美國瓦利安高能直線加速器低劑量率故障處理

何健浩，歐智杰

（1.梧州市紅十字會醫院放療科，廣西梧州 543002；2.梧州市紅十字會醫院醫學裝備部，廣西梧州 543002）

0 引言

在癌癥治療方面，美國瓦利安高能直線加速器得到了廣泛使用。按照設備操作管理要求，使用期間應保證放療劑量得到準確控制。出現劑量率不穩等情況，需要加強設備維修。目前，設備常常出現低劑量率故障，因此應加強故障檢修分析，保證設備使用效果。

1 美國瓦利安高能直線加速器概述

美國瓦利安高能直線加速器由瓦利安醫療系統公司研制，能夠為癌癥患者提供放射治療。作為全球綜合放射治療設備供應商，瓦利安研制的直線加速器能夠以人工方式將各種帶電粒子加速到高能量電磁裝置中，發射出的X 射線能夠穿透復雜物體結構，在醫療、公共安防等領域得到了廣泛應用。從加速方式來看，包含行波和駐波兩類。采用前一種方式，在網波導中周期性插入帶中孔的圓形膜片，使傳播電磁場相位傳播減速，從而對電子進行同步加速。采用后一種方式需要在加速管兩端布置短路板，構成電磁振蕩的駐波[1]。在加速管中，各腔體擁有相同諧振頻率，腔間電場方向相反。在醫療領域，按照加速器發射的X 射線能量，可以將其劃分為低能、中能和高能等3 種，通常能量分別為4 MV、6 MV 和8 MV。高能直線加速器通常為雙光子方式，能夠提供兩擋X 輻射。設備發出的電子輻射可以劃分為多擋，最高能夠達到20～25 MeV，使治療深度范圍得到擴大。從加速器結構來看，核心部件為自動多葉光柵，能夠提供高能和低能X 射線，完成不同能量線發射。在工作過程中，需要利用電子槍進行高能電子發射。在電子注入到加速管后，依靠微波能夠加速，促使靶向電流達到最大。依靠高速電子及其撞擊金屬靶提供的射線，能夠對癌細胞進行殺滅。

2 美國瓦利安高能直線加速器低劑量率故障檢修

2.1 影響低劑量率的因素

在設備操作過程中，需要對劑量率進行調節，以滿足電子輻射發射擋位控制要求。所謂劑量率，就是設備單位時間內發出的電子輻射劑量，能否準確控制關系到患者人身安全。按照醫用規定要求，采用設備開展固定治療的劑量率不超過1%，旋轉治療在±1.5%范圍內[2]。根據設備劑量率，需要加強治療時間控制。為保證設備使用安全性，在劑量率不穩定時加速器將啟動聯鎖停機。從原理來看，設備劑量率與注入電子數量和時間有關，同時也與微波頻率、施加時間有關，具體取決于柵極脈沖電壓幅度、電流穩定性等參數。設備出現低劑量率故障，通常與自動頻率控制系統、注入系統等部分存在異常有關。

2.1.1 自動頻率控制系統異常

在高能直線加速器中，自動頻率控制系統用于探測微波功率源頻率偏移。針對放大部分，系統將進行再次放大后，然后利用伺服構成實施修正，保證加速器能夠獲得正常微波頻率，保證設備發射電子擁有足夠能量[3]。在系統發生故障情況下，將導致劑量率發生變化。例如，伺服裝置產生故障，導致系統無法找到頻率修正點，將無法解決微波頻率偏移問題。在實際工作中，伺服裝置即使能夠測量到修正點電壓，也可能出現難以區分虛實的問題，導致頻率超出正確范圍。

2.1.2 注入系統異常

注入系統核心在于加強電子源控制，具體需要完成波導管電子量和電子運行速度的控制。在電子槍和電源發生故障情況下，導致注入電量或電子速度未能得到有效控制，引發劑量率變化。使用示波器查看注入的電流波，如果出現幅值、形狀等異常說明存在異常。無法采用注入系統實現劑量率有效調節，需要觀察低電壓部分是否存在波形，做好高壓部分排查，以便及時發現系統異常。

2.1.3 功率源異常

在加速器中微波由對應功率源提供，在控制上需要采用磁控管、驅動器和調速管。一旦有元器件發生故障，將導致劑量率聯鎖，波導管內部能量異常。針對這一情況，需要加強元器件輸出功率、信號等相關信息排查，確定是否存在問題。

2.2 低劑量率的故障案例

在高能直線加速器低劑量率故障檢修方面，考慮到故障發生頻率較高，還要結合故障案例對故障分析和判斷方法進行總結，為設備故障檢修提供思路。

2.2.1 案例1

1 臺瓦利安直線加速器投入運行以來，時常出現UDR1、UDR2 低劑量聯鎖故障。一次在患者治療過程中，突然發生設備劑量率為0 的情況，設備提示聯鎖停機，導致治療中斷。結合故障檢修經驗，由于劑量率達到0，能夠排除電子槍控制故障，分析可能導致UDR1、UDR2 低劑量聯鎖故障的原因包含循環水溫不達標、閘流管或DQ 管損壞、開關管控制故障。為進一步判斷故障原因，需要檢測水溫，確定設備是否處于正常運行狀態。現場檢查發現，設備水溫38.9 ℃，與設備溫度表顯示數值相同，能夠達到設備運行要求。利用萬用表對設備閘流管和DQ 管進行檢測，電壓分別為20.38 V 和6.72 V，處于正常工作范圍。操作設備進入維修模式，對設備劑量率進行調節。對于劑量率相關的聯鎖進行短路操作后，將DOSE SERVE 的狀態從“ON”改為“OFF”，將MOTER POT GUN 的狀態從“OFF”改為“ON”，用于加強電子槍保護控制。隨意選擇輸出能量，從設備狀態監測情況來看無異常。調節GUN1、RFDR 等電位器，可以發現能夠達到需要的劑量率。設備正常運行30 min 后，故障重現。重新進行劑量率調節，設備能夠恢復正常工作狀態，初步判定為微波源發生故障。

2.2.2 案例2

1 臺瓦利安直線加速器能夠正常完成開機、預熱、自檢等操作，但在出束時出現提示音，顯示時常正常，出束時間能夠維持5 s，然后出現UDR1、UDR2 劑量率低聯鎖故障。在故障發生過程中，設備劑量率保持在5 MU/min，屏蔽聯鎖劑量率依然保持不變。對不同出束能量進行切換，故障依舊。將設備調整至維修模式，對次要聯鎖進行屏蔽，可以觀察發現脈沖調制電壓為22.42 V。在出束切換過程中，電壓未發生改變。由于槍電壓正常，可以排除供電故障。調取設備檢測報告，發現幾小時前出現脈沖調制電壓低于40 V 的情況。對電壓預設值進行核對后，需要測量高壓電流，發現預設值正常，波形存在失真問題。在設備使用過程中，高壓電容、二極管、晶閘管等屬于易損耗元器件，故障發生率較高。結合故障現象和設備檢修記錄，可以初步推斷是高壓元器件損壞或晶閘管及其電路故障。

2.2.3 案例3

1 臺瓦利安直線加速器設備投入使用多年，近期日常治療處于0°～180°機架時出現不出束情況，有時閃爍數秒“beam on”后出現低劑量率聯鎖情況，設備停止運行。選擇communication 模式，查看故障記錄，發現GUN1 數值明顯改變，出現迅速升高異常。GUN1 為極速器束流負載參數，將給設備劑量率帶來直接影響。設備采用三級柵控電子槍，能夠對注入開關和電流值進行有效控制，使注入電子量發生改變。在電子槍存在異常情況下，將引發GIFI 聯鎖停機。從設備故障記錄來看，并未出現GIFI 聯鎖，并且故障出現范圍固定，因此初步懷疑與機架選擇引起的電纜磨損或電路板松動等因素有關，導致電子槍控制效果受到影響。實際該類加速器采用支臂式機架，中間將穿過各種設備電纜和水氣管路。選裝運行過程中，容易導致設備發生擾動。為避免線纜持續沿著一個方向旋轉而發生損壞，配備有限位開關，使機架只能在±180°范圍內旋轉。經過長時間使用，可能出現電纜擠壓變形、磨損等問題，導致電子槍信號傳輸異常。

2.3 低劑量率故障檢修

2.3.1 故障檢修

結合故障原因初步判斷結果，需要采用有針對性措施提高故障檢修效率。針對由微波源問題引發的故障，可以調出設備近2 周晨檢報告，歸總劑量率相關參數，然后與維修模式下設備劑量率監測數值進行比對。通過比較能夠發現RFDR 數值不斷起伏，總體有所提高。將該數值調整至最小，設備劑量率能夠恢復正常，反之將導致設備劑量率進一步降低。在劑量率達到0 后，用示波器對微波源波形進行觀察，能夠發現出束前后波形幅度明顯增加，底部出現凹陷，不符合正常情況[4]。確定故障后使設備進入電子線模式，利用程序板進行微波源測量，可以發現數值達到了1.90 V。利用圖紙查線路工具調節，可以發現電子柜J48接口位置出現角電壓不變問題，因此能夠判斷微波源損壞。完成裝置更換后，重新調整設備中心頻率，并完成各能量對應劑量率調節，最終設備恢復正常。

不同于微波源等復雜部分，元器件或電纜等部件發生故障，與設備長期運行相關，可以通過直接檢測排除故障。針對案例2中的故障，可以先對調制柜中高壓元器件進行檢測。發現各參數正常后，考慮到晶閘管無法直接檢測，可以先對其控制電路板進行檢測，發現故障位于反饋電路上。將設備調至維修模式，可以發現未出束時PFN V 達到23.55 V，正常值應為1。查看反饋電路，發現電壓來源于高壓分壓補償電路板。對電路板上放大器進行測量，發現電壓值異常，最終確認為放大器損壞。更換元器件后對設備進行調節，最終設備恢復正常。

排查案例3 故障時，可以直接將機架保護外殼拆開，查看與電子槍信號相關電纜。經確認發現，W15 電纜保護膜損壞，銅網護套出露，導致柵極偏壓，劑量率偏低。更換電纜后，設備恢復正常。

2.3.2 故障預防

結合故障檢修結果可知，故障發生與設備安裝不合理、保養不及時存在一定關系。想要加強故障預防，還要定期開展設備保養維護工作。從結構來看，高能直線加速器精密性較強，對使用條件提出了一定要求。在日常養護過程中，還應做到落實過濾器清理、干燥劑更換等工作。定期檢查設備水箱水溫、電壓等參數，能夠及時發現設備異常。針對氣路、電纜等設施，還應加強狀態檢查，避免給設備穩定工作帶來影響。實際在設備工作過程中，環境溫濕度等將影響電路性能，還應加強檢查，保證設備內部整潔，維持良好運行狀態。針對設備內部精密光學和機械部件，應定期涂抹潤滑油。在設備狀態檢修時，應加強電壓、電流等參數測量，對射束偏轉等系統功能進行校驗，完成詳細記錄。在發現狀態參數異常后，可以將設備調至維修模式，調取以往檢測記錄，通過數據比較加強分析，加強設備存在的安全隱患排查。及時消除各種隱患，能夠使設備保持穩定運行。此外，考慮到設備長期運行容易出現磨損和老化問題，還應結合檢修記錄、運行情況等加強分析判斷，備份好易損耗部件，發現異常及時處理，通過減少設備停機運行，提供較好醫療服務。

3 結語

檢修美國瓦利安高能直線加速器的低劑量率故障，需要結合設備結構原理、檢修經驗、故障現象，推斷故障原因。進入設備維修模式進行簡單驗證，能夠完成設備故障初步判斷。根據分析得到的故障發生位置，可以進一步檢修，結合故障原因提出有效預防措施，從而為設備穩定運行提供保障。