医用电子直线加速器的故障分析与维修

屈小广

（南华大学附属第一医院，湖南衡阳 421001）

0 引言

随着放射治疗技术的不断发展，医用电子直线加速器在肿瘤放射治疗中起到关键作用，为恶性肿瘤患者提供精准治疗服务和重要技术保障，多数的恶性肿瘤患者只有通过放射治疗才有可能得到好转或控制，医用电子直线加速器在治疗恶性肿瘤患者中不可或缺[1]。医用电子直线加速器的运行状态将直接关系到肿瘤治疗患者的治疗情况，因此有必要加强医用电子直线加速器的维护保养和质量控制，从而使医用电子直线加速器处于良好的运行状态，为肿瘤患者提供精准可靠的治疗。所以，如何保证医用电子直线加速器的安全性和可靠性，保证肿瘤患者治疗的精准性和实时性，有必要加强医用直线电子加速器的故障分析与维修工作，是一项重要的技术保障手段。

1 医用电子直线加速器基本结构

医用电子直线加速器是一种涉及机械、电子、计算机、物理、自动化控制、电磁学、微波技术、制冷和力学等诸多学科的高端大型放射治疗设备[2]。医用直线加速器根据微波传输的特点可分为行波和驻波两大类，医用直线加速器的基本组成主要由加速管、微波功率源（磁控管或调速管）、电子注入系统、微波功率传输系统、脉冲调制系统、控制系统、机械运动部分、真空系统、冷却系统、应用系统和电源分配系统等部分组成[3-4]。Varian 23EX 医用电子直线加速器的基本结构如1 图[5]。

其中，加速管是医用电子直线加速器的核心部件，又叫加速结构或加速波导，其制造材料由高电导率无氧铜，加工精密，光洁度良好，是电子和电场提供能量交换空间。电子在加速管内通过微波电场进行加速，根据加速原理分为行波加速管和驻波加速管。电子枪是电子注入系统的关键部件，为易损件消耗品，作用是用于发射电子，分为二级枪和三级枪，二级枪由阴极、灯丝、聚焦级和阳极组成，三级枪比二级枪多控制栅极[6]。微波功率源分为磁控管或调速管两类，医用电子直线加速器一般工作在S 段，频率分2998 MHz（波长10.5 cm）和2856 MHz（波长10.5 cm）两种，如Varian 23EX 医用直线加速器的中心频率为2856 MHz（波长10.5 cm），上海同步辐射光源（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）直线加速器采用2998 MHz 的加速管[7]。脉冲调制系统主要由高压直流电源、脉冲形成网络、自动电压控制电路、开关电路和脉冲变压器等组成，为微波功率源提供一定波形或频率的高压脉冲[4]。

图1 Varian 23EX 医用电子直线加速器基本结构

2 故障案例分析

2.1 故障1

2.1.1 故障现象

西门子ONCOR 医用电子直线加速器开机启动后，复位加速器电源，冷却系统指示灯为红色，主控计算机显示器显示错误代码30。

2.1.2 故障分析与维修

西门子ONCOR 医用电子直线加速器采用全数字智能自动控制化设计，拥有精密的联锁监测系统，如监测到异常偏离数值，加速器就不能正常工作，主控计算机显示器会显示相应的错误代码提示，方便对加速器故障的精准判断和故障分析[8]。根据故障现象，ONCOR 医用电子直线加速器开机启动后不能正常使用，参考故障代码30，重点考虑冷却系统相关故障。检查外循环冷水机的水压和水温，都在正常工作范围。检查内循环水机的水位正常，检查水温和水压等参数都正常。初步排除循环水机故障，根据故障代码30 提示和经验，应重点考虑闸流管是否故障。闸流管为脉冲调制解调器的开关元件，是脉冲调制解调器的核心部件。

进一步，再次启动医用电子直线加速器数分钟后观察闸流管，此时闸流管灯丝点亮并显示微黄色的光，正常情况下为蓝紫色光，于是用数字多用表测量闸流管的栅控电压为DC 87 V，闸流管的灯丝电压为AC 6.4 V，初步判断闸流管异常。厂家工程师更换闸流管后，用数字多用表测量闸流管的栅控电压为DC 20 V，闸流管的灯丝电压为AC 6.4 V，观察闸流管灯丝点亮并显示蓝紫色光，说明闸流管工作正常。再次对ONCOR 医用电子直线加速器开机启动，复位加速器电源后，加速器冷却系统指示灯显示正常，主控计算机显示器错误代码消失，故障排除。

2.2 故障2

2.2.1 故障现象

Varian 23EX 医用电子直线加速器治疗中出错，不能正常出光，显示DS12 连锁故障。

2.2.2 故障分析与维修

Varian 23EX 医用电子直线加速器是Varian 高能加速器中的代表机型，不但能为临床提供高能X 射线，还能提供多档电子射线，为智能化的数字高端设备。在使用中出现各类系统故障时，主控计算机系统都能出现相应的连锁提示，方便于故障的判断和维修[9-10]。根据故常现象，查阅技术手册，结合厂家工程师的指导，分析得出DS12 连锁为MU1 和MU2 的跳数相差大于5%。于是在服务模式下选择6 MV 能量，观察对比MU1 和MU2的跳数，当MU1 和MU2 的跳数相差大于5%时，加速器出现DS12 连锁故障。

打开计算机控制柜，在计算机控制柜内的上方找到XA15 PCB 板和XA16 PCB 板，分别找到XA15 PCB 板和XA16 PCB板上的测试点TP4，用数字多用表同时测量XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的测试点TP4 之间的直流电压，测得XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的测试点TP4 之间的值为DC 3.2 V，正常情况下该数值为0。经分析，XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的测试点TP4 之间的直流电压可由相对应的PROGRAM PCB 电路板调节。接下来，在相对应的PROGRAM PCB 电路板上找到可调电位器R16，慢慢调节PROGRAM PCB 电路板上的可调电位器R16，使XA15 PCB 板和XA16 PCB 板上的测试点TP4 之间的直流电压调到0 左右即可。调节完毕后开机测试，治疗时加速器正常，未显示DS12 连锁故障，故障得以排除。

2.3 故障3

2.3.1 故障现象

医科达北研所BJ-6B 医用电子直线加速器出现治疗床不能正常升降。

2.3.2 故障分析与维修

医科达北研所BJ-6B 医用电子直线加速器治疗床隶属于机械系统部分，其作用为患者支撑和体位固定，通过机械运动位置锁定来完成患者的治疗位置，患者在治疗床上接收放射治疗。治疗床的机械运动有床的公转、床的升降、床的移动和床面的自传五个运动。医科达北研所BJ-6B 医用电子直线加速器治疗床箱体两侧分别有2 个相同的操作健和2 个相同功能的紧急制动开关，床箱体与手控盒连接，接收手控盒的运动控制信号，从而方便完成患者体位的摆放和位置固定[11]。

根据故障现象，结合结构认真分析，BJ-6B 医用电子直线加速器出现治疗床不能正常升降，应考虑线路是否接触良好，电缆电路和电路元件是否故障[12]。为此，首先检查治疗床的继电器是否有吸合声响，经检查，没有听到治疗床继电器的声响。于是打开治疗床护罩，拆开电源盒，用数字多用表测量治疗的供电电压，经测量，治疗的供电电压为38.9 V，而正常电压应为110 V。根据电路的走向，用数字万用表检查继电器和治疗床电机之间的供电线路，发现一处有短开故障，接好线路后测试，继电器声响正常，治疗床升降正常，故障排除。

3 结束语

医用电子直线加速器是临床治疗肿瘤的主要技术手段，属于高端的精密放射治疗设备，由于智能化程度高，使用中故障发生率大，无形增加了维修的难度和成本，还会给患者治疗造成一定的影响[13]。维修时，应在厂家工程师的指导下进行，不可盲目动手，将故障扩大化。对使用中出现的各类故障要根据故障代码和技术手册，针对不同的问题进行多方面的分析，借助维修工具，按照电路信号走向，利用系统诊断法、静态检查法、动态检查法、交换判断法等常用诊断方法和维修方法对故障进行调查、分析和排查。并进行深入浅出的分析总结，将故障排查在简易的步骤之中[14-15]。

在加速器的使用过程中，要注意对性能参数的检查和计量的校准，并做好预防性维修和维护保养。一旦参数发生偏差较大，物理师和工程师就要对参数进行相应的调整，做到事前预防、事中维护、事后保养，确保加速器使用的安全性和准确性，提高开机率和使用率[16-18]。