瓦里安Trilogy型直線加速器UDRS伴偶發EXQ2聯鎖故障維修一例

楊繼明，任江平

寧波市第一醫院 放化療中心，浙江 寧波 310510

引言

醫用電子直線加速器是腫瘤放射治療的主要設備，其結構較為復雜，屬于大型醫療設備[1]。加速器故障特別是束流方面故障是常見故障類型，但導致原因繁多，熟悉加速器的工作原理對故障大致方向進行邏輯判斷可以提高排查效率[2-3]。直線加速器作為輻射治療設備需要對其工作性能嚴格把關，物理師和專職維修人員應當對工作單位放療設備的工作原理、束流特性和故障聯鎖熟悉和理解，特別是對可能引起射線束特性變化的故障有敏感性并足夠重視，在設備維修后進行相關必要的QA[4-5]。

1 故障現象

瓦里安Trilogy型加速器6MV能量在治療時劑量率偏低，出現UDRS1/UDRS2（劑量率過低）聯鎖，開始時為偶發故障，通過切換能量能夠消除，隨后故障頻繁遂停止治療患者，直至故障常在，400 MU/min模式下閉環劑量率在230～400范圍內變化，開環劑量率在183～325之間，伴偶發EXQ2聯鎖。

2 故障排查

2.1 檢修邏輯

UDRS聯鎖較為常見，射頻微波、電子槍、劑量伺服、AFC、劑量采樣保持等系統出現問題都有可能造成劑量率問題，因此排查該類故障時，應首先根據加速器工作原理進行邏輯判斷確認大致方向以提高排查效率[6-7]。使用6MV能量在開環模式下出束，示波器測量靶電流Target I波形，單位時間內靶電流的面積積分正比于劑量率，觀察該波形的脈沖重復頻率PRF與半高寬FWHM均正常但波幅A較正常時低且上下位移對應劑量率低且不穩定，PRF正常說明機器觸發應當沒問題，亦可排除閘流管有損壞的可能。第二步測量速調管電流Kly I、加速管槍電流Gun I以及反射波波形LD Power2，這三個信號接示波器測量波形均正常，說明微波發生、電子槍和自動頻率控制系統均正常工作。據此判斷問題應出在電子槍的后級和X線靶的前級（加速管或偏轉系統）之間，圖1為此次聯鎖故障判斷流程圖。

圖1 聯鎖故障判斷流程圖

2.2 電路排查

首先檢查能量開關是否到位且無ENSW（Energy Switch）聯鎖，確認能量開關物理到位情況正常。在維修界面檢查偏轉線圈電流Bmag I和加速管四組線圈：角度舵線圈（Angle Steering）、位置舵線圈（Position Steering）、集束舵線圈（Buncher Steering）和聚束線圈的電流,修正線圈（Trim）只在22 Mev以上能量使用，與此次故障能量檔無關。加速管聚束線圈與偏轉線圈結構如圖2所示，發現維修模式下機器參數中的聚束線圈電流Sol I值與設備正常出束時的對應值不一致且偏低許多，正常時（驗收值）為70.02±3.00對應開環劑量率在430 MU/min；故障時小于65，最小值40.56時對應開環劑量率僅183 MU/min。瓦里安加速管較長，聚束線圈能夠對相應能量的電子團進行聚束，使電子團不致因束流內部電子間的互斥作用而散開或因外部磁場干擾而偏離軌道，保證在進入偏轉前每個電子團形狀的一致性，從而確保束流能達到設定的穩定劑量率[3]。因此對X線的能量檔來說，聚束線圈電流偏低將導致線圈對加速管中相應能量電子團的聚束能力減弱，被有效加速的打靶電子數減少、形狀改變，最終影響X射線束劑量率以及Profile等重要射束物理參數[8-9]。C系列加速器自身的聯鎖中不包含Sol I的聯鎖，只顯示具體模擬量對此次故障判斷造成了一定干擾。

圖2 加速管線圈與偏轉線圈結構圖

2.3 電路板處理

從圖3所示的Sol I電路結構圖可以看出，通過調節電子柜當中Program PCB的R11可控制聚束線圈的模塊電源A15的輸出功率。由于A15是所有能量公用的，因此判斷故障發生在能量編程板Program PCB（Lo-X）上。首先懷疑電路板上K3接觸器7、8觸點老化燒壞造成阻值變大從而增加了分壓，此類故障較為常見，將K3與該電路板上另外一個同款K5繼電器交換，故障未解決。關機拔下電路板，短接K3的7、8觸點，萬用表電阻檔接電路板N、12腳，調節R11-100 Ω精密電位器，測量到2腳即抽頭阻值顯示不穩定、線性差，懷疑原件焊點虛焊（或脫焊），電位器焊點重新加焊后測量阻值恢復正常。

圖3 加速管聚焦線圈電路結構圖

3 檢修結果

電位器焊點補錫處理后，開機預熱，Sol I顯示值54.57，按照Sol I正常基準值70.02重新調節出劑量率穩定。調節Sol I將會影響打靶電子數和打靶前電子團的形狀繼而影響到X射線劑量率、Profile和半影等重要射束物理參數。瓦里安公司的客戶技術公報GE-681 Rev G中明確說明對Sol I電位器更換或調節后需要對射束進行射野大小、絕對劑量以及40 cm2和10 cm2射野下的對稱性和平坦度進行QA驗證。物理師需要對射束的Profile、PDD、多深度下離軸比（Dmax、5 cm、10 cm、20 cm）、射野大小進行驗證[10]。在三維水箱測量10 cm2射野Profile時發現Crossplane即T方向平坦度達到2.97%較驗收時1.93%偏高，對稱性-2.89%較驗收時0.97%高，此時機器參數對應的T方向的檢測信號T Sym為-2.9，接近EXQ2 T方向對稱性聯鎖的臨界值±3，也是導致其偶發的原因,需要調整Angle T參數[11]。閉環模式下微調Program PCB的R18-BAL angle T電位器直至至掃描Profile與驗收值一致，然后將萬用表接控制柜B16 Intergrator#2（T Angle）電路板的TP9、TP10，微調Program電路板上R7 Angle T至萬用表mV檔顯示零，再對EXQ2聯鎖進行自動校準。重新掃描cm射野下Profile，平坦度為1.89%，對稱性為0.87%。使用免洗膠片對光射野一致性和射野等中心進行了檢驗，結果良好。最后使用一維水箱、劑量儀參考IAEA 277號報告對6MV能量的絕對劑量進行了校準[12]。質控詳細內容和工具如表1所示。設備使用三月余工作穩定無故障，晨月檢均能達標。

表1 維修后可能引起束流變化時的質控內容和設備

4 討論與總結

Program PCB是瓦里安公司C系列高能機的能量編程電路板，通過調節微調電阻能夠控制對應的編程參數如Pfn V、Gun I、AFC、Angle、Position等，是決定某檔能量特性的電路板。如果按照正常流程更換新的Program電路板，不僅需要物流等待時間，更換該電路板后需要挨個調節電阻，并對該檔能量重新進行射線數據采集或驗證，極端情況甚至需要重新擬合到TPS中，不但工作量巨大也將耽誤患者治療。而在實際維修中相關維修人員在保證維修質量的前提下，應選擇最經濟最高效的處理辦法[13-14]。

劑量率偏低聯鎖UDRS較為常見，但導致原因不盡相同，熟悉加速器結構與原理能夠高效判斷故障引發原因。本次故障是由于能量電路板焊點有問題，引起聚焦線圈電流變化繼而改變了對應能量下加速管內部電子團的聚束環境，最終影響X射線束劑量率以及Profile等重要射束物理參數。C系列加速器自身的聯鎖中不包含Sol I的聯鎖，只顯示模擬量，對此次故障判斷造成了一定干擾。物理師或專職維修人員應當對工作單位放療設備的工作原理、束流特性和故障聯鎖熟悉和理解，特別是對可能引起射線束特性變化的故障應具有敏感性并足夠重視，在設備維修后嚴格執行相關必要的QA。對于國內大多數放療中心高工作負載的加速器來說，除定期的QA以外，維修后的相關質控工作也是保證放療開展的必要保障。