美國(guó)瓦里安加速器Clinac IX 靶擊穿故障檢修關(guān)鍵點(diǎn)探討

趙永軍，劉旭紅，陳曉

（1.云南省癌癥中心；2.昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院；3.云南省腫瘤醫(yī)院放療中心，云南 昆明 650118）

美國(guó)瓦里安直線加速器CLinac IX 是國(guó)際上先進(jìn)的腫瘤放療專(zhuān)用設(shè)備，可對(duì)腫瘤實(shí)施“高精度、高劑量、高療效、低損傷”的精確治療。因靶擊穿故障的檢修比較復(fù)雜、相當(dāng)困難，所以此類(lèi)故障一直是由廠方有經(jīng)驗(yàn)的、維修水平高的工程師檢修，醫(yī)院工程師基本上都是當(dāng)助手。經(jīng)過(guò)參與廠方工程師檢修靶擊穿故障的實(shí)踐，我們總結(jié)出檢修靶擊穿故障的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，只要在檢修靶擊穿故障中抓住這5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，醫(yī)院同行工程師也可以進(jìn)行獨(dú)自檢修。

1 靶的工作原理及其擊穿故障檢修關(guān)鍵點(diǎn)

靶是安裝在偏轉(zhuǎn)磁鐵組件上并處于真空系統(tǒng)中，通過(guò)不同能量模式的選擇產(chǎn)生各對(duì)應(yīng)的編碼來(lái)控制靶支架上的氣缸運(yùn)動(dòng)，氣缸運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)靶體運(yùn)動(dòng)，該直線加速器能產(chǎn)生2檔X線和6檔電子線，當(dāng)選電子線治療時(shí)，靶退出電子束通道，高速電子經(jīng)過(guò)散射箔散射形成均勻分布的電子線；當(dāng)選X線治療時(shí)，靶進(jìn)入電子束通道，高速電子打靶產(chǎn)生X線，經(jīng)過(guò)均整器均整形成均勻分布的X線。靶擊穿故障檢修的關(guān)鍵點(diǎn)如下。

（1）內(nèi)循環(huán)水泵關(guān)停若對(duì)真空的影響較大，說(shuō)明靶已擊穿。

（2）在真空處理過(guò)程中使用的氮?dú)獗仨毷?9.999%高純度的氮?dú)?，氮?dú)鈮毫Σ荒芴?，以防損壞玻窗，更換靶時(shí)，要讓氮?dú)饩徛M(jìn)入真空系統(tǒng)，同時(shí)要保持有緩慢氮?dú)饬鲝陌羞@邊流出，不間斷，直到更換完成。

（3）在GUN VAC I小于20uA,ACL VAC I小于50uA條件下才能訓(xùn)練電子槍。

（4）在激活陰極時(shí)，要外加槍燈絲電壓7.5V供電，但不能超過(guò)3h。

（5）微波處理加速管時(shí)，能量順序?yàn)椋旱湍茈娮泳€-高能電子線-高能X線-低能X線，微波處理加速管完成后，打開(kāi)電子槍?zhuān)瑯専艚z電壓調(diào)為6.3V,工作2個(gè)星期后一定要將槍燈絲電壓降為5.4V。

2 檢修實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

晨檢，出束1Mu后報(bào)Vac2聯(lián)鎖故障。

2.2 故障分析和判斷

進(jìn)入維修模式觀察真空得知如表1。

表1

把機(jī)器轉(zhuǎn)到待機(jī)狀態(tài)，關(guān)掉調(diào)制器面板上的水泵PUMP開(kāi)關(guān)，由機(jī)器自帶的離子泵抽真空，注意離子泵的溫度情況，若溫升快，要立即停，結(jié)果經(jīng)過(guò)2h后發(fā)現(xiàn)有真空提升趨勢(shì)，離子泵表面并不燙。真空情況如表2。

表2

初步判斷靶擊穿了。為了確保判斷準(zhǔn)確，將連接靶的水管兩端直接甩開(kāi)，用塑料手套包起來(lái)懸空，用以前更換下的舊水管將進(jìn)出靶水管的兩端口短接，PUMP開(kāi)關(guān)打開(kāi)，由機(jī)器自帶的離子泵抽真空共22h后，真空值變?yōu)槿绫?。

表3

這可確定靶擊穿了。

2.3 故障處理：更換靶和槍

因該機(jī)器已使用9年，更換靶，破壞真空、重建真空，電子槍容易中毒，很難再恢復(fù)正常，采取靶、槍同時(shí)換。

（1）準(zhǔn)備工作。

①工具和材料：三維水箱、分子泵、萬(wàn)用表、示波器、1/2或7/8、1/4扳手、短扳手（因拆靶需要對(duì)常規(guī)扳手改造的，如圖1）、真空套管工具、蒸餾水、氮?dú)猓?9.999%）、準(zhǔn)備好新靶和新槍、對(duì)應(yīng)的金屬密封圈、水冷卻靶的水管2根。

圖1

②保存GUN數(shù)據(jù)：選低X能量（6X）模式，設(shè)置并保存槍燈絲電壓和HV為0.0V,并關(guān)掉槍驅(qū)動(dòng)器，讓電子槍燈絲冷卻。

③機(jī)器設(shè)為Standby狀態(tài)，調(diào)低系統(tǒng)水溫至25冷卻機(jī)器，機(jī)架旋轉(zhuǎn)到270°并將防機(jī)架旋轉(zhuǎn)插銷(xiāo)插好，拆除偏轉(zhuǎn)磁鐵BMAG兩側(cè)的鉛塊。

④關(guān)掉調(diào)制器面板上Motors和PUMP空開(kāi)，移除小機(jī)頭背板，將機(jī)器處于on狀態(tài)，關(guān)閉ASOL、BMAG電源。

（2）拆除靶驅(qū)動(dòng)組件。

①拆出聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)并包裹好，拆出此開(kāi)關(guān)旁的凸起；拆出冷卻靶的水管；拆出靶電流檢測(cè)裝置。

②關(guān)閉氣泵并放氣，拆靶支架上固定靶驅(qū)動(dòng)組件的4顆螺釘；拆除靶支架軸承固定螺絲和氣缸固定螺絲，取出靶支架和氣缸。

（3）破壞真空。

①關(guān)閉槍、關(guān)閉真空電源并拔掉離子泵的電源線。冷卻槍至少1h，關(guān)水泵。

②測(cè)試分子泵（外泵）是否正常？測(cè)試正常才能使用。

③連接真空套裝工具，給氮?dú)獯淙氲獨(dú)?，反?fù)幾次排干凈管道里面的空氣，注意充入的氮?dú)鈮毫Σ荒苓^(guò)大，在接入軟管法蘭盤(pán)后，用氮?dú)獯捣ㄌm盤(pán)10s，盡量排除法蘭盤(pán)里面的空氣。當(dāng)?shù)獨(dú)獯錆M(mǎn)氮?dú)?，關(guān)閉軟管口，防止空氣進(jìn)入軟管，關(guān)閉氮?dú)馄俊４藭r(shí)要注意聽(tīng)微波窗有沒(méi)有異響。

④打開(kāi)主閥（必須緩慢地打開(kāi)），真空將氮?dú)馕爰铀俟?，氮?dú)獯徛T下去，直到內(nèi)外壓強(qiáng)平衡為止。

（4）更換靶和槍。

①首先拍照確認(rèn)靶的方向，一直保持有緩慢氮?dú)饬鲝陌羞@邊流出，需要打開(kāi)軟管口，防止內(nèi)部過(guò)壓。

②取下舊靶(如圖2），換上新靶（如圖3），安裝靶驅(qū)動(dòng)組件。

圖2

③更換槍?zhuān)喝∠屡f槍?zhuān)瑩Q上新槍。

（5）重建真空。

①關(guān)閉主閥，接上分子泵，用氮?dú)夥磸?fù)清洗分子泵管道。

②檢查管路，確保關(guān)好各個(gè)閥門(mén)，打開(kāi)分子泵，抽10min能達(dá)到最大效率，說(shuō)明管路沒(méi)問(wèn)題；分子泵抽真空1h，若真空在E-5，可打開(kāi)主閥3圈，開(kāi)始抽加速管真空，抽13h后，機(jī)械表指針在10左右，真空讀數(shù)計(jì)在E-6，這時(shí)關(guān)閉主閥，真空在1～2h內(nèi)沒(méi)變化，說(shuō)明真空系統(tǒng)沒(méi)漏點(diǎn)。

③打開(kāi)加速器，選SOL I最大的能量，水溫調(diào)到45℃,主閥關(guān)閉，將加速管離子泵供電電源保險(xiǎn)換成2A保險(xiǎn)，轉(zhuǎn)用加速管離子泵抽真空，ACL V開(kāi)始從0.00下降到-0.1左右，再次開(kāi)始回升（若ACL V無(wú)法升高，說(shuō)明加速管臟或有漏或分子泵抽真空不夠），不超過(guò)半小時(shí)ACL V 應(yīng)能升高到4.0kV。4）觀察ACL VAC I的值，當(dāng)小于50uA時(shí)，可以打開(kāi)槍離子泵電源，這時(shí)要保持水溫45℃、SOL I最大，如果GUN VAC 小于20uA，ACL VAC I小于50uA就可以開(kāi)始訓(xùn)練電子槍。

（6）訓(xùn)練電子槍。

①確保GUN filament 和HV為0，Lo-X能量，關(guān)閉HV,拔下槍柵極（紅色）。

②設(shè)置6X能量，從0V開(kāi)始，GUN filament 每次增加0.1V,增加后觀察0.5h，ACL VAC I會(huì)緩慢上升，然后又開(kāi)始下降，達(dá)到50uA以下時(shí)，再次增加0.1V，循環(huán)增加下去，直到GUN filament到6.3V DC。

③陰極激活。首先記錄KSOL電源的值,然后設(shè)置KSOL的值：電流5A,電壓為0V，關(guān)閉KSOL,將速調(diào)管上線圈供電線接到電子槍的接線上，TB1-1接Black,TB1-2接Red,用萬(wàn)用表觀察槍電壓值。KSOL先加到1V,等電子槍熱起來(lái)，繼續(xù)加電壓，直到7.5V,同時(shí)注意觀察GUN VAC I,不要超過(guò)100uA,如果2h后，GUN VAC I沒(méi)有小于20uA,繼續(xù)保持，但注意7.5V供電不能超過(guò)3h，最后，還原KSOL電源，插回電子槍驅(qū)動(dòng)電纜，不要插柵極。

④槍柵極清理（注意紅色接頭不插）。通過(guò)槍高壓電弧來(lái)清理污染顆粒，然后用電子轟擊柵極，電子從柵極流向陽(yáng)極，相當(dāng)于擦洗柵極。首先確保GUN filament=0，HV=0，進(jìn)行高壓處理：從0kV開(kāi)始，緩慢加HV,直到22kV。完成清理污染顆粒后，設(shè)置HV=0，GUN filament=6.3V,預(yù)熱10min，重復(fù)高壓處理步驟，在這個(gè)步驟中，觀察GUN VAC I，Gun VAC I小于20uA,繼續(xù)加HV，直到最大HV,若大于20uA,重新處理。當(dāng)Gun VAC I小于20uA后，設(shè)KV=0,關(guān)閉電子槍?zhuān)迦霒艠O（紅色插頭）。然后重新打開(kāi)電子槍?zhuān)贚o-X,緩慢增加Gun HV到22kV，Gun VAC I不要超過(guò)100uA,然后保存HV到以前的值（16KV左右），觀察Gun I 波形。

⑤微波處理加速管（用微波擦洗加速管污染物）。水溫設(shè)置為40℃，關(guān)閉電子槍?zhuān)鋮s0.5h以上。將控制柜上的電路板B15、B16、B19、B20的開(kāi)關(guān)打到左邊（off位置），DOS1、DOS2、UDR1、UDR2、UDRS、TIME、GFIL聯(lián)鎖跳掉。記錄 SOL I的值 ,在 Lo-X、Hi-X、6e、15e/16e能量下，調(diào)節(jié)SOLI電位器到最小值。在維修模式，INTLK/TRIG/LT→Klystron delay中改變值64到30,每次減2遞減；能量選擇順序：低能電子線→高能電子線→高能X線→低能X線，出束。注意：Acl Vac I≤400uA，若連續(xù)放電要降低PFN V,否則Lo-X可能損壞能量開(kāi)關(guān)。

⑥微波處理加速管結(jié)束后，打開(kāi)電子槍開(kāi)關(guān)，槍燈絲電壓設(shè)置為6.3V，機(jī)器工作2個(gè)星期后務(wù)必將槍燈絲電壓調(diào)為5.4V。

（7）物理參數(shù)的測(cè)試和校準(zhǔn)。

架三維水箱，進(jìn)行物理參數(shù)測(cè)試，主要測(cè)試所用能量的百分深度曲線、對(duì)稱(chēng)性、平坦度、絕對(duì)劑量等，在測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行校準(zhǔn)，直到達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為止。

3 結(jié)語(yǔ)

在檢修過(guò)程中應(yīng)注意：

（1）需要至少2位工程師一起檢修，輪流晝夜值班抽真空、訓(xùn)練電子槍等。

（2）拆除的舊靶有輻射，不要靠近時(shí)間太長(zhǎng)。

（3）拆靶前，設(shè)能量模式為Hi-X，方便拆冷卻靶的水管等，拆靶時(shí)，要記下靶位置和方向。安裝銅封密封圈，用鉗子在外圈上剪1個(gè)小口，便于固定。

（4）檢修時(shí)抓住檢修關(guān)鍵點(diǎn)，可事半功倍。

4 討論

此故障的檢修因涉及到對(duì)故障的判斷和更換靶、電子槍?zhuān)粌H需要拆裝許多精密部件，還需要破壞真空和重建真空、訓(xùn)練電子槍、微波處理加速管、物理參數(shù)的測(cè)試和校準(zhǔn)，是一項(xiàng)較復(fù)雜、難度較大的工作。過(guò)去只能由廠方有經(jīng)驗(yàn)的工程師檢修，需要10～15天維修周期才能完成，維修費(fèi)用80萬(wàn)左右，現(xiàn)在醫(yī)院同行工程師只要按照文中提出的5個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，做到認(rèn)真細(xì)致、耐心負(fù)責(zé)，同樣能成功完成對(duì)靶擊穿故障的檢修，而且檢修時(shí)間可縮短到5～7天，能為醫(yī)院節(jié)省大量的維修費(fèi)用，減少停機(jī)時(shí)間，患者能得到及時(shí)救治。