醫(yī)用電子直線加速器工作原理與故障排除_林勇鵬

1、收稿日期 :2003-03-21醫(yī)用電子直線加速器工作原理與故障排除林勇鵬(西安電子科技大學(xué) , 西安 710071 文章編號 1002-2376(2003 09-0040-03 中圖分類號 TH774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B 摘 要 醫(yī)用電子直線加速器是一種 應(yīng)用于 腫瘤治 療的大 型放療 設(shè)備 , 其作 用機理 是利用 高能 X 射線 照射病灶部位以消滅病變細(xì)胞 。 本文以 WDVE6/100型駐波電子 直線加 速器為 例 , 對醫(yī)用 電子直 線加速 器的工 作原理進(jìn)行簡單描述 , 然后用實例詳述了故障檢修方 法 , 并對 部分電路原理進(jìn)行分析 。 關(guān)鍵詞 醫(yī)用直線加速器 ; 加速管 ; 磁控管

2、醫(yī)用加速管是一種大型放療設(shè)備 , 因其用于特殊治療 , 要求精度高 , 操作不慎將對人造成致命傷 害 , 且電路設(shè)計非常復(fù)雜 , 連鎖保護(hù)線路多 , 相應(yīng) 故障率高 , 再加上價格昂貴 , 稍有不慎將會造成較 大經(jīng)濟損失 , 這就對加速器維修人員提出較高的要 求 。 只有在對 加速器的整機電 路全面了解的 基礎(chǔ) 上 , 認(rèn)真分析 , 謹(jǐn)慎操作 , 才能保證機器的正常運 轉(zhuǎn) 。1 工作原理以 WDVE6/100型駐 波電子 直線 加速 器為例 , 其核心部分的工作原理如圖 1所示 。 高壓電源裝置 通過對三相線電壓進(jìn)行升壓和整流濾波 , 向調(diào)制器 提供 +12kV 直流電壓 ; 調(diào)制器的功能是向

3、 磁控管 和電子槍提供具有特定寬度和幅度的高壓脈沖 。 當(dāng) 工作時 , 調(diào)制器主觸發(fā)電路觸發(fā)主閘流管按照所設(shè) 定的脈沖重復(fù)頻率 (PRF 導(dǎo)通和關(guān)斷 , 引起充 、 放電 電 路工 作 。 首 先充 電 電路 通 過 由充 電 電 感 3ZUL 和硅堆 3B G2組成的倍壓充電電路對脈沖形成 網(wǎng)絡(luò) (PFN 充電 , 使 PFN 上電壓達(dá)到 +24kV , 然 后 PFN 通過由主閘流管 、 脈沖變壓器初級所組成 的放電回路放電 , 在脈沖變壓器次級產(chǎn)生磁控管和 電子槍所要求的兩路高壓脈沖 。 其中一路脈沖寬度 為 4. 2s 、 幅度為 48kV , 此高壓脈沖加到磁控管陰 極 , 引起磁

4、控管 震蕩 , 產(chǎn)生 一 個 4. 2s 、 2. 5MW 、 頻率約為 2998MH 的微波脈沖 ; 另一路脈沖寬度相 同但幅度為 17kV 的高壓脈沖加到 電子槍的陰極 , 使電子射入加速管 。 與此同時 , 磁控管產(chǎn)生的微波 脈沖經(jīng)四端環(huán)流器饋入加速管 , 由于自動頻率控制 (AFC 使磁控管的工作頻率與加速管的頻 率色散 特性有最好的配合 , 在加速管內(nèi) , 前向微波和反射波代數(shù)相加形成駐波 , 這種波在空間上是恒定的 , 但在時間上是震蕩的 , 即加速管的諧振腔內(nèi)電場強 度的大小和方向是變化的 , 但其位置不變 , 從而在 加速管建立起電場梯度 , 使射入加速管的電子被逐 級加速 、

5、 聚焦 , 最后獲得很高的能量 ; 高速電子轟 擊位于加速管末端的鎢靶便產(chǎn)生 X 射線 。圖 1四端環(huán)流器起到隔離器的作用 , 防止反射波進(jìn) 入微波功率源 , 另外還可用作可變的功率分配器 , 調(diào)節(jié)相移器的磁場 , 控制功率在端口 2和 4的分配 比 , 有時為使從端口 1饋入的微波功率最佳的由 2端進(jìn)入加速管而減少向 3端的反射 , 需要調(diào)節(jié)移相 器的磁場 。AFC 電路通過 3dB 混頻器對四端環(huán)流器 1端和 3端的 前向波 和反射 波相位 進(jìn)行監(jiān) 測 、 處 理 、 放 大 , 輸出一個有極性和幅度的校正調(diào)諧信號 , 用于 驅(qū)動調(diào)諧馬達(dá) , 從而保證磁控管工作在加速管的諧 振頻率上以使輸

6、出劑量最大 。劑量系統(tǒng)及計數(shù)和顯示電路分別用于測量劑量 率及累積劑量和對照射劑量進(jìn)行累計并顯示出來 。以上所述只是大體工作原理 , 限于篇幅 , 具體 工作電路 、 控保系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)的工作原理不 再論述 , 在以下實例中將對部分電路詳細(xì)討論 。 2 故障排除舉例機器本身設(shè) 計有很多故障檢 測電路 , 出現(xiàn)故 障 , 控制臺上相應(yīng)故障指示燈亮 , 以提示某部分電 路有問題 , 便于查找排除 , 而有時機器故障并沒有Vol . 16, 9故障指示 , 這就需要對整機的全面了解以及對電路 的熟悉 。故障現(xiàn)象一 :機器退電至 STAND B Y 狀態(tài) 。 開 機運行中 , 機器不定時自動跳回 S

7、TAND BY 狀態(tài) , 控制臺上所有故障顯示燈全不亮 。 重新啟動 , 機器 仍可運行 。 此現(xiàn)象開始只是偶爾出現(xiàn) , 以后逐漸頻 繁 。分析與檢 修 :WDVE 6型加速器加電及 退電 有五級操作 :OFF 機器斷電 , 所有高壓 、 低壓全部切斷 。 STAND B Y 只供電給水泵 、 24V 電源 、 鈦泵 、 磁控管及加速管燈絲 。ON 供電給所有低壓電源 。RE ADY 設(shè)置完畢 , 測試完成 。 X 線鑰匙打到 ON 位置 , 相應(yīng)繼電器吸合 , 準(zhǔn)備出束 。BEAM ON 高壓繼電 器吸合 , 高壓 加至微 波 及加速系統(tǒng) , 機器出束 。機器 正 常 時 , 按 以 上 步

8、 驟 逐 級 加 電 , 按 下 BEAM ON 將正常出束 。 當(dāng)機器出現(xiàn)故障 , 必須使 某些線路斷開 , 引起機器退電 , 而退電也是根據(jù)故 障原因退至上述某一級供電狀態(tài) 。該故障機器退電至 STAND BY 狀態(tài) , 但卻沒有 任何故障指示燈顯示 , 且 RE ADY /COMPLETE 按鍵 燈也亮 , 似乎一切正常 , 重新啟動后機器也能正常 運轉(zhuǎn) 。 可 見 故 障只 是 瞬 間 出 現(xiàn) 。 使 機 器 退 電 至 STAND BY 后 , 隨即又恢復(fù)正常 , 這種 “ 軟 ” 故障 沒有什么故障狀 態(tài) , 不易檢測 , 只能靠分析 和判 斷 。 正常加電至 STAND B Y

9、狀態(tài)時 , 主電源分配箱 K 3吸合將 STB Y 24V 由 K 3-10腳 送至整 個系統(tǒng) , RE ADY /COMPLETE 按鍵燈亮 , 啟動 ON 鍵 , 1B1-K 5得電吸合并自鎖 , 系統(tǒng)進(jìn)入 ON 狀態(tài) , 此時 ST -BY 24V 瞬 間掉電 將機器 退電 至 STAND BY 狀態(tài) 。 因此懷疑該故障是 由于 K 3的瞬間 掉電致使 STBY 24V 瞬間斷開所引起的 。 K 3掉 電可能是由于 主配 電箱 K 15掉電或是水流檢測板 6B4故障 。 K 15是真空 度繼電器 , 該故障是瞬間出現(xiàn) , 真空度故障不會時 好時壞 , 所以極有可能是由于四路水壓監(jiān)測電路中

10、 某一路工作不正常致使 K 3瞬間掉電 。 查水壓檢測 板 6B4、 LED4不定時出現(xiàn)閃爍 , LE D4一路插換到 另一 路水 壓傳 感器 上 , LED4不再 閃 爍 , 可 斷 定 LED4一路水壓傳感器已損壞或運轉(zhuǎn)不靈 , 更換一 新水壓傳感器后 , 機器一切正常 , 故障排除 。 將損壞傳感器拆開 , 發(fā)現(xiàn)其波輪軸已生銹十分 嚴(yán)重 , 幾乎銹斷 。故障現(xiàn)象二 :固定模 式無法 選擇 。 劑量設(shè) 置 后 , 按 “ 固定 ” 鍵 , “ 固定 ” 鍵燈不亮 , 但 “ 準(zhǔn)備 /完成 ” 燈 亮 , 有時多 次按擊 “ 固定 ” 鍵偶 爾燈會 亮 。分析與檢修 :顯然該故障是固定模式選

11、擇邏輯 出了問題 。 劑量設(shè)置后 , 按下固定模式按鍵 , 就引 起固定 模 式觸 發(fā)器 (1B5-I C3A 及 測 試觸 發(fā)器 (1B5-I C3B 的觸發(fā) , 使機器進(jìn)入固定模式 。 選擇 固定模式后 , 測 1B5-39腳為低電平 , 測 IC3A 的 1、 2和 4腳 分別為低電平 、 高電平和高 電平 , 即 #S D =H (#表 示 低電 平 有 效 、 #R D =L , 所 以 Q =L , IC3A 處于低電平狀態(tài) 。 測 I C10-11腳為低 電平 , 此時 IC10-10應(yīng)為高電平 , 但 IC3A -1腳 卻為 低電平 。 將 電容 C 14焊下 , 測其 漏 電

12、阻 只有 400, 已嚴(yán)重變質(zhì) , 更換后一切正常 。故障原因 :由于 C 14變質(zhì) , 將 IC3A -1腳拉成 低電平造成固定模式選擇邏輯錯誤 , 更換后 IC3A -1、 2和 4腳均為高電平 , 3腳上升沿脈沖將 IC3A 處于高電平狀態(tài) , 從而選擇固定方式 。故障現(xiàn)象三 :手控盒按鍵失靈 。 開機后 , 打開 手控盒開 關(guān) , 發(fā)現(xiàn)手控 盒的部分按鍵 失靈 , 測距 燈 、 光野燈 、 激光對中及床面 、 床身 、 床體固定磁 鐵吸合六鍵混亂 , 且治療床操作盒上的公轉(zhuǎn) 、 自轉(zhuǎn) 及床面也失靈 , 但治療頭控制板上控制燈光的開關(guān) 卻工作正常 。分析與檢修 :分析電路 , 手控盒發(fā)出

13、的所有信 號均按電壓大小編碼 , 然后送到不同的解碼電路進(jìn) 行解碼并控制相關(guān)部分 。 此故障中失靈的六鍵所對 應(yīng)信號 依 次被 編 碼為 :13V 、 11V 、 9V 、 7V 、 5V 、 3V , 按下不同功能 鍵 , 其相應(yīng)的編碼 電壓就由公 共信號線 J3-5送出 , 并與治療床操作盒送出的信 號匯合 , 匯合后的信號送到控制信號觸發(fā)板 (8B2 進(jìn)行解碼 。 8B2板由七個運算放大器組成的比較器 構(gòu)成 , 比較 器的 基 準(zhǔn)電 壓 值依 次 為 :14V 、 12V 、 10V 、 8V 、 6V 、 4V 、 2V , 此比較器可對由手控盒的 編碼信號進(jìn)行較好的解碼 。 解碼后信

14、號由控制信號 鎖存板 (8B1 鎖存 , 同時鎖存信號控制繼電器板 (8B5、 8B8 , 繼電器動作以完成相應(yīng)功能 。手控盒與床操作盒的按鍵同時失靈 , 但功能均 可實現(xiàn) , 只是出現(xiàn)混亂 , 且治療頭上的開關(guān)由于直 接控制繼電器而工作正常 , 由此可推斷故障是由解 碼錯誤引起的 。 但是測量 8B2板上比較器的基準(zhǔn)電 壓又是正確的 , 測量由手控盒送來的編碼信號發(fā)現(xiàn) 所有編碼電壓與相應(yīng)基準(zhǔn)電壓十分接近 , 依次為 : 12. 05V 、 10. 1V 、 8. 07V 、 6. 11V 、 4. 12V 、 2. 1V , 很 容易造成誤解碼 。期收稿日期 :2003-03-28美國 Di

15、asys R /S 2003尿液分析儀常見故障排除鄢世金 李德忠 江少丹 (武警福建省總隊醫(yī)院 , 福建福州 350019 尿液分析是尿液外觀 、 理學(xué) 、 化學(xué) 、 顯微鏡檢 查的綜合 。 是目前臨床上最常用常規(guī)檢查方法 , 已 逐步受到醫(yī)生的重視 。 今年初 , 我院購買一臺美國 Diasys R /S 2003型尿沉渣分析儀 , 經(jīng)過三個月的臨床應(yīng)用 , 具有標(biāo)準(zhǔn)定量 、 精確度高 、 視野清晰和快 速等優(yōu)點 , 但 在工作中我們也 經(jīng)常遇到的堵 孔現(xiàn) 象 。 最主要原因由于尿液混濁 , 有大量的非結(jié)晶性 磷酸鹽 、 粘液絲等物質(zhì) 。 現(xiàn)將這一常見現(xiàn)象的排除 方法介紹如下 : 當(dāng)進(jìn)行沖洗

16、時 , 若有堵孔現(xiàn)象 , 尿沉渣分析儀 上的微處 理控制儀表 產(chǎn)生 “ 報警 ” 現(xiàn)象 , 表現(xiàn)為 “ Normal ” 燈 閃 爍 , 同 時 “ Purge Overpressure ” 和 “ System Err or ” 紅燈亮 。 處 理方法 :折 開可調(diào)節(jié)吸 樣器與塑料導(dǎo)管的連接部 。 按 “ Normal ” 鍵行常規(guī) 清洗兩次 , 接著按 “ Extended ” 鍵和 “ Normal ” 行 強力沖洗一次 。 一般情況下 , 堵孔現(xiàn)象可排除 。 若 不能排除堵孔現(xiàn)象 , 可折開流動計數(shù)室右邊的塑料 導(dǎo)管 , 用 5號注射器吸 5%的次氯酸鈉液向計數(shù)室 反復(fù)注射數(shù)次 , 徹

17、底清洗計數(shù)室和左邊塑料導(dǎo)管內(nèi) 的雜質(zhì) 。 同時也要沖洗吸樣器的針孔 , 經(jīng)這些程序 處理后 , 重新安裝 , 故障排除 。 故障原因是由于 8B2板比較器的容錯范圍設(shè)計 不足 , 沒有考慮編碼電壓還要經(jīng)二極管和電阻的降 壓 。 將 8B2板的電阻 R83、 R105分別由 1k 換成 2k和 470后 , 電路正常 。故障現(xiàn)象四 :機架自轉(zhuǎn)故障 。 開機運行后 , 打 開手控盒開關(guān) , 機架出現(xiàn)脈沖式自轉(zhuǎn) , 撥動手控盒 旋轉(zhuǎn)電位器 , 機架也能受控 。 關(guān)閉手控盒開關(guān) , 自 轉(zhuǎn)停止 。分析與檢修 :機架旋轉(zhuǎn)故障是威達(dá)加速器常見 故障 , 也是難以克服的問題 , 因其抗干擾能力差 , 致使它

18、無法實現(xiàn)其原有的旋轉(zhuǎn)治療功能 , 所以此類 故障較令人頭痛 。分析圖紙 , 機架旋轉(zhuǎn)信號從手控盒 108線 (J 3-8 經(jīng)治療分線板 、 治療頭控制箱到驅(qū)動臺分線 板 , 通過轉(zhuǎn)線繼電器 K 2送到輔助電子箱的支架電 機 控 制板 (5B5 , 其走線如 下 :手控盒 (108線 9XS 1-8 9XS 4-8 8XS 1-15 3XS 16-15 K 2-5、 9 3XT 3-7、 2 3XS 21-41 5XS 21-41 5B5-5。撥動手控盒上旋轉(zhuǎn)電位器 , 機架旋轉(zhuǎn)受控 , 且 關(guān)上手控盒開關(guān) , 自轉(zhuǎn)停止 , 由此可判斷機架旋轉(zhuǎn) 控制電路能正常工作 。 其脈沖式自轉(zhuǎn)顯然是受到干 擾所致 。 測 5B5板 5腳電壓 , 無信號時 , 此腳電壓 應(yīng)為 0V , 實測時發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)下電壓為 0V , 但不 時出現(xiàn)脈沖電壓 , 萬用表打到直流 1V 檔 , 表頭指 針不時短暫右擺 (用指針表較易觀察 , 最高時接