医用电子直线加速器工作原理与故障排除_林勇鹏

1、收稿日期 :2003-03-21医用电子直线加速器工作原理与故障排除林勇鹏(西安电子科技大学 , 西安 710071 文章编号 1002-2376(2003 09-0040-03 中图分类号 TH774 文献标识码 B 摘 要 医用电子直线加速器是一种 应用于 肿瘤治 疗的大 型放疗 设备 , 其作 用机理 是利用 高能 X 射线 照射病灶部位以消灭病变细胞 。 本文以 WDVE6/100型驻波电子 直线加 速器为 例 , 对医用 电子直 线加速 器的工 作原理进行简单描述 , 然后用实例详述了故障检修方 法 , 并对 部分电路原理进行分析 。 关键词 医用直线加速器 ; 加速管 ; 磁控管

2、医用加速管是一种大型放疗设备 , 因其用于特殊治疗 , 要求精度高 , 操作不慎将对人造成致命伤 害 , 且电路设计非常复杂 , 连锁保护线路多 , 相应 故障率高 , 再加上价格昂贵 , 稍有不慎将会造成较 大经济损失 , 这就对加速器维修人员提出较高的要 求 。 只有在对 加速器的整机电 路全面了解的 基础 上 , 认真分析 , 谨慎操作 , 才能保证机器的正常运 转 。1 工作原理以 WDVE6/100型驻 波电子 直线 加速 器为例 , 其核心部分的工作原理如图 1所示 。 高压电源装置 通过对三相线电压进行升压和整流滤波 , 向调制器 提供 +12kV 直流电压 ; 调制器的功能是向

3、 磁控管 和电子枪提供具有特定宽度和幅度的高压脉冲 。 当 工作时 , 调制器主触发电路触发主闸流管按照所设 定的脉冲重复频率 (PRF 导通和关断 , 引起充 、 放电 电 路工 作 。 首 先充 电 电路 通 过 由充 电 电 感 3ZUL 和硅堆 3B G2组成的倍压充电电路对脉冲形成 网络 (PFN 充电 , 使 PFN 上电压达到 +24kV , 然 后 PFN 通过由主闸流管 、 脉冲变压器初级所组成 的放电回路放电 , 在脉冲变压器次级产生磁控管和 电子枪所要求的两路高压脉冲 。 其中一路脉冲宽度 为 4. 2s 、 幅度为 48kV , 此高压脉冲加到磁控管阴 极 , 引起磁

4、控管 震荡 , 产生 一 个 4. 2s 、 2. 5MW 、 频率约为 2998MH 的微波脉冲 ; 另一路脉冲宽度相 同但幅度为 17kV 的高压脉冲加到 电子枪的阴极 , 使电子射入加速管 。 与此同时 , 磁控管产生的微波 脉冲经四端环流器馈入加速管 , 由于自动频率控制 (AFC 使磁控管的工作频率与加速管的频 率色散 特性有最好的配合 , 在加速管内 , 前向微波和反射波代数相加形成驻波 , 这种波在空间上是恒定的 , 但在时间上是震荡的 , 即加速管的谐振腔内电场强 度的大小和方向是变化的 , 但其位置不变 , 从而在 加速管建立起电场梯度 , 使射入加速管的电子被逐 级加速 、

5、 聚焦 , 最后获得很高的能量 ; 高速电子轰 击位于加速管末端的钨靶便产生 X 射线 。图 1四端环流器起到隔离器的作用 , 防止反射波进 入微波功率源 , 另外还可用作可变的功率分配器 , 调节相移器的磁场 , 控制功率在端口 2和 4的分配 比 , 有时为使从端口 1馈入的微波功率最佳的由 2端进入加速管而减少向 3端的反射 , 需要调节移相 器的磁场 。AFC 电路通过 3dB 混频器对四端环流器 1端和 3端的 前向波 和反射 波相位 进行监 测 、 处 理 、 放 大 , 输出一个有极性和幅度的校正调谐信号 , 用于 驱动调谐马达 , 从而保证磁控管工作在加速管的谐 振频率上以使输

6、出剂量最大 。剂量系统及计数和显示电路分别用于测量剂量 率及累积剂量和对照射剂量进行累计并显示出来 。以上所述只是大体工作原理 , 限于篇幅 , 具体 工作电路 、 控保系统及其它辅助系统的工作原理不 再论述 , 在以下实例中将对部分电路详细讨论 。 2 故障排除举例机器本身设 计有很多故障检 测电路 , 出现故 障 , 控制台上相应故障指示灯亮 , 以提示某部分电 路有问题 , 便于查找排除 , 而有时机器故障并没有Vol . 16, 9故障指示 , 这就需要对整机的全面了解以及对电路 的熟悉 。故障现象一 :机器退电至 STAND B Y 状态 。 开 机运行中 , 机器不定时自动跳回 S

7、TAND BY 状态 , 控制台上所有故障显示灯全不亮 。 重新启动 , 机器 仍可运行 。 此现象开始只是偶尔出现 , 以后逐渐频 繁 。分析与检 修 :WDVE 6型加速器加电及 退电 有五级操作 :OFF 机器断电 , 所有高压 、 低压全部切断 。 STAND B Y 只供电给水泵 、 24V 电源 、 钛泵 、 磁控管及加速管灯丝 。ON 供电给所有低压电源 。RE ADY 设置完毕 , 测试完成 。 X 线钥匙打到 ON 位置 , 相应继电器吸合 , 准备出束 。BEAM ON 高压继电 器吸合 , 高压 加至微 波 及加速系统 , 机器出束 。机器 正 常 时 , 按 以 上 步

8、 骤 逐 级 加 电 , 按 下 BEAM ON 将正常出束 。 当机器出现故障 , 必须使 某些线路断开 , 引起机器退电 , 而退电也是根据故 障原因退至上述某一级供电状态 。该故障机器退电至 STAND BY 状态 , 但却没有 任何故障指示灯显示 , 且 RE ADY /COMPLETE 按键 灯也亮 , 似乎一切正常 , 重新启动后机器也能正常 运转 。 可 见 故 障只 是 瞬 间 出 现 。 使 机 器 退 电 至 STAND BY 后 , 随即又恢复正常 , 这种 “ 软 ” 故障 没有什么故障状 态 , 不易检测 , 只能靠分析 和判 断 。 正常加电至 STAND B Y

9、状态时 , 主电源分配箱 K 3吸合将 STB Y 24V 由 K 3-10脚 送至整 个系统 , RE ADY /COMPLETE 按键灯亮 , 启动 ON 键 , 1B1-K 5得电吸合并自锁 , 系统进入 ON 状态 , 此时 ST -BY 24V 瞬 间掉电 将机器 退电 至 STAND BY 状态 。 因此怀疑该故障是 由于 K 3的瞬间 掉电致使 STBY 24V 瞬间断开所引起的 。 K 3掉 电可能是由于 主配 电箱 K 15掉电或是水流检测板 6B4故障 。 K 15是真空 度继电器 , 该故障是瞬间出现 , 真空度故障不会时 好时坏 , 所以极有可能是由于四路水压监测电路中

10、 某一路工作不正常致使 K 3瞬间掉电 。 查水压检测 板 6B4、 LED4不定时出现闪烁 , LE D4一路插换到 另一 路水 压传 感器 上 , LED4不再 闪 烁 , 可 断 定 LED4一路水压传感器已损坏或运转不灵 , 更换一 新水压传感器后 , 机器一切正常 , 故障排除 。 将损坏传感器拆开 , 发现其波轮轴已生锈十分 严重 , 几乎锈断 。故障现象二 :固定模 式无法 选择 。 剂量设 置 后 , 按 “ 固定 ” 键 , “ 固定 ” 键灯不亮 , 但 “ 准备 /完成 ” 灯 亮 , 有时多 次按击 “ 固定 ” 键偶 尔灯会 亮 。分析与检修 :显然该故障是固定模式选

11、择逻辑 出了问题 。 剂量设置后 , 按下固定模式按键 , 就引 起固定 模 式触 发器 (1B5-I C3A 及 测 试触 发器 (1B5-I C3B 的触发 , 使机器进入固定模式 。 选择 固定模式后 , 测 1B5-39脚为低电平 , 测 IC3A 的 1、 2和 4脚 分别为低电平 、 高电平和高 电平 , 即 #S D =H (#表 示 低电 平 有 效 、 #R D =L , 所 以 Q =L , IC3A 处于低电平状态 。 测 I C10-11脚为低 电平 , 此时 IC10-10应为高电平 , 但 IC3A -1脚 却为 低电平 。 将 电容 C 14焊下 , 测其 漏 电

12、阻 只有 400, 已严重变质 , 更换后一切正常 。故障原因 :由于 C 14变质 , 将 IC3A -1脚拉成 低电平造成固定模式选择逻辑错误 , 更换后 IC3A -1、 2和 4脚均为高电平 , 3脚上升沿脉冲将 IC3A 处于高电平状态 , 从而选择固定方式 。故障现象三 :手控盒按键失灵 。 开机后 , 打开 手控盒开 关 , 发现手控 盒的部分按键 失灵 , 测距 灯 、 光野灯 、 激光对中及床面 、 床身 、 床体固定磁 铁吸合六键混乱 , 且治疗床操作盒上的公转 、 自转 及床面也失灵 , 但治疗头控制板上控制灯光的开关 却工作正常 。分析与检修 :分析电路 , 手控盒发出

13、的所有信 号均按电压大小编码 , 然后送到不同的解码电路进 行解码并控制相关部分 。 此故障中失灵的六键所对 应信号 依 次被 编 码为 :13V 、 11V 、 9V 、 7V 、 5V 、 3V , 按下不同功能 键 , 其相应的编码 电压就由公 共信号线 J3-5送出 , 并与治疗床操作盒送出的信 号汇合 , 汇合后的信号送到控制信号触发板 (8B2 进行解码 。 8B2板由七个运算放大器组成的比较器 构成 , 比较 器的 基 准电 压 值依 次 为 :14V 、 12V 、 10V 、 8V 、 6V 、 4V 、 2V , 此比较器可对由手控盒的 编码信号进行较好的解码 。 解码后信

14、号由控制信号 锁存板 (8B1 锁存 , 同时锁存信号控制继电器板 (8B5、 8B8 , 继电器动作以完成相应功能 。手控盒与床操作盒的按键同时失灵 , 但功能均 可实现 , 只是出现混乱 , 且治疗头上的开关由于直 接控制继电器而工作正常 , 由此可推断故障是由解 码错误引起的 。 但是测量 8B2板上比较器的基准电 压又是正确的 , 测量由手控盒送来的编码信号发现 所有编码电压与相应基准电压十分接近 , 依次为 : 12. 05V 、 10. 1V 、 8. 07V 、 6. 11V 、 4. 12V 、 2. 1V , 很 容易造成误解码 。期收稿日期 :2003-03-28美国 Di

15、asys R /S 2003尿液分析仪常见故障排除鄢世金 李德忠 江少丹 (武警福建省总队医院 , 福建福州 350019 尿液分析是尿液外观 、 理学 、 化学 、 显微镜检 查的综合 。 是目前临床上最常用常规检查方法 , 已 逐步受到医生的重视 。 今年初 , 我院购买一台美国 Diasys R /S 2003型尿沉渣分析仪 , 经过三个月的临床应用 , 具有标准定量 、 精确度高 、 视野清晰和快 速等优点 , 但 在工作中我们也 经常遇到的堵 孔现 象 。 最主要原因由于尿液混浊 , 有大量的非结晶性 磷酸盐 、 粘液丝等物质 。 现将这一常见现象的排除 方法介绍如下 : 当进行冲洗

16、时 , 若有堵孔现象 , 尿沉渣分析仪 上的微处 理控制仪表 产生 “ 报警 ” 现象 , 表现为 “ Normal ” 灯 闪 烁 , 同 时 “ Purge Overpressure ” 和 “ System Err or ” 红灯亮 。 处 理方法 :折 开可调节吸 样器与塑料导管的连接部 。 按 “ Normal ” 键行常规 清洗两次 , 接着按 “ Extended ” 键和 “ Normal ” 行 强力冲洗一次 。 一般情况下 , 堵孔现象可排除 。 若 不能排除堵孔现象 , 可折开流动计数室右边的塑料 导管 , 用 5号注射器吸 5%的次氯酸钠液向计数室 反复注射数次 , 彻

17、底清洗计数室和左边塑料导管内 的杂质 。 同时也要冲洗吸样器的针孔 , 经这些程序 处理后 , 重新安装 , 故障排除 。 故障原因是由于 8B2板比较器的容错范围设计 不足 , 没有考虑编码电压还要经二极管和电阻的降 压 。 将 8B2板的电阻 R83、 R105分别由 1k 换成 2k和 470后 , 电路正常 。故障现象四 :机架自转故障 。 开机运行后 , 打 开手控盒开关 , 机架出现脉冲式自转 , 拨动手控盒 旋转电位器 , 机架也能受控 。 关闭手控盒开关 , 自 转停止 。分析与检修 :机架旋转故障是威达加速器常见 故障 , 也是难以克服的问题 , 因其抗干扰能力差 , 致使它

18、无法实现其原有的旋转治疗功能 , 所以此类 故障较令人头痛 。分析图纸 , 机架旋转信号从手控盒 108线 (J 3-8 经治疗分线板 、 治疗头控制箱到驱动台分线 板 , 通过转线继电器 K 2送到辅助电子箱的支架电 机 控 制板 (5B5 , 其走线如 下 :手控盒 (108线 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。拨动手控盒上旋转电位器 , 机架旋转受控 , 且 关上手控盒开关 , 自转停止 , 由此可判断机架旋转 控制电路能正常工作 。 其脉冲式自转显然是受到干 扰所致 。 测 5B5板 5脚电压 , 无信号时 , 此脚电压 应为 0V , 实测时发现稳定状态下电压为 0V , 但不 时出现脉冲电压 , 万用表打到直流 1V 档 , 表头指 针不时短暂右摆 (用指针表较易观察 , 最高时接