Elekta Synergy 系列加速器劑量系統原理與維修

張朋，李堅

解放軍聯勤保障部隊第九七〇醫院醫學工程科 （山東煙臺 264000）

放射治療技術對射線對稱性、平坦度、劑量率等物理特性有著嚴格的要求。直線加速器劑量系統實現了電子的發射、加速、聚焦、偏轉、打靶及劑量的均整、測量、反饋、控制等功能。劑量測量的關鍵元件是電離室，其將測量到的射線信息反饋給加速器控制系統，控制系統根據反饋的信息，調整電子槍的發射功率、聚焦偏轉電流以及微波相位等，實現射線的穩定和均整[1]。本研究介紹Elekta Synergy系列加速器劑量系統原理與維修方法，以供同行參考。

1 Elekta Synergy 加速器劑量系統原理

Elekta Synergy 加速器采用充氣透射型電離室，射線與電離室中的氣體相互作用產生離子對（正離子和電子），在正常的溫度和壓力下，高能電子在運動路徑上的電離能力可達到60離子對/cm。電離程度的調整影響加速器的劑量率，而收集板上電流的大小反映了電離的程度。收集板主要通過外加-320 V 電場收集電離室產生的離子對，電子向正極板運動，正離子向負極板運動。電極板收集離子對的百分率取決于收集板的電壓、極間距離、氣體種類和密度[2]。

Elekta Synergy 加速器電離室由劑量板和伺服板組成，劑量板用于測量射線的劑量，伺服板用于測量射線的對稱性等特性，具體結構為1個伺服板、2個劑量板和3個極化板，其中極化板供電電壓為-320 V 的直流極化電壓，劑量板由一對導電的被絕緣陶瓷基板隔開的碳覆蓋聚酯薄膜片組成。

電離室伺服板分為6個部分，分別為2TA、2TB、2RG、2RT、INNER HUMP、OUTER HUMP，分別監測2R 方向、2T方向以及內外方向的劑量，從而判定射線的對稱性等物理特征，見圖1。電離室伺服板6個部分輸出信號首先輸入到伺服輸入板（servo input board，SIB），再經過信號條件卡（signal condition card，SCC）B 板初始化處理，由模擬輸入12（analog input 12，AI12）B 板完成數字化轉換，經過最大傳輸單元（maximum transmission unit，MTU）B 板卡，最后到達控制系統[3]。

圖1 電離室伺服板的結構

電離室伺服板輸出信號為高阻抗電流信號，先經過SIB 跨阻抗放大器轉化為低阻抗電壓信號，再經過模數轉換模塊轉換為12位的電壓信號，進入現場可編程門陣列（field-programmable gate array，FPGA）模塊完成信號的糾錯和累計計算等功能。其中累計計算功能需要與可編程脈沖發生器（programmable pulse generator，PPG）板卡共同完成，PPG 板卡發射1個同步脈沖信號到SIB，觸發SIB 上的FPGA 模塊對照射時間進行統計。FPGA 輸出信號經過IC11模塊，轉換為成比例的電流信號，再經過跨阻抗放大器轉換為低阻電壓信號，低阻信號經過一系列處理，最終進入控制系統[4]。

此外，SIB 能夠對電離室的6路輸入信號作出分析判斷，輸出用于控制電子槍燈絲電流以及聚焦線圈電流的信號，實現劑量的均勻和穩定。

電離室2個劑量板的輸出信號分別到達DOSE A 板和DOSE B 板，再經過MTU 板送入控制系統。2個獨立的劑量板和電路板實現了2套獨立工作的劑量系統，一路出現問題不影響另一路的工作，從而保證了劑量測量的穩定可靠。

劑量系統配合連鎖控制系統，有效保證了治療的精確性和安全性，但這些功能需要復雜的結構作為基礎，特別是部分元件工作在高電壓、高輻射的環境下，故障率相對較高。出現故障后，一般會報錯item127 2R ERROR，大部分情況下可以通過更換電離室的方法來解決[5]；此外，電源不穩定、偏轉線圈電路故障、電路板工作不穩定等均可導致設備出現劑量系統故障[6]。因此，只有對整個系統的原理和結構有全面且深入的認識，才能做好劑量系統相關故障的維修工作。

2 故障及維修

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

治療過程中報錯item127 2R ERROR。

2.1.2 故障分析與維修

進入維修程序，加載steering 頁面，觀察發現i194 2RG plate 為10.09，i195 2RT plate 為8.76，兩者數值相差大；i127 2R ERR 為20，接近穩定；嘗試調節i308 2R Bal 數值，將i127 2R ERR 調整為0，反復發生連鎖故障；加載自動頻率控制（auto frequency control，AFC）頁面，發現在調整能量時i230 LP ph.posn 數值無變化，該項目為AFC 系統低能相位調節，輸出相位調整發動機的控制信號用于保證微波頻率和射線能量的準確可靠，該項數值無變化說明相位已經無法正常調整，導致微波頻率和射線能量無法調整，最終出現2R 報錯。

由于Elekta Synergy 加速器AFC 系統非常穩定可靠，所以可能是外圍元件出現問題。調相發動機供電來自11區UMD（universal motor driver）板，檢查發現該UMD 板無26 V直流輸入電壓，電壓來自15區電源；檢查15區電源，發現該電源風扇不工作，基本判定該直流電源已經損壞，更換電源后，故障修復。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

在治療模式出束時，出現item127 2R ERROR。

2.2.2 故障分析與維修

進入維修模式，出束中報2R ERR，觀察到2R ERR、2T ERR、HUMP ERR， Uniformity=-3 276.8，而2RG PLATE、2RT PLATE、2TA PLATE、2TB PLATE、INTER HUMP、OUTER HUMP 6個電離室監測信號均為0。首先，排除接觸不良導致的故障，重新拔插12區AI12、SCC-RHA、SIB 等板卡，無效；更換AI12、SCC-RHA、SIB 無效，更換電離室故障依舊；測PL25J-25C-12F-SIB-SCC-AI12，線路正常；查ion chamber，-320 V 電壓正常；重新導入原始裝機數據，故障依舊。

測量和檢修所有用于劑量測量的軟硬件仍未能排除故障，考慮與測量系統相關的其他元件故障有關。由PPG 板卡發射1個同步脈沖信號到SIB，用于觸發FPGA 的計時，從而開始劑量測量，發現電離室的輸出信號全部異常，可能是由于PPG 未發射同步信號，導致SIB 未能計時，劑量測量結果異常，攜帶PPG 到外院測試，PPG 故障；更換PPG 后，故障修復。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

加速器治療過程中，頻繁報錯item 665.dose rate mon。

2.3.2 故障分析與維修

該報錯提示劑量率低，自動化程序已經無法將劑量率調節到必要的水平，需要通過軟件系統手動優化劑量。進入維修程序setup，然后進入Gun Servo 頁面。

設置X線：跨接ctrl T連鎖，編程X線能量，RAD ON，熱機；設置181 Gun Auto?為Manual（’shift’+ ’<’）；調節327 Gun I ctrl，使得dose rate最大化；設置381 Gun aim I，置為此時的538 Gun I set的值；設置181為Auto；檢查327 Gun I ctrl，設置值與實際值有偏差則調節187 dose level，改變327的實際值，使得實際值與設置值一致（dose level的調節影響Auto下的劑量率）；Shift+<>為百分位；Shift+{}為十分位；進入Steering頁面，學習item 44 D/rate 1。

設置電子線：跨接ctrl T 連鎖，編程電子線能量，RAD ON，熱機；設置381 Gun aim I，將數值減小0.3；設置327 Gun I ctrl，將數值減小0.3，保存save energy；設置181 Gun Auto?為Manual（shift+<）；設置327 Gun I ctrl，使得dose rate 為預定值；設置381 Gun aim I，置為此時的538 Gun I set 的值；設置181為Auto；檢查327 Gun I ctrl，設置值與實際值有偏差則調節187 dose level，改變327的實際值，使得實際值與設置值一致。

在日常治療中，加速器控制系統自動調節劑量率。在長期使用后，由于元器件性能的改變，導致劑量率的變化范圍超過了控制系統的控制能力，需要通過手動調整，將劑量率調整到最優。

3 總結

劑量系統是加速器的關鍵部分，一旦劑量系統出現問題必須立即停機維修。由于劑量系統的維修可能會影響到加速器的物理性能，所以維修后的設備必須由醫學物理師嚴格按照相關規程進行全面檢測，只有檢定合格的設備，才能繼續投入使用。

［參考文獻］

［1］ 羅廣文，張焜毅，張俊廣.Elekta 醫用加速器偏轉系統工作原理和故障分析[J].醫療衛生裝備，2011，32（8）：140.

［2］ 楊紹洲，陳龍華，張樹軍. 醫用電子加速器[M]. 北京：人民軍醫出版社，2004：137.

［3］ 張文彬.醫用直線加速器輸出劑量穩定性分析[J].數字通信世界，2018（11）：219.

［4］ 唐志全，蔣澤，彭旭東，等.醫科達加速器的劑量監測與控制系統[J].中國醫學物理學雜志，2018，35（1）：9-13.

［5］ 孔令峰，洪范宗，羅奕中.醫科達PRICISE 型加速器電離室疑難故障1例[J].醫療衛生裝備，2010，31（6）：126-127.

［6］ 陳舒婷，楊帥，姜仁偉，等.醫科達加速器治療床對放射治療劑量的影響[J].醫療裝備，2018，31（10）：41-42.