瓦里安Unique直線加速器治療頭旋轉(zhuǎn)故障案例分析

陳 鵬 馬蕾杰 劉 冰 劉 晗 雷宏昌*

Unique直線加速器(美國瓦里安公司)是一種用于腫瘤精確放射治療的低能醫(yī)用直線加速器，其主要產(chǎn)生單能量為6 MV的X射線，多配備120片多葉光柵和圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)三維適型調(diào)強(qiáng)放射治療和容積調(diào)強(qiáng)放射治療等。相比高能加速器其具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠高效等優(yōu)勢[1]。鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科的Unique直線加速器在治療過程中遇到過3例治療頭旋轉(zhuǎn)故障，故障現(xiàn)象均為旋轉(zhuǎn)過程中時(shí)斷時(shí)續(xù)，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間加長，停止頻率增多直到不運(yùn)動(dòng)，但停止一段時(shí)間后又可運(yùn)動(dòng)，且出現(xiàn)該現(xiàn)象時(shí)加速器不報(bào)連鎖，無故障代碼。雖然三次故障現(xiàn)象都相同，但每次處理結(jié)果并不相同。為此，對3例故障案例進(jìn)行總結(jié)，供同行參考。

1 加速器治療頭的結(jié)構(gòu)與作用

加速器治療頭內(nèi)由輻射光學(xué)模擬系統(tǒng)(射野燈和反光鏡)、一對上準(zhǔn)直器、一對下準(zhǔn)直器、多葉光柵以及附件盤等組成。其主要作用是將輻射束流限制在一定的區(qū)域內(nèi)，并取得臨床中所需要不同尺寸、不同形狀的照射野[2]。治療頭的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)組件安裝在其旁邊的正前方，通過減速電機(jī)和齒輪鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)治療頭旋轉(zhuǎn)，可得到不同角度的照射野。為防止治療頭連續(xù)向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)造成電纜線扭轉(zhuǎn)損壞，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)限位保護(hù)裝置，即兩組微動(dòng)開關(guān)和橡膠緩沖塊。

2 故障分析

2.1 故障案例一

(1)故障分析。此故障可從控制部分和驅(qū)動(dòng)部分兩方面著手，除治療頭旋轉(zhuǎn)外其他運(yùn)動(dòng)部分都正常，所以首先排除該現(xiàn)象控制部分無問題，著手檢查驅(qū)動(dòng)部分。驅(qū)動(dòng)信號(hào)流程如圖1所示。

治療頭旋轉(zhuǎn)控制信號(hào)至PWM板后通過CH3 13c，11c輸出22.8 V左右的直流電壓，經(jīng)過AUX BACK PCB J45-15，16到Gantry Patch Panel的J23-15，16進(jìn)，經(jīng)該板J33-1，3出，送到治療頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)治療頭旋轉(zhuǎn)時(shí)該流程各個(gè)節(jié)點(diǎn)均有22.8 V左右的直流電壓，當(dāng)治療頭旋轉(zhuǎn)至逐漸停止過程中電機(jī)兩端、J33-1，3、J23-15，16及J45-15，16的電壓均由22.8 V逐漸減小至0 V，而在PWM板CH3輸出的13c，11c電壓仍為22.8 V(需要用延長板測)。因此排除PWM板故障，但為了進(jìn)一步確認(rèn)該判斷，將XA1 PWM板與XA2 PWM板進(jìn)行互換，故障現(xiàn)象依舊。

圖1 治療頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)流程圖

在維修模式下查看COL MOT I值為1.1 A。因治療頭旋轉(zhuǎn)電路中電流值過大且電機(jī)噪音較大，懷疑旋轉(zhuǎn)電機(jī)性能降低，測量該電機(jī)線圈電阻為4.3 Ω，新電機(jī)線圈電阻為120 Ω，線圈電阻減小96%，所以斷定為電機(jī)故障。查找圖紙發(fā)現(xiàn)在PWM板CH3輸出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之間兩路各有1個(gè)熱敏電阻RT7和RT8(0.75 A)，該電阻類似于自恢復(fù)保險(xiǎn)絲起到過流保護(hù)器件作用。因旋轉(zhuǎn)電機(jī)性能降低，至使電路中電流增大至1.1 A，超過該熱敏電阻截止電流0.75 A，工作一段時(shí)間后該熱敏電阻溫度升高，阻值瞬間增大中斷電路回路，所以PWM板輸出有電壓而電機(jī)不工作，停用一段時(shí)間后溫度降低電阻恢復(fù)正常，電路回路導(dǎo)通電機(jī)又工作。

(2)故障處理。從另一臺(tái)設(shè)備上拆下同型號(hào)的治療頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)并安裝，治療頭旋轉(zhuǎn)正常，進(jìn)行校準(zhǔn)后故障現(xiàn)象消失，故障排除。

2.2 故障案例二

(1)故障分析。由于此前更換的是舊電機(jī)，懷疑該電機(jī)使用一段時(shí)間后性能降低，將全新電機(jī)更換后故障依舊，判斷此次故障與電機(jī)無關(guān)。使用萬用表測量驅(qū)動(dòng)電路中各節(jié)點(diǎn)電壓，在治療頭正常旋轉(zhuǎn)時(shí)均有電壓22.8 V左右，不能旋轉(zhuǎn)時(shí)無電壓且PWM板輸出CH3 13c，11c也無電壓。懷疑PWM板故障，將XA1與XA2的PWM板互換，XA1 PWM板CH3輸出為COLL RTN(治療頭旋轉(zhuǎn))信號(hào)，XA2 PWM板CH3輸出為PSA RTN(治療床旋轉(zhuǎn))信號(hào)。開機(jī)后測試發(fā)現(xiàn)治療頭旋轉(zhuǎn)正常，治療床旋轉(zhuǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù)，故障現(xiàn)象已由治療頭旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移至治療床旋轉(zhuǎn)，因此判斷為PWM板故障(如圖2所示)。

圖2 PWM板H-橋驅(qū)動(dòng)電路原理示圖

PWM板的4個(gè)通道均由IR8200B H-橋驅(qū)動(dòng)，H-橋控制60 Hz方波信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制，使負(fù)載得到所需的平均功率。H-橋連續(xù)輸出電流達(dá)3 A，具有過熱保護(hù)功能。IR8200B的第9腳為過熱標(biāo)志輸出信號(hào)TF0，正常時(shí)電壓約為4.9 V左右，當(dāng)溫度升高時(shí)，電壓下降，U1的11腳檢測TF0信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)溫度過高，則發(fā)出FAULT信號(hào)，BRAKE信號(hào)有效，限制該板輸出電路[3-4]。該板中的H-橋、多路開關(guān)、放大器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器等均可能故障。

(2)故障處理。在測量過程中發(fā)現(xiàn)PWM板位置正下方的散熱風(fēng)扇不工作，導(dǎo)致該電路板散熱不正常，從而燒壞H-橋元器件。更換PWM板和散熱風(fēng)扇后，治療頭工作正常，故障排除。

2.3 故障案例三

(1)故障分析。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)先測量各節(jié)點(diǎn)13c，11c、J45-15，16、J23-15，16、J33-1，3以及治療頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)兩端電壓。發(fā)現(xiàn)正常旋轉(zhuǎn)時(shí)各節(jié)點(diǎn)電壓均為23 V左右，當(dāng)電機(jī)逐漸停止時(shí)，各節(jié)點(diǎn)電壓均由23 V減小至0 V，而PWM輸出13c，11c兩端電壓仍為23 V。在排除電機(jī)故障后，進(jìn)一步測量PWM板CH3輸出13c，11c到AUX.BLACK PCB J45-15，16之間這兩路的熱敏電阻RT7和RT8(0.75 A)時(shí)發(fā)現(xiàn)在正常旋轉(zhuǎn)時(shí)RT7和RT8兩端電壓均為0.5 V左右，當(dāng)治療頭故障停止時(shí)RT7兩端電壓0.5 V左右，而RT8兩端電壓25 V(電阻前端電壓31 V，后端電壓6 V)，治療頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)電流COLL MOTI為0.68 A，并未達(dá)到該熱敏電阻的截止電流0.75 A，所以判斷為熱敏電阻RT8故障。

當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻較小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過；當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增，從而阻斷電路回路而起到保護(hù)電路作用。熱敏電阻器屬于敏感元件，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(positive temperature coefficient，PTC)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(negative temperature coefficient，NTC)[5]。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感，在不同溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。PTC在溫度越高時(shí)電阻值越大，NTC在溫度越高時(shí)電阻值越低，二者同屬于半導(dǎo)體器件且優(yōu)點(diǎn)較多但相對易老化。

(2)故障處理。更換AUX.BLACK PCB上的熱敏電阻RT8后進(jìn)行校準(zhǔn)測試，故障現(xiàn)象消除，故障排除。

3 小結(jié)

治療頭旋轉(zhuǎn)故障的原因很多，如治療頭旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)故障、位置電位器故障、主次電位器不匹配(HWFA聯(lián)鎖)、治療頭旋轉(zhuǎn)鏈條脫落和檢測鏈條松緊傳感器故障等[6-7]。以上3例故障現(xiàn)象雖然相同，但處理結(jié)果完全不同，因此當(dāng)出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象時(shí)，先要檢查驅(qū)動(dòng)電路PWM板，仔細(xì)觀察各個(gè)信號(hào)燈指示，認(rèn)真測量各節(jié)點(diǎn)電壓，綜合判斷分析引起故障現(xiàn)象的原因。同時(shí)，日常工作中的維護(hù)與保養(yǎng)工作十分重要，因配備風(fēng)扇的部位散熱量比較大，應(yīng)定期檢查風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況并及時(shí)處理風(fēng)扇和電路板上的灰塵，以免燒壞電路板的元器件。加強(qiáng)日常巡查加速器工作狀況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)查找原因并維修，從而保障設(shè)備的良好運(yùn)行。

[1]金磊.陳新建.Varian600cd直線加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)故障分析[J].醫(yī)學(xué)信息，2014，27(9)：218.

[2]顧本廣.醫(yī)用加速器[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3]楊紹洲.2100C加速器STPS聯(lián)鎖的檢修方法[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2004，19(5)：69.

[4]許琨，賈輝.瓦里安高能加速器PWM板的工作原理與維修[J].中國醫(yī)療器械雜志，2011，35(6)：467.

[5]李小龍.熱敏電阻的分類、特性與應(yīng)用研究[J].科技展望，2016，24：104.

[6]譚庭強(qiáng)，李黎，李賢富，等.UNIQUE醫(yī)用直線加速器故障分析與維修2例[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2016，31(8)：164-165.

[7]楊紹洲，王勝軍.VARIAN加速器維修經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程，2004，23(4)：310-311.