SIEMENS數(shù)字直線加速器的安全系統(tǒng)

王劍平

寧波市第二醫(yī)院設(shè)備科，寧波市，315010

西門子加速器除了用聯(lián)鎖電路來保障治療安全外，還有3套安全系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，以保證治療安全。

1 T1 Emergency Line 系統(tǒng)

T 1 安全線是通過監(jiān)測(cè)各個(gè)功能控制板(Function controller，以下簡(jiǎn)稱FC)的狀態(tài)來預(yù)防誤治療的發(fā)生。

從圖1可知，T1 線在各個(gè)功能控制板(function controller)和watchdog板之間形成環(huán)路，正常狀態(tài)下是+5 V，當(dāng)某個(gè)功能板發(fā)現(xiàn)其子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，它就把T1 拉低，證明系統(tǒng)有故障發(fā)生。其他功能板通過讀取T1線的狀態(tài)得知系統(tǒng)故障后，停止其子系統(tǒng)的工作，保證治療的安全。圖中，I/O Relay板和FC#5板只讀取T1 線而不發(fā)送T1 線。T1 線是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的，并且不能被旁路。當(dāng)T1 線被拉低時(shí)，I/O Relay板上的DS6（T1 indicator）紅燈會(huì)滅，并且禁止機(jī)器運(yùn)動(dòng)和出線束。

圖1 Emergency Line 系統(tǒng)Fig.1 Emergency Line system

每20 ms為一個(gè)周期，每個(gè)FC會(huì)給watchdog板報(bào)告一個(gè)9 μs脈寬的低電平watchdog脈沖信號(hào)，watchdog板則監(jiān)控這些脈沖信號(hào)。如果某個(gè)FC在128 ms內(nèi)沒報(bào)告watchdog信號(hào)，在0.5 s內(nèi)把T1 線拉低。

從圖2可以看出，U17-11在U19，U20的131 ms計(jì)數(shù)后，反轉(zhuǎn)成高電平。(a) 使U18讀取寄存器中的Watchdog信號(hào)，D=Q，當(dāng)D為低電平時(shí)，T1保持高電平，DG1燈亮；D為高電平時(shí)，T1被拉低，這時(shí)DR3和DG2燈亮，并且相對(duì)應(yīng)的DG4～DG11燈也亮當(dāng)。(b) 經(jīng)過延時(shí)后復(fù)位寄存器，開始下一個(gè)計(jì)數(shù)周期。

2 Spuervisor Line 系統(tǒng)

該系統(tǒng)統(tǒng)watchdog工作線路如圖3所示。FC0，1，2，3，6，7有3條safety line 分別報(bào)告給logic control板，用于出束時(shí)的狀態(tài)檢測(cè)，它們是/HV on Out，/Rad on Out，/Gantry En Out。區(qū)別于T1，它們只在準(zhǔn)備和出束時(shí)才起作用。

當(dāng)在控制臺(tái)按下Accept后，上述的每個(gè)FC向logic control板報(bào)告safety line的狀態(tài)，低電平為正常。Logic control板分析接受到的18個(gè)safty line信號(hào)后，如果都是低電平，那么就會(huì)向IO relay板發(fā)出3個(gè)高電平的HV on logic，Rad on logic，Gan En logic信號(hào)，同時(shí)，也給FC6和FC7 發(fā)出3個(gè)低電平的/HV on in，/Rad on in，/Gan En in信號(hào)。這時(shí)如果T1 line正常，控制臺(tái)會(huì)切換到Ready狀態(tài)，如果任何一個(gè)safety line報(bào)告不正常時(shí)，控制臺(tái)將處于 not ready狀態(tài)，直到報(bào)告#70 control 7 連鎖。

Ready狀態(tài)下按下Rad on后，I/O relay板在FC7的控制下向FC0，F(xiàn)C1，F(xiàn)C2，F(xiàn)C3 給出HV on In，Rad On In，Gan En In 信號(hào) 。

圖2 Watchdog 板工作線路圖Fig.2 Watchdog chip workline diagram

圖3 Supervisor Lines 系統(tǒng)原理圖Fig.3 Supervisor Lines system principal diagram

3 Check 1和Check 2系統(tǒng)

Check1和Check2分別是控制臺(tái)在出束前和出束后，對(duì)FC和相關(guān)聯(lián)鎖進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)有FC或連鎖check通不過時(shí)，控制臺(tái)就轉(zhuǎn)入error狀態(tài)，直到所有check通過后，才能恢復(fù)正常工作。

Check1的測(cè)試包括2個(gè)部分：

(1) 每個(gè)FC的RAM和ROM測(cè)試；

(2) FC6通過SIM line測(cè)試所有的聯(lián)鎖電路。

Check2的測(cè)試包括3個(gè)部分：

(1) safty line測(cè)試。每個(gè)FC報(bào)告HV on，Rad on，Gan En 信號(hào)，F(xiàn)C2拉下這3個(gè)Safety line。FC7監(jiān)測(cè)這些信號(hào)并報(bào)告給控制臺(tái)。如果FC7沒有報(bào)告safety line被拉下，控制臺(tái)就報(bào)error。

(2) 在維修菜單，可以對(duì)選中的FC做check。

①FC在D22拉下T1 線并且在F28讀取低電平的T1 線。

② FC停止給watchdog板發(fā)送watchdog信號(hào)，watchdog板在262 ms內(nèi)沒有收到watchdog信號(hào)而拉低T1 線。FC監(jiān)測(cè)T1 線被拉低并報(bào)告給控制臺(tái)。如果控制臺(tái)沒有收到FC報(bào)告，將報(bào)error。測(cè)試完成后FC將恢復(fù)T1 線和watchdog信號(hào)。

(3) 劑量相關(guān)聯(lián)鎖電路測(cè)試。FC2通過觸發(fā)interlock test信號(hào)對(duì)7個(gè)劑量聯(lián)鎖（Mon Sync，DR2，P.S check，HR1，HR2，Pre High Rate，Dose Sim）進(jìn)行測(cè)試，F(xiàn)C6監(jiān)測(cè)這些連鎖動(dòng)作，任何一個(gè)聯(lián)鎖不報(bào)告都會(huì)導(dǎo)致check2通不過而報(bào)error。

4 安全系統(tǒng)在日常中的應(yīng)用及分析

(1) 控制臺(tái)在按下ACCEPT時(shí)出#85 I/O Relay連鎖，連鎖能RESET清除，但由于頻率很高而停機(jī)。

通過檢查I/O Relay板指示燈的狀態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)T1被拉低了。這時(shí)再檢查Watchdog板的指示燈發(fā)現(xiàn)，DR3和DS8紅燈亮，說明T1是被FC3拉低的。更換FC3上的8255芯片，解決了這個(gè)問題。

提示：有時(shí)候在Watchdog板上沒有指示出錯(cuò)的FC，這時(shí)可以逐次復(fù)位FC板（FC板上的灰色復(fù)位按鍵），控制臺(tái)復(fù)位logoff連鎖后，出束檢查是否出I/O Relay連鎖。不出連鎖時(shí)所對(duì)應(yīng)的FC就是有故障的電路板。

(2) 控制臺(tái)在按下ACCEPT后，出現(xiàn)#70 controller 7連鎖，代碼716，HV，Gan EN，Rad on not released during transition to a ready state error。

圖4 安全控制電路圖Fig.4 Saftey control circuit diagram

按照之前分析的safety line工作原理，應(yīng)該是某個(gè)FC沒有釋放某一條safety line。Logic control 板上有一個(gè)latch/unlatch開關(guān)，在unlatch狀態(tài)，可以觀察到控制臺(tái)檢測(cè)safety line的過程。關(guān)閉注入器高壓和調(diào)制器高壓后，我們仔細(xì)觀察logic control板上DS1(Rad on)，DS2(HV on),DS3(Gan En) 3個(gè)safety line指示燈，和DS4-DS9所對(duì)應(yīng)的FC0-FC7的6個(gè)指示燈。我們發(fā)現(xiàn)在控制臺(tái)按下ACCEPT后，其他指示燈都相繼熄滅，只剩下DS1和DS7沒有滅。這說明在檢查過程中FC3的/Rad on沒有釋放給logic control板，所以控制臺(tái)產(chǎn)生了相應(yīng)的連鎖。

測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在FC3上的/Rad on out（F22）為0 V，而logic control板上收到的/Rad on out (D26)為1.5 V。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)它們之間的S34 J6松動(dòng)，重新固定J6后故障解除。

(3) 偶發(fā)的check 2error，在維修菜單check display中check時(shí)，F(xiàn)C6下 面的錯(cuò)誤代碼2 h。

按照check 2 工作原理，F(xiàn)C62 h 是出束結(jié)束時(shí)7個(gè)劑量連鎖中某個(gè)連鎖自檢沒有通過。我們可以在check display菜單中按‘C’，開始check2 過程，同時(shí)在機(jī)柜S33連鎖板上觀察7個(gè)劑量連鎖 的動(dòng)作情況。正常情況下，7個(gè)聯(lián)鎖幾乎同時(shí)閃爍1 s后熄滅。

實(shí)際中，我們發(fā)現(xiàn)7個(gè)劑量連鎖有非常快而微弱的閃爍，有別于正常時(shí)的check。測(cè)量發(fā)現(xiàn)送至聯(lián)鎖板的7個(gè)測(cè)試脈沖在正常和不正常時(shí)沒有差異，但是聯(lián)鎖板上的24Reset (Z28) 信號(hào)在正常時(shí)是0 V，不正常時(shí)是24 V。如圖4所示，24Reset常態(tài)時(shí)保持低電平，而只在S31按下24 V復(fù)位按鈕時(shí)才轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑瑢?duì)聯(lián)鎖板復(fù)位。當(dāng)K9-9和K9-3粘連后，24Reset持續(xù)的高電平限制了聯(lián)鎖板正常的讀取聯(lián)鎖信號(hào)，所以check2中的聯(lián)鎖測(cè)試沒有通過。更換K9后故障解除。

[1]Siemens digital mevatron service drawings[R].