西門子醫(yī)用直線加速器微波頻率自動控制系統(tǒng)的故障分析

張忻宇

惠州市中心人民醫(yī)院 （廣東惠州 516001）

醫(yī)用直線加速器具有能量選擇靈活性強(qiáng)、劑量分布均勻有效、可調(diào)照射野范圍廣等良好的治療特性，被廣泛運(yùn)用于腫瘤放射治療領(lǐng)域[1]，其主要由加速管部分、微波控制部分、電子發(fā)射部分3大核心控制系統(tǒng)組成[2]，微波頻率自動控制（automatic frequency control，AFC）系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)射頻源輸出頻率與加速管諧振腔內(nèi)諧振頻率一致性的核心部件，起到固定糾正微波工作頻率的作用。我院目前治療用西門子PRIMUS-H醫(yī)用直線加速器使用的是駐波自動鎖向穩(wěn)頻系統(tǒng)，該設(shè)備擁有以速調(diào)管為微波射頻源及其射頻放大系統(tǒng)的獨(dú)立調(diào)制器單元[3]。現(xiàn)將該機(jī)型近期出現(xiàn)的2例故障現(xiàn)象及維修方案與同行分享，以供維修工程師參考借鑒。

1 故障1

1.1 故障現(xiàn)象

醫(yī)用直線加速器在6 MV-X治療模式出束中頻繁出現(xiàn)#54DOSE RATE2(HW)、#12DOSE RATE1(SW)、#13DOSE RATE2(SW)等劑量率聯(lián)鎖，復(fù)位后可以清除，但再次出束一段時間后仍出相同故障聯(lián)鎖，影響治療進(jìn)度。

1.2 故障分析和處理

醫(yī)用直線加速器的劑量率控制主要由調(diào)制器射頻、電子槍注入和AFC控制系統(tǒng)3個部分負(fù)責(zé)[4]，而其中AFC系統(tǒng)又是引起劑量率聯(lián)鎖的主要因素。對于故障，我們使用示波器連接設(shè)備的INJ-I端口，觀察示波器射頻反射波RFREAL變化，排除因電子槍電路故障引起的劑量率問題。旁路相關(guān)聯(lián)鎖出束，當(dāng)設(shè)備在OMU劑量瞬間，RF反射波形完全跌落，但在間歇性地工作時，卻出現(xiàn)了正確的RF反射波形。進(jìn)入控制臺參數(shù)界面觀察AFC系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)變化情況，設(shè)備在RAD ON狀態(tài)下按下RAD OFF終止出束，AFC-M反饋值從5 000 mV左右緩慢下降至2 mV。通常對于進(jìn)入INTERRUPT狀態(tài)的機(jī)器而言，AFC-M反饋值應(yīng)該緊跟著AFC-P反饋值，而故障中AFC-M反饋值卻緩慢降至0，說明有另外一個電壓驅(qū)動電動機(jī)導(dǎo)致AFC-M反饋值沒有被拉到靠近AFC-P反饋值。該現(xiàn)象多出現(xiàn)于G39模塊PCB1板上的U2[AD7512]元件故障，因元件老化引起漏電或切換不良現(xiàn)象。更換AD7512電路板，再次調(diào)整AFC-P參數(shù)值至3 800，小于出束時AFC-M的參數(shù)值，優(yōu)化各能量檔位劑量率參數(shù)，設(shè)備正常出束，聯(lián)鎖清除。

2 故障2

2.1 故障現(xiàn)象

醫(yī)用直線加速器在9 MeV電子線治療模式下，當(dāng)設(shè)備首次進(jìn)入RAD ON狀態(tài)即出#54DOSE RATE2(HW)等劑量率聯(lián)鎖，復(fù)位后可清除，第2次則可正常出束。切換治療模式后，該故障再次出現(xiàn)。

2.2 故障分析和處理

該問題反復(fù)出現(xiàn)在X線治療模式切換至電子線治療模式后的首次出束工作中，說明在電子線模式下的第1次出束瞬間，AFC系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)沒有達(dá)到出束要求，所處的頻率位置超過了系統(tǒng)的捕獲范圍。我們按照AFC系統(tǒng)校準(zhǔn)要求對設(shè)備進(jìn)行檢查。首先，通過維修模式，在設(shè)備RAD ON狀態(tài)下觀察AFC系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)值，可發(fā)現(xiàn)AFC-M值不變化，設(shè)備不出束，說明AFC系統(tǒng)對于尋找出束點(diǎn)出現(xiàn)了問題。理論上，AFC-P值應(yīng)該設(shè)置在AFC系統(tǒng)的捕捉范圍以內(nèi)，對于校正優(yōu)良的設(shè)備，其值應(yīng)能達(dá)到±1 000 mV。而對于故障現(xiàn)象在復(fù)位后的第2次RAD ON狀態(tài)下設(shè)備能正常出束，可見，第2次出束瞬間的AFC-P值則為該設(shè)備的最佳出束點(diǎn)。更改最佳出束點(diǎn)后，設(shè)備仍存在無法出束的現(xiàn)象，排除因AFC-P設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致故障。接著，我們調(diào)整AFC系統(tǒng)的增益，排除因增益過低引起的故障，用示波器觀察反射波，調(diào)整G39模塊P31板上的增益電位器至震蕩剛剛停止的位置，重新出束故障仍未消除。最后，我們判斷故障多因前置放大器HL298元件老化引起的性能劣化。在長期受到強(qiáng)輻射照射的環(huán)境下，AFC系統(tǒng)前置放大器298元件極易老化，造成了取樣門得到的誤差電壓無法很好地實現(xiàn)AFC參數(shù)跟蹤。更換AFC前置放大器后設(shè)備恢復(fù)正常。對于取樣保持電路在小劑量率時跟蹤不佳的問題，多因AFC系統(tǒng)增益過低或AFC系統(tǒng)前置放大器298性能劣化導(dǎo)致，本故障排除了AFC系統(tǒng)的增益問題，而是因AFC系統(tǒng)前置放大器故障造成兩次取樣間隔時間長，從而不能保持誤差電壓對AFC系統(tǒng)的有效跟蹤所致。

3 小結(jié)

AFC系統(tǒng)作為諧振調(diào)制器是醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)出束保證的關(guān)鍵所在，因其電路老化及相關(guān)故障引起的劑量率聯(lián)鎖在設(shè)備劑量率相關(guān)問題中居于首要地位。為簡化維修程序，讓設(shè)備盡快用于臨床治療，在設(shè)備出現(xiàn)劑量率聯(lián)鎖同時未出現(xiàn)電子注入量相關(guān)聯(lián)鎖的狀態(tài)下，維修人員可以先從適當(dāng)調(diào)整AFC系統(tǒng)電路控制參數(shù)入手，盡快解決劑量率問題。對于確定AFC系統(tǒng)故障的維修，由于其涉及的控制元器件數(shù)量多，相關(guān)部件工作原理復(fù)雜，更需要臨床工程師的耐心細(xì)致，及時高效地找到故障問題所在，排除隱患，使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。