瓦里安CLINAC IX加速器偏轉磁鐵的原理及故障分析

羅凱軍，程品晶

1. 南華大學附屬第一醫(yī)院 放療科，湖南 衡陽 421001；2. 南華大學 核科學技術學院，湖南 衡陽 421001

引言

我院于2014 年引進的瓦里安電子直線加速器具有兩檔光子線，分別是高能的15 MV-X 和低能的6 MV-X。該直線加速器具有六檔電子線能量模式，分別是6、9、12、15、18、22 MeV，可用于圖像引導下的計劃驗證和三維適形、調強放射治療。為保證引出的電子線能量滿足臨床應用所需，加速器中設有偏轉磁鐵（Bend Magnet，BMAG），在進行實際使用之后，其性能以及工作狀態(tài)都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但隨著我院收治的腫瘤患者數量增多，在設備使用過程中多次出現故障連鎖[1-3]，其中BMAG 連鎖具有一定代表性，該故障偶爾會自動消除，但存在反復出現的特征，嚴重影響治療效率[4]。因此，本文基于BMAG 工作的原理，給出了兩例故障的分析與排除過程，供交流參考。

1 BMAG的工作原理及BMAG聯(lián)鎖觸發(fā)機制

BMAG 能提供一個穩(wěn)定的磁場，不同能量的電子在BMAG 的磁場中運動軌跡是不一樣的。能量小的電子，磁場對其作用力大于其做圓周運動所需向心力，電子做向心運動；能量大的電子，磁場提供的作用力小于其做圓周運動需要的向心力，電子做離心運動；只有能量合適的電子，磁場提供的作用力等于其做圓周運動所需的向心力，電子才會做圓周運動。在電子運動的軌跡上有一個能量狹縫，只有滿足一定能量范圍內的電子（所選擇能量的±3%）才能通過此縫隙，以此確保所引出的電子線能量為臨床所需能量[5～6]，因此BMAG 的正常工作對臨床使用是至關重要的。

瓦里安加速器的不同射線能量模式是由BCD（Binary Coded Decimal）碼[7]實現控制的，通過BCD 碼設置不同能量對應的BMAG 電流（BMAG I），如表1 所示。

表1 加速器不同能量模式對應的BCD碼

BMAG 電流的設置及監(jiān)測電路都是在電路板CARROUSEL, MODE&BMAG 上實現的。如圖1 所示，A、B、C、D 就是不同能量模式對應的四位BCD 碼，U4 會根據控制柜(Console)提供的能量模式編碼（BCD 碼）選擇R10-R24 其中之一作為輸出，例如：高能X 線時，U4 會選擇R23 作為輸出；低能X 線時，U4 會選擇R22 作為輸出，不同能量模式檔有其對應的電位器。U4 的輸出經過U7 之后會作為BMAG I 的設置值控制BMAG 線圈電源，電源會根據U7 的輸出的X、Y 產生對應大小的BMAG I。

圖1 BMAG電流大小設置圖

如圖2 所示，U7 輸出的X、Y 到達BMAG 線圈電源，即圖2 中的電源（Bend Magnet P.S），此電源會產生對應的電流輸出，由其輸出端口電子經過4 根電纜接至BMAG，同時該電源會反饋出BMAG I 的數值，其可以直接從CARROUSEL, MODE&BMAG PCB 電路板上測量得到，這個也是預防性維護需要記錄的參數之一，表2 是我院IX-SN5648 加速器記錄分析的各種能量對應的電流采樣數值。

圖2 BMAG線圈電流源及BMAG I采樣圖

表2 各種能量模式對應的BMAG I采樣數值（mV）

電源的輸出（Output）端通過線纜加至負載，同時在負載處完成BMAG V 的采樣。BMAG V 是由圖3 接線柱E1 和E4 經由兩個保險F1、F2 后完成采樣，采樣信號同樣到達圖2 中CARROUSEL, MODE&BMAG 電路板，F1-F2的電壓也是需要記錄的參數之一：保險絲電壓HI-X(f1-f2)為 3.463 V。

圖3 BMAG V采樣圖

BMAG 的電壓和電流采樣值（BMAG V, BMAG I）都可隨時被監(jiān)測，任何一個參數波動過大都會導致BMAG 聯(lián)鎖的出現，當BMAG I 超過±1%或BMAG V 超過±5%[8-9]，就會出現BMAG 連鎖，BMAG 連鎖的檢測也與BMAG 電源輸出控制電路類似，也是由MODE BCD 碼來選擇不同能量其對應的電位器（圖4），以此電位器作為標準值，如果BMAG I 與BMAG V 的波動偏離這個標準值較大，連鎖就會出現。

圖4 BMAG聯(lián)鎖電位器的選擇圖

2 BMAG聯(lián)鎖故障實例及排除方法

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

15 MV-X 線偶爾出現BMAG 連鎖，其余能量正常。

2.1.2 故障排查

僅15 MV-X 線偶爾出現BMAG 連鎖，排除與其他能量公用元件故障的可能（例如BMAG 電流源，電纜等），懷疑是其BMAG I 設置值和連鎖電位器設置不當引起。首先選擇15 MV-X 線，在CARROUSEL, MODE&BMAG 電路板上測得BMAG I 采樣值（TP4-TP6）為34.0 mV，與以往的標準記錄（表1 中數值）對比，發(fā)現沒有差異，測得F1-F2 的BMAG V 采樣電壓為3.463 V，也與之前預防性維護一致，排除設置值波動的問題，檢查BMAG I 監(jiān)測回路，發(fā)現TP8-TP9 有壓差(大于±5%)，懷疑聯(lián)鎖電位器未設置好，調節(jié)15 MV-X 線對應的聯(lián)鎖電位器R77 使TP8-TP9 電壓接近0 后，再調節(jié)R9 使BMAG V 監(jiān)測回路的TP7-TP15 接近0，經進一步使用觀察，聯(lián)鎖未再出現，故障排除[8-9]。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

各能量模式下，轉機架時均會出現BMAG 聯(lián)鎖。

2.2.2 故障排查

邊轉動機架邊觀察BMAG 電源上的I 和V 顯示，發(fā)現聯(lián)鎖出現時，I 數值未變化，V 的數值變化，因此故障是由于V 波動引起，重點檢查負載，從BMAG 電源輸出開始檢查，沿4 根輸出電纜檢查，發(fā)現在機架中心位置，這4根電纜中有兩根已經磨損，其中一根已經露出了導線，當轉動機架時，外露的導線碰觸機架，聯(lián)鎖就出現，重新包裹絕緣磨損電纜后，加速器使用正常，待新電纜到達后更換電纜[10-11]，未再出現BMAG 聯(lián)鎖，故障排除。

3 BMAG聯(lián)鎖故障討論及總結

加速器臨床使用過程中，BMAG 聯(lián)鎖常出的情況大致有三種。

3.1 由BMAG I波動引起的BMAG聯(lián)鎖

BMAG 電源為恒流源，如果其輸出電流波動超過±1%，則會出現聯(lián)鎖故障。重點考慮電源相關部分：① 電源本身故障，檢查電源供電是否穩(wěn)定，立架上有4 塊相同的PWM 電源板且一般均會存儲備板，用交換法即可驗證PWM 板是否損壞；② BMAG I 設置值，檢查圖1 中的U7輸出是否穩(wěn)定，即檢查電路板是否工作正常，如果輸出不穩(wěn)定，更換電路板即可；③ MODE BCD 碼是否正確傳輸，分別在每檔能量測量 BMAG 板上的編程電壓值，即TP14對于TP10 的mV 值，并與留存的機器驗收完畢時所測之值進行比較，檢查數值是否完全相同。另需指出的是BMAG I 波動，如果負載不變，BMAG V 也是會相應波動的。

3.2 BMAG I與BMAG V均穩(wěn)定（通常是和預防性檢查記錄數據進行比對），但仍有BMAG連鎖出現

BMAG 出現隱性故障，故障后果尚不足以觸發(fā) BMAG 連鎖，會先行觸發(fā)對稱性連鎖 EXQ1，唐志全等[12]在他們論文中對隱性故障提出了系統(tǒng)的排障方法。

3.3 由BMAG V波動引起的（BMAG I穩(wěn)定）BMAG連鎖

當BMAG V 波動超過±5%時，需要檢查負載及采樣相關電路：① 電源到BMAG 的電纜。偏轉電路上是否存在短路，查偏轉線圈和偏轉電源以及連接電纜[13]，由于大部分線纜都是穿過大機架接到機座電源上，這就免不了由于機架轉動過程造成部分線纜的折斷或損壞，對于在轉動過程中的聯(lián)鎖問題，可以優(yōu)先考慮是否線纜損壞[5-6]；② BMAG本身真空泄露，必要時需更換BMAG[14]來消除BMAG 聯(lián)鎖；③ BMAG V 采樣電路板因為使用年久的緣故損壞，需要更換電路板來解決故障。

總之，平時注意觀察加速器運轉過程中的異常現象，對機器設備進行定期檢修，及時排除故障隱患，對瓦里安直線加速器BMAG 聯(lián)鎖要能夠及時排除和維修，認真做好故障檢修記錄，使BMAG 聯(lián)鎖故障率有效降低[15-16]。