原理、束流特性和故障联锁熟悉和理解，特别是对可能引起射线束特性变化的故障有敏感性并足够重视，在设备维修后进行相关必要的QA[4-5]。

1 故障现象

瓦里安Trilogy型加速器6MV能量在治疗时剂量率偏低，出现UDRS1/UDRS2（剂量率过低）联锁，开始时为偶发故障，通过切换能量能够消除，随后故障频繁遂停止治疗患者，直至故障常在，400 MU/min模式下闭环剂量率在230～400范围内变化，开环剂量率在183～325之间，伴偶发EXQ2联锁。

2 故障排查

2.1 检修逻辑

UDRS联锁较为常见，射频微波、电子枪、剂量伺服、AFC、剂量采样保持等系统出现问题都有可能造成剂量率问题，因此排查该类故障时，应首先根据加速器工作原理进行逻辑判断确认大致方向以提高排查效率[6-7]。使用6MV能量在开环模式下出束，示波器测量靶电流Target I波形，单位时间内靶电流的面积积分正比于剂量率，观察该波形的脉冲重复频率PRF与半高宽FWHM均正常但波幅A较正常时低且上下位移对应剂量率低且不稳定，PRF正常说明机器触发应当没问题，亦可排除闸流管有损坏的可能。第二步测量速调管电流Kly I、加速管枪电流Gun I以及反射波波形LD Power2，这三个信号接示波器测量波形均正常，说明微波发生、电子枪和自动频率控制系统均正常工作。据此判断问题应出在电子枪的后级和X线靶的前级（加速管或偏转系统）之间，图1为此次联锁故障判断流程图。

图1 联锁故障判断流程图

2.2 电路排查

首先检查能量开关是否到位且无ENSW（Energy Switch）联锁，确认能量开关物理到位情况正常。在维修界面检查偏转线圈电流Bmag I和加速管四组线圈：角度舵线圈（Angle Steering）、位置舵线圈（Position Steering）、集束舵线圈（Buncher Steering）和聚束线圈的电流,修正线圈（Trim）只在22 Mev以上能量使用，与此次故障能量档无关。加速管聚束线圈与偏转线圈结构如图2所示，发现维修模式下机器参数中的聚束线圈电流Sol I值与设备正常出束时的对应值不一致且偏低许多，正常时（验收值）为70.02±3.00对应开环剂量率在430 MU/min；故障时小于65，最小值40.56时对应开环剂量率仅183 MU/min。瓦里安加速管较长，聚束线圈能够对相应能量的电子团进行聚束，使电子团不致因束流内部电子间的互斥作用而散开或因外部磁场干扰而偏离轨道，保证在进入偏转前每个电子团形状的一致性，从而确保束流能达到设定的稳定剂量率[3]。因此对X线的能量档来说，聚束线圈电流偏低将导致线圈对加速管中相应能量电子团的聚束能力减弱，被有效加速的打靶电子数减少、形状改变，最终影响X射线束剂量率以及Profile等重要射束物理参数[8-9]。C系列加速器自身的联锁中不包含Sol I的联锁，只显示具体模拟量对此次故障判断造成了一定干扰。

图2 加速管线圈与偏转线圈结构图

2.3 电路板处理

从图3所示的Sol I电路结构图可以看出，通过调节电子柜当中Program PCB的R11可控制聚束线圈的模块电源A15的输出功率。由于A15是所有能量公用的，因此判断故障发生在能量编程板Program PCB（Lo-X）上。首先怀疑电路板上K3接触器7、8触点老化烧坏造成阻值变大从而增加了分压，此类故障较为常见，将K3与该电路板上另外一个同款K5继电器交换，故障未解决。关机拔下电路板，短接K3的7、8触点，万用表电阻档接电路板N、12脚，调节R11-100 Ω精密电位器，测量到2脚即抽头阻值显示不稳定、线性差，怀疑原件焊点虚焊（或脱焊），电位器焊点重新加焊后测量阻值恢复正常。

图3 加速管聚焦线圈电路结构图

3 检修结果

电位器焊点补锡处理后，开机预热，Sol I显示值54.57，按照Sol I正常基准值70.02重新调节出剂量率稳定。调节Sol I将会影响打靶电子数和打靶前电子团的形状继而影响到X射线剂量率、Profile和半影等重要射束物理参数。瓦里安公司的客户技术公报GE-681 Rev G中明确说明对Sol I电位器更换或调节后需要对射束进行射野大小、绝对剂量以及40 cm2和10 cm2射野下的对称性和平坦度进行QA验证。物理师需要对射束的Profile、PDD、多深度下离轴比（Dmax、5 cm、10 cm、20 cm）、射野大小进行验证[10]。在三维水箱测量10 cm2射野Profile时发现Crossplane即T方向平坦度达到2.97%较验收时1.93%偏高，对称性-2.89%较验收时0.97%高，此时机器参数对应的T方向的检测信号T Sym为-2.9，接近EXQ2 T方向对称性联锁的临界值±3，也是导致其偶发的原因,需要调整Angle T参数[11]。闭环模式下微调Program PCB的R18-BAL angle T电位器直至至扫描Profile与验收值一致，然后将万用表接控制柜B16 Intergrator#2（T Angle）电路板的TP9、TP10，微调Program电路板上R7 Angle T至万用表mV档显示零，再对EXQ2联锁进行自动校准。重新扫描cm射野下Profile，平坦度为1.89%，对称性为0.87%。使用免洗胶片对光射野一致性和射野等中心进行了检验，结果良好。最后使用一维水箱、剂量仪参考IAEA 277号报告对6MV能量的绝对剂量进行了校准[12]。质控详细内容和工具如表1所示。设备使用三月余工作稳定无故障，晨月检均能达标。

表1 维修后可能引起束流变化时的质控内容和设备

4 讨论与总结

Program PCB是瓦里安公司C系列高能机的能量编程电路板，通过调节微调电阻能够控制对应的编程参数如Pfn V、Gun I、AFC、Angle、Position等，是决定某档能量特性的电路板。如果按照正常流程更换新的Program电路板，不仅需要物流等待时间，更换该电路板后需要挨个调节电阻，并对该档能量重新进行射线数据采集或验证，极端情况甚至需要重新拟合到TPS中，不但工作量巨大也将耽误患者治疗。而在实际维修中相关维修人员在保证维修质量的前提下，应选择最经济最高效的处理办法[13-14]。

剂量率偏低联锁UDRS较为常见，但导致原因不尽相同，熟悉加速器结构与原理能够高效判断故障引发原因。本次故障是由于能量电路板焊点有问题，引起聚焦线圈电流变化继而改变了对应能量下加速管内部电子团的聚束环境，最终影响X射线束剂量率以及Profile等重要射束物理参数。C系列加速器自身的联锁中不包含Sol I的联锁，只显示模拟量，对此次故障判断造成了一定干扰。物理师或专职维修人员应当对工作单位放疗设备的工作原理、束流特性和故障联锁熟悉和理解，特别是对可能引起射线束特性变化的故障应具有敏感性并足够重视，在设备维修后严格执行相关必要的QA。对于国内大多数放疗中心高工作负载的加速器来说，除定期的QA以外，维修后的相关质控工作也是保证放疗开展的必要保障。