医科达Precise直线加速器控制区电源故障维修三例

王绪刚，于文兵，魏绪国

聊城市人民医院 放疗科，山东 聊城 252000

引言

医用电子直线加速器是最常用的放射治疗设备[1]，其中医科达Precise直线加速器是非常成熟的数字化医用加速器，广泛应用于各医院放疗科，可开展常规放疗、适形放疗、调强放疗等多种放射治疗，实现快速、准确和高精度的临床治疗。医科达加速器的控制系统主要由控制柜和三个控制区组成[2]，我院Precise加速器自2006年投入使用至今已有15年多，随着使用年限增加，加速器控制区电源故障频发，影响机器的开机率和稳定性，有必要对其维修工作展开研究。目前有一些关于医科达加速器“-320 V Mon”连锁[3-6]、“15 V Ref”连锁[7]等电源相关故障处理的维修个例，但并没有关于医科达Precise加速器控制区电源故障的系统性维修分析类文章。为便于工程师快速解决控制区电源相关故障，现对Precise加速器的控制区电源组成和原理进行介绍，并就我院加速器控制区电源故障进行举例分析和维修探讨。

1 基本原理

1.1 控制区电源组成

控制系统的三个控制区分别为72区接口柜控制区ICCA、12区治疗头控制区RHCA、16区高压控制区HTCA。每个控制区分别具有A侧和B侧2个远程控制终端（Remote Terminal Unit，RTU）-A和RTU-B，每个RTU均包含7种电路板[8]，分别为多路终端单元（Multiplex Terminal Unit，MTU）电路板、数字信号输入编码（Digital Input and Encoding，DIE）电路板、12位模拟输入（Analog Input 12 bit，AI12）电路板、继电器输出（Relay Output Card，ROC）电路板、信号调节（Signal Conditioning Card，SCC）电路板、8位的模拟输出（Analog Output 8 bit，AO8）电路板、12位的模拟输出（Analog Output 12 bit，AO12）电路板。

每个控制区都有一个电源组件，该组件包括两个标准的开关模式电源模块（PSU1、PSU2）和一个附属电源板（Auxiliary PSU PCB）。图1为12区控制区电源，PSU1、PSU2分别为RTU-A、RTU-B的各种电路板提供5 Vdc逻辑电压和±15 Vdc模拟电源。附属电源板的功能是为继电器提供22 Vdc电源及为电离室提供-300 Vdc直流电压。如图2所示，12区附属电源板（型号45133903384）将T1变压器输出的两路20 Vac整流后得到两路22 Vdc分别供应两侧的RTU，其中一路22 Vdc经稳压模块U1输出为稳压12 Vdc，再经DC-DC电源模块PSU得到-325 V稳压电源，电压有效范围为300～350 V，因此简称“-300 V”[9-10]。16区和72区附属电源板（型号45133903385）只提供22 V电源。

图1 12区电源组件

图2 12区附属电源板

1.2 控制区电源监测

我院Precise加速器控制软件共有665个项目（item，简写为i）和104个项目成分（part，简写为p），为方便描述，下面列举了与本文相关的项目，见表1，其中i171为校准项目，i170、i176和 i177分别为i171的校准值、校准上限值和下限值。本文所用到的项目成分有p1（设定值）、p4（实际值）、p19（p4的上限值）、p20（p4的下限值）、p104（相关item的RTU地址）。

表1 本文控制软件项目

三个控制区共有六个RTU，每个RTU具有独立的地址码（从0到5），该地址码由RTU的MTU电路板自动获取。在加速器电脑控制软件中，PSU1、PSU2电源电压的项目分别为i273、i280、i281，当电压超出预设的上下限值（一般最多5%误差范围）时会报相应项目连锁，每个项目通过其p104值对控制区相关参考电压进行轮询，如果监测到电压超过限值就停止轮询，并指向超出限值的MTU板，p104值与相关MTU板对应情况如下：0=MTU-ICA（ICCA的A侧，以下类似）、1=MTU-ICB、2=MTU-HTA、3=MTUHTB、4=MTU-RHA、5=MTU-RHB。监测是由每个控制区的相反侧MTU板完成的（即A侧的MTU监测B侧的PSU2电源输出电压，反之亦然），如轮询停止在p104=4，则说明12区B侧的电源PSU2故障或者A侧的检测电路（SCC、AI12板）故障。

附属电源板提供的-300 V电压连锁项目为i189，该电压监测原理（图纸编号45133307049）如图3所示，监测电压经12区Dose A板→A侧SCC板→A侧AI板生成连锁项目i189，当电压超出预设的上下限值（一般最多7.7%误差范围，即300～350 V）时会报该连锁。

图3 -300 V电压监测原理图

2 故障一

2.1 故障现象

患者治疗过程中出现“-15 V Ref”连锁，无法继续治疗。

2.2 故障分析与处理

查看控制软件中“-15 V Ref”连锁项目i280的p4值从-14.19到-15.10浮动变化，p4设置的上限值p19为-1427（代表电压为-14.27 V）。因此当p4值大于-1427时，会报该连锁。当出现该连锁时，查看p104值为5，因此怀疑12区RHA侧电源PSU1故障或者RHB侧电压监控电路故障。此时为避免患者单次治疗进程中断，可将p19值临时修改为-1410。

由于我院Precise机型较老，未配备延长板，无法通过测量12区MTU板PL1 A27引脚（-15 V）电压值的方法快速判断电源是否损坏。本着由易到难的原则，首先排查监测电路：更换RHB侧的SCC和AI12板，故障依旧，说明监测电路正常；然后检查电源，拆掉12区电路板和接线，拉出整个12区部分，将外盖打开可见控制区电源如图1所示，将12区外接220 V电源，测-15 V电源输出电压PSU1、PSU2为-14.87、-14.88 V，在正常范围内，因此考虑可能是电源输出稳定性不够导致报该连锁，需更换12区A侧电源。因为没有新电源备件，并考虑到在操作上72区较12区更易安装和拆卸，为保证患者正常治疗和方便电源稳定性的观察和更换，于是将12区和72区的A侧电源对调然后复原12区，设置好-15 V电压相关参数后机器恢复正常。待新电源到达后将72区A侧电源更换后故障彻底解决。

2.3 小结

除了本案例涉及-15 V参考电压外，下列项目参考电压也有类似的表现及处理方式：i268 [0 V (x1) ref]，i269[0 V (x10) ref]，i270 [10 V ref]，i271 [1 V ref]，i272 [posn.ref]，i273 [+5 V ref]，i281 [+15 V ref]。

3 故障二

3.1 故障现象

治疗过程中出现“-320 V Mon”连锁，束流终止。

3.2 故障分析与处理

-320 V是12区RHCA的SK12FF端口提供给电离室的电压，当控制电路检测到该电压超过设定的误差范围时会报该连锁。首次出现i189“-320 V Mon”连锁时，查看i189的p20值为-3399，p4值为-350，而实测SK12FF空载电压为-320 V，用T型三通BNC接头连接SK12FF后带载测量电压也为-320 V，说明电源和负载正常，需要对i189监测电压进行校正。校正过程如下：首先将SK12FF端口的BNC插头拔下，在控制系统电脑上调出Calibration界面，将i171 cal.i1设为189，再将i170 cal.value设为0，然后插上BNC接口，再将i170设为-3200后保存。校正完成后故障消失。

几天后又出现i189连锁，查看i189 p4值浮动在-310～-350，为保证患者正常治疗，临时将p20值更改为-3600。但不久后又报i506“D1 supply”连锁和i511“D1 rly off”连锁，观察发现当i189 p4值浮动到-350时会报该连锁。查看维修手册，相关连锁出现原因为剂量通道1的供电电源电压存在故障，相关电压有+15 V、-15 V、+6.3 Vref、+5 V、-320 V等。查看电路图（图3）发现i189和i506连锁都与Dose A板有关，故首先怀疑Dose A板故障，但对Dose A板进行更换后故障依旧，于是考虑Dose A板的实际电源供给可能存在故障：测量SK12FF端口-320 V电压正常，排查与两种连锁都相关的+15 V电源，查看i281（+15 V Ref）的p104值，发现每次当p104为5时，p4值浮动较大，由14.95降到14.45，此时i189 p4值由-320浮动到-350后报i506和i511连锁。因此判断12区A侧PSU1电源故障，导致输出+15 V电压不稳，更换A侧电源后故障消失。在更换+15 V电源后实测SK12FF端口电压为-322 V，而i189 p4值为-311，对i189重新校正。最后校正加速器绝对剂量，确保一切正常后再进行治疗。连续观察两周“-320 V Mon”连锁未再出现。

3.3 小结

i189“-320 V Mon”连锁的监测信号取自Dose A板，与-320 V和+15 V电压有关，当+15 V电压不稳时会导致i189 p4值发生变化，超过预设误差值便产生i189连锁。此案例中将i189 p20改为-3600，由于电离室电压有效范围为300～350 V，故当i189 p4值浮动到-350时，出现未报i189连锁却报i506和i511连锁的现象。因此在维修过程中对i189 p4的上下限值的修改尽量不要超过电离室电压的有效范围。如果出现故障时的i189 p4值超过电离室电压有效范围，不可随意对上下限值进行修改，需要寻找其他原因。

经与医科达维修工程师交流论证，+15 V电源电压在5%误差范围内波动一般不会引起“-320 V Mon”连锁，这种情况的发生可能与我院Precise机器运行年限太长有关，此时建议同时更换-320 V电源。

4 故障三

4.1 故障现象

机房异常停电后加速器开机显示“Main Con A”连锁，接触器Con A未吸合。

4.2 故障分析与处理

Con A未吸合的原因有：① 供给接触器Con A线圈的24 V电压异常；② 急停开关被按下；③ LCS的i400 Con A设置不正确；④ 冷却水系统的水温＞42 ℃、水压＜0.2 bar、水泵温度 ＞90 ℃[11-12]。

经测量，24 V电压正常，急停开关未被按下，查看水温、水压正常，i400 p4值为1正确，结合电路图（编号45133307051，图4），判断故障原因为74区连锁继电器卡（Interlock Relay Card，IRC）-A板的继电器RL8未吸合，导致Con A得不到24 V电压，而RL8受72区ROC-A板和DIE-ICA板控制，起初怀疑电路板损坏，因为两侧ROC板和IRC板可互换，于是将A侧和B侧ROC板和IRC板互换，但故障依旧，考虑到两侧电路板同时出故障的概率较小，暂时排除ROC板和IRC板故障。经测量ROC-A板的端口电压A3/C3为27 Vdc，C25为0 V，A7/C7为0 V，ROC-A板的RLA3继电器未吸合，尝试短路RLA3，但是将C3、C7端口短接后C3端口电压变为0 V，该现象提示ROC-A板依然工作不正常。观察发现A侧所有电路板指示灯都不亮，而B侧正常，因此怀疑A侧电源PSU1故障导致该侧电路板不工作，于是排查A侧电源：触摸A侧电源盒外壳手感发凉，而B侧电源盒外壳手感温热，提示A侧电源工作异常，用万用表测量A侧电源有输入电压而无+15 V输出电压，判断A侧电源故障。为保证患者正常治疗，将A侧的供电接线临时并接到B侧电源。最终更换新的A侧PSU1电源后故障排除。

图4 Con A电路原理图

4.3 小结

加速器使用过程中，Con A不吸合的原因大多是水冷系统故障或急停开关被误碰，该案例提出了一种由于控制区电源故障导致Con A不吸合的故障现象：控制区电源无输出电压导致该侧电路板不工作，74区IRC-A板的继电器RL8不吸合，Con A得不到24 V电压。为提高维修效率，遇到此类故障时，应先整体观察控制区各电路板的工作状态是否正常再进行针对性测量分析。

5 总结

目前并没有关于医科达Precise加速器控制区电源故障的系统性维修分析类文章。本文旨在通过对加速器控制区电源组成和原理的介绍以及对三例控制区电源故障维修案例的分析讨论，提供加速器控制区电源故障的维修经验和维修方法，希望能为医院放疗工程师系统性掌握相关原理并快速解决相关故障提供借鉴。

加速器控制区电源发生故障的现象一般分为两大类：① 电源电压有输出但电压不稳，超出限值后报参考电压连锁，或由于电压不稳导致控制区电路板工作不稳定而报相应连锁，如本文案例一和案例二，这类故障可被相关电路监测并通过加速器电脑明确提示，可通过查看相应连锁的item和part值判断故障点，相关维修方法与各类文献提到的“-320 V Mon”连锁、“15 V Ref”连锁故障处理方法大同小异；② 电源电压无输出导致控制区电路板不工作而报各种连锁，如出现加速器通讯异常[13]或本文案例三的情况，此时加速器状态出现异常，应整体检查加速器状态参数监测值是否正常、控制区电路板是否工作等[14]。

随着医科达加速器使用年限的增长，控制区电源发生故障的概率增加，在下一步研究中要开展机器的预防性维修工作[15-16]，对控制区电源电压做好日常监测，并定期对电源电压进行校准，发现电压不稳后应立即更换，避免出现更多附加连锁。

综上所述，本文结合我院加速器控制区电源电压故障的三个维修案例，系统性阐述了医科达Precise加速器控制区电源的组成、电源电压的监测原理以及相关故障的维修经验和维修方法，为医院工程师对医科达加速器控制区电源相关故障的高效处理提供了理论支持和维修方法参考，进而有利于提高医科达加速器的开机率。