孟 強(qiáng)，陸志高

瓦里安TRILOGY直線加速器機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)故障分析

孟 強(qiáng)，陸志高

0 引言

瓦里安TRILOGY直線加速器是目前較為高端的放射治療設(shè)備[1]，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要包括鎢門、小機(jī)頭、機(jī)架和治療床，其作用是使特定形狀的輻射束從靶區(qū)表面的多個(gè)方向射入，對(duì)腫瘤進(jìn)行精確治療[2]。該系統(tǒng)在治療過程中使用頻繁、易發(fā)故障，根據(jù)我院3 a來的維修記錄統(tǒng)計(jì)，其故障約占總故障的23.77%。本文對(duì)該系統(tǒng)的故障按類分析，探討降低故障率的可能性。

1 整體介紹

機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括供電單元、電子柜（console）控制單元、位置檢測(cè)單元和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。供電單元位于機(jī)座內(nèi)，120 VAC電源經(jīng)變壓器和整流橋分別輸出100和27 VDC。100 VDC供機(jī)架電動(dòng)機(jī)和治療床升降電動(dòng)機(jī)使用，27 VDC經(jīng)輔助電子柜的脈沖寬度調(diào)制板（pulse wicltyh mollulate PCB，PWM PCB）調(diào)制后給其他電動(dòng)機(jī)（鎢門、小機(jī)頭、治療床橫向和縱向運(yùn)動(dòng)）供電[3]。電子柜控制單元是機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的中樞。我院在使用該加速器3 a來供電單元未出現(xiàn)故障，表明該模塊設(shè)計(jì)成熟、元器件性能穩(wěn)定。

2 位置檢測(cè)單元

2.1 整體介紹

位置檢測(cè)單元是指與每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件聯(lián)動(dòng)的2個(gè)電位器（主電位器PRO和次電位器SPRO）提供雙重電壓信號(hào)經(jīng)console模數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置信息，是機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的多發(fā)故障點(diǎn)。2個(gè)電位器的阻值均為10 kΩ，供電電壓為+10、-10 VDC。瓦里安公司在2013年將位置檢測(cè)單元全面升級(jí)，升級(jí)后的PRO電壓信號(hào)和SPRO電壓信號(hào)極性相反，不再允許并聯(lián)旁路，從而在更深層次意義上符合美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局關(guān)于放療設(shè)備必須提供雙重位置信息驗(yàn)證的規(guī)定。正常情況下，2個(gè)抽頭電壓信號(hào)的絕對(duì)值應(yīng)近似或完全相等，差值不宜超過0.05 VDC。

2.2 故障一

2.2.1 故障現(xiàn)象

機(jī)器在切換至下一照射野時(shí)報(bào)“HWFA聯(lián)鎖”，所有運(yùn)動(dòng)部件無法運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 故障分析與檢修

HWFA聯(lián)鎖常為電位器一般性故障，可以通過加速器communications界面中的Event Logs查看是哪個(gè)運(yùn)動(dòng)部件引起的故障。如系機(jī)架報(bào)錯(cuò)，先在維修界面（SERVICE MODE）通過“override interlock”選項(xiàng)旁路HWFA聯(lián)鎖后再轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)架，通?？衫^續(xù)使用。如果依然報(bào)錯(cuò)，用萬用表測(cè)量2個(gè)電位器的抽頭電壓值，如若偏差過大，應(yīng)更換電位器，更換時(shí)將機(jī)架轉(zhuǎn)至0°，抽頭電壓調(diào)至0 V再做校準(zhǔn)最為便捷。由于電位器屬于易耗品，且機(jī)器對(duì)其線性標(biāo)準(zhǔn)要求較高，故多數(shù)故障系電位器失靈導(dǎo)致。

2.3 故障二

2.3.1 故障現(xiàn)象

機(jī)架旋轉(zhuǎn)至120°附近時(shí)突然停止并報(bào)“HWFA聯(lián)鎖”，旁路聯(lián)鎖后轉(zhuǎn)至其他角度時(shí)正常，再轉(zhuǎn)回120°又報(bào)此聯(lián)鎖。

2.3.2 故障分析與檢修

首先查看電位器是否松動(dòng)、焊點(diǎn)是否牢固，如果均正常，則考慮是否為機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)位于其內(nèi)部的電纜扭曲牽拉導(dǎo)致線芯斷路或與地短路，無法為console提供反饋信號(hào)。查閱相關(guān)電路圖，分段測(cè)量電壓信號(hào)，可知該故障系W14a電纜相關(guān)信號(hào)缺失導(dǎo)致。將電纜內(nèi)的空置線芯與報(bào)錯(cuò)線芯互換，故障即可排除。

3 電子柜控制單元

3.1 整體介紹

電子柜控制單元包括電動(dòng)機(jī)接口板、模數(shù)轉(zhuǎn)換控制板、信號(hào)控制板、輸出接口板等多塊電路板，其作用是：（1）將來自手控器、床旁控制器、操作鍵盤或計(jì)劃系統(tǒng)的使動(dòng)信號(hào)經(jīng)過一系列的變換用以控制電動(dòng)機(jī)和剎車；（2）將位置檢測(cè)單元提供的反饋值轉(zhuǎn)換成角度值或距離值，并使其在顯示器上得以顯示。在弧形治療方式下，電子柜控制單元還需要根據(jù)反饋值對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[4]。

3.2 故障一

3.2.1 故障現(xiàn)象

治療過程中機(jī)器在切換至下一照射野時(shí)報(bào)“HWFA聯(lián)鎖”，Event Logs提示機(jī)架2個(gè)電位器數(shù)值不一致。

3.2.2 故障分析與檢修

用萬用表測(cè)量2個(gè)電位器的電壓信號(hào)均正常，依電壓信號(hào)走向穿過機(jī)架后在機(jī)柱母板（standmother PCB）上的測(cè)量結(jié)果亦正常。查閱相關(guān)電路圖，可知故障發(fā)生在console中的概率較高，用替換法將電動(dòng)機(jī)接口板（motor interface PCB）更換后，故障排除。電壓信號(hào)并非全部經(jīng)過電動(dòng)機(jī)接口板進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，治療床升降、縱向及其旋轉(zhuǎn)的信號(hào)經(jīng)由儀表接口板（meter interface PCB）轉(zhuǎn)換。

4 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

4.1 整體介紹

該機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不盡相同。上鎢門為齒輪和齒輪條導(dǎo)軌，下鎢門為齒輪、連動(dòng)桿以及滾珠絲桿，治療床升降方向?yàn)闈L珠絲桿，水平方向?yàn)辇X輪和皮帶，機(jī)架、小機(jī)頭為齒輪和鏈條。

4.2 故障一

4.2.1 故障現(xiàn)象

機(jī)架在旋轉(zhuǎn)時(shí)有刺耳雜音，速度時(shí)快時(shí)慢。

4.2.2 故障分析與檢修

經(jīng)仔細(xì)排查，電動(dòng)機(jī)100 VDC供電電壓正常，機(jī)架配重正常，齒輪和鏈條的咬合度較好，在齒輪箱處加注潤(rùn)滑油后刺耳雜音減弱，但機(jī)架仍不能保持勻速運(yùn)動(dòng)。將齒輪箱拆下并打開，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的潤(rùn)滑油已經(jīng)固化，且碎屑較多，將其更換后故障排除。

4.3 故障二

4.3.1 故障現(xiàn)象

機(jī)器在運(yùn)行中鎢門不能到達(dá)預(yù)設(shè)位置。

4.3.2 故障分析與檢修

首先檢查電動(dòng)機(jī)電壓是否正常、剎車是否正常，用手控器驅(qū)動(dòng)鎢門時(shí)，應(yīng)能聽到電磁鐵吸合的聲音。如果電動(dòng)機(jī)和剎車均正常，則故障多系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)污垢沉積、阻力過大導(dǎo)致。用酒精或清潔潤(rùn)滑油清除鎢門絲桿上的灰塵、油脂后再涂上防輻射黃油，此外還需將連動(dòng)桿的扁平軸承加油潤(rùn)滑。

5 小結(jié)

本機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)故障多為電位器失靈導(dǎo)致，而電位器又屬易耗品，因此對(duì)于機(jī)器負(fù)荷較重的醫(yī)院，預(yù)留充足的電位器備件可有效縮短停機(jī)時(shí)間。各部件對(duì)應(yīng)的電位器型號(hào)并不完全一致，實(shí)際工作中應(yīng)加以注意。該直線加速器從機(jī)架到機(jī)座穿行的電纜眾多，隨著使用年限的增加，線芯容易因線皮老化、扭力不均而破損斷裂。該加速器在啟用不久已發(fā)生數(shù)次因電纜磨損導(dǎo)致的故障。這是由于我院的迷路通道較為狹窄，機(jī)架和機(jī)座不能作為整體通過，裝機(jī)時(shí)先將其分離后再運(yùn)至治療室內(nèi)，連接時(shí)安裝工程師難以按照出廠標(biāo)準(zhǔn)布線，導(dǎo)致電纜破損變形的情況時(shí)有發(fā)生，因此在設(shè)計(jì)機(jī)房時(shí)將此情況加以考慮可以降低故障的發(fā)生率。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是鎢門系統(tǒng)因?yàn)殚L(zhǎng)期處于溫度較高的環(huán)境，絲桿和軸承上的潤(rùn)滑油容易沾染灰塵、干枯固化，日常保養(yǎng)中定期清潔、加注潤(rùn)滑油可以保障其穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 譚亞軍.Varian Trilogy直線加速器聯(lián)鎖故障維修1例[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（7）：148.

[2] 李軍.西門子加速器機(jī)械系統(tǒng)故障維修[J].實(shí)用醫(yī)技雜志，2004，11（10）：2 141-2 143.

[3] 許琨，賈輝.瓦里安高能加速器PWM板的工作原理與維修[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2011，35（6）：467-468.

[4] 顧本廣.醫(yī)用加速器[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2003：341-347.

（收稿：2014-03-28 修回：2014-08-05）

R318.6；TH774

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1003-8868（2015）04-0150-02

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.04.150

200032上海，復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科（孟 強(qiáng)，陸志高）