瓦里安23EX医用直线加速器剂量监测系统原理与维修

张炳昌 毛东月 赵文杰 王燕妮 青岛市市立医院 （山东 青岛 266011）

内容提要： 本文介绍了Varian 23EX直线加速器的剂量检测系统工作原理，列举了三例故障检修实例并分析了故障产生的原因，介绍了该系统出现故障联锁时的维修思路及处理方法。

随着高科技在医疗技术中的普遍应用和快速发展，人体各部位肿瘤得到及时诊断，治疗肿瘤的方式方法也更为先进和科学，同时其治疗的标准和要求也越来越高，医用直线加速器作为用来实现远距离精确放射治疗肿瘤的必备大型医用设备在国内医疗机构中得到了普遍配置和应用，而Varian23EX医用直线加速器又是近年来国内医疗机构中最常用的主流机型，如何充分做到其使用过程中的及时维护和有效保障，是医疗设备维护工程技术人员面临的一个非常重要的问题[1]。该机技术资料和常规备用部件齐全，维护工程技术人员很有必要也有能力掌握其维修方法，本文介绍了该机型剂量监测系统的工作原理和三例典型故障分析与处理方法，供同道们参考。

1.剂量监测控制系统工作原理

如图1所示，Varian 23EX直线加速器剂量监测系统有两套独立的剂量监测系统，实时监测射线剂量信息，以提高系统的准确性和安全性。每套剂量监测系统又分为径向和横向剂量监测通道，分别主要由电离室及配套电路、差分放大电路、积分电路、采样保持电路、电源和显示电路等组成。剂量监测的原始信号来自电离室，电离室内层的D形板和外层的弧形板，上收集板和下收集板的信号分别与径向与横向偏转磁场相关，电离室的半圆电极A、B和半圆电极C、D分别提供径向和横向信号，两路500V电源为分别给独立的两套收集板提供阳极电源电压。当射线穿过电离室时，电离室的电极间会产生电离电流，电离室电极的电流信号首先经电流电压转换电路转化为电压信号，然后经放大器A1、A2和A5、A6进行放大，再由加法器A3和A7对其求和，提供给控制台计算机作为对两个通道的剂量率和积分剂量进行限制、控制和数据显示，这是两个完全独立的剂量率和积分剂量通道，每个通道都可控制中止预设的出线，或当两个通道差10%个以上机器单位时中止出线。

图1. 剂量监测系统电路框图

射线剂量分布对称性和均匀性的实时监测是由电离室的E、F外围电极板输出的信号是径向位置偏转信号，控制射线相对于均整器中心位置的径向位移，该信号由放大器A 9、A 10放大，经差模信号处理器A13处理送到后面的采样保持电路进行实时采样检测。电离室的A、B半圆电极来的信号是径向角度偏转线圈的信号，该径向角度信号控制电子线相对均整器中心和X线靶的径向发散角度，由放大器A 1、A2放大，经差模信号处理器A4差分处理送到后面的采样保持电路进行实时采样检测。以上两路径向角度和位置偏转的信号传递给控制台计算机限制、控制和显示径向射线的对称性均匀性信息数据，当两路中任何一路径向对称性均匀性信息数据超过设定的数据范围时就中止出线。另外一套电离室的G、H外围电极板输出的角度和位置非对称信号，经A 8、A 14差分放大器及其采样保持电路输出，用于限制、控制和显示横向平面的对称性均匀性数据信息，电离室的电极板E、F和G、H信号都是实时监测射线对称性均匀性数据信息的。

2.故障实例

2.1 故障现象一

刚开始出故障晨检冷机时频报UDRS剂量率低故障联锁，检修过程中发现，还偶尔出VAC2故障联锁，后该VAC2故障联锁越来越频。从维修模式观察各真空泵电流数据，电子枪真空电流基本横定为0.5微安，加速管真空泵电流在600～800多微安之间变化，比正常电流数值高且非常不稳定[2]。

2.2 故障分析与检修

机器频报UDRS剂量率低故障联锁，引起该故障联锁的原因很多，且指向性不明确，根据发现的故障现象，开始偶尔报VAC2故障联锁，后该VAC2故障联锁越来越频，故怀疑因真空度不够引起，瓦里安23EX型直线加速器可通过维修模式观察加速管和电子枪真空泵的放电电流来检测加速管内的真空度。当加速管真空泵电流达到数百微安甚至毫安级时说明真空度不够，根据该机型设计，当电子枪真空泵电流超过50微安或加速管真空泵电流超过700微安时控制台计算机会报VAC2故障联锁，停止出线。

根据观察到的各真空泵电流数据，发现加速管真空泵明显比电子枪真空泵电流高，表明机器检测到加速管部分比电子枪的真空度差，因此首先判断加速管真空泵效率低或有污染，用小电流10kV高压加到加速管真空泵上进行多次瞬间冲击试验，加速管真空泵电流可降到100微安左右，使用2～3d后又上升到600多微安，控制台计算机又报VAC2故障联锁。更换真空泵电源板和控制电路板，故障依然。最后更换新的加速管真空泵，观察其真空电流在热机时达320微安左右，再观察晨检时在80微安左右，该数据表示加速管真空度不够，可能其某处有微漏，用丙酮涂抹进行测漏，当检查到BMAG出线输出窗口时，加速管真空泵电流从320微安快速下降到90微安，表明真空度明显提高，且还有持续改善的趋势，由此判断此处极有可能有漏，用进口专用真空密封胶封堵，加速管真空泵真空电流下降到10个微安，电子枪真空泵电流也下降到0.2微安，故障彻底排除。

因机器刚开始出故障时频报UDRS剂量率低故障联锁，在前期的检修过程中也走了一些弯路，发现出VAC2故障联锁后才找到了故障根源。

2.3 故障现象二

机器在正常治疗过程中突然停电，控制台计算机报ION2电离室故障联锁，关机重开后该故障联锁有时能消失有时不能消失，严重影响治疗质量和效率，无法正常工作。

2.4 故障分析与检修

瓦里安23EX型直线加速器设计有ION1和或ION2两个电离室故障联锁，根据其VACION POWER SUPLLY部分电路图，分析ION1和或ION2产生的原因，可能因电离室高压电源引起，当该高压电源电压不正常时，控制台计算机会报电离室（ION1和或ION2）故障联锁。Varian 23EX机型加速器配有两套独立的横向和径向电离室，根据停电后才发现出现ION2故障联锁这一现象，判断故障在真空泵电源部分。查阅该部分电路原理图，首先由±12V两路低压直流电源分别经过电阻R4、R5和RT6、RT7后，分别输入到DC-DC变换器PS4和PS5的1、3脚，再经PS4和PS5的2、4脚输出500V高压，给电离室提供阳极电压。每一路500V阳极高压电源有分别有两路负载，一路是R27、R28，另一路经滤波后加载到电离室阳极，该阳极电压经电阻R24、R25和R23、R26分压后输出5V采样电压，分别送至VACION CONTROL低压电路板比较器U4（LM 337）的5和7脚，进行实时监测。若检测到的该采样电压低于4V，则比较器U4的1脚或2脚输出高电平，工作状态指示灯DS11或DS12不亮，由光电耦合器U1（ILQ-2）的10或11脚输出ION1或ION2故障联锁信号，送到控制台计算机。怀疑DC-DC变换器不良，分别测量变换器PS4和PS5的输入端和输出端电压，发现输入端都是23.8V，PS4输出为502V，PS5输出端为16V，正常应为500V，将DC-DC变换器PS4和PS5进行交换，并同时测量该变换器的输入输出端电压，开机后控制台计算机报ION1故障联锁，断定PS5损坏，换上新的DC-DC变换器PS5，故障彻底解决[3]。

2.5 故障现象三

机器前期工作一直正常，晨检时发现，自检通过后，按Beam ON出线键，报EXQ2故障联锁，不出线。

2.6 故障分析与检修

根据瓦里安23EX型直线加速器设计，出线时机器出现EXQ2故障联锁，说明机器检测到射线的横向对称性超过±2%的允许范围偏差。分析EXQ2联锁产生流程，横向对称性原始电流信号来自电离室的G、H外围电极板，分别送到电路板B20（Transverse Beam Position Serve PCB）的电流电压转换器U1、U2（AD547），转化成电压信号，分别从U1、U2的3脚输出，送到差分放大器U3（AD547）的2、3脚，经U3的6脚、U4（TL074）的1脚、U7（DG441）的3脚、U4的7脚到该电路板P1接口的16脚输出，送到电路板B18（Symmetry & Excess Q/Pulse PCB）P1接口的11脚，又陆续经放大器A5、A6、A7（uA741）和三极管Q10、Q9、Q11电压放大整形后，由电路板B18P1接口的7脚输出到电路板B1（Input I/F#1 PCB），正常时该信号为-12V时，当报EXQ2故障联锁时，该信号为0V。为确认故障点出在剂量监测系统还是射线束流控制系统，进入机器维修模式，将EXQ2故障联锁关掉后，观察射线的对称性偏差，发现射线的对称性偏差并未达到设计的2%以上，属错误报警信息，故障位置应在剂量监测系统本身。测电路板B18P1接口的7脚电压为0V，观察该电路板上的C22状态指示灯亮，说明故障点在放大器A7之前，测放大器A5的3脚输入电压为1.3V，正常应为0V，怀疑该级信号的前端电路板B20（Transverse Beam Position Serve PCB）有问题，因为有该电路板的备用板，直接更换该电路板，故障消除[4]。等治疗完患者后，再查B20电路板上的故障，测放大器U1、U2、U3、U4的输入输出脚电压，未发现明显错误，当检测U7时发现其输入输出的2、3脚电压明显不同，该集成电路是多路复用选择模拟开关，更换同型号的U7（DG441）后，B20电路板修复。

引起EXQ1和EXQ2故障联锁的主要原因出在剂量监测系统和射线束流控制系统这两个部位上，射线束流控制系统故障也引发EXQ1和EXQ2故障联锁，特别是射线束流控制系统中核心控制部件PWM电路板故障率也比较高，出现故障联锁后迅速辨别这两个系统的故障部位是关键[5]。

3.总结

瓦里安23EX型直线加速器剂量监测系统故障的原因很多，在维修前对其工作原理和设计做到充分了解和系统分析尤为重要，另外工作人员平时应及时地发现加速器剂量监测方面的故障联锁，应及时解决。