陆晓军

江苏省镇江市第一人民医院 （江苏镇江 212002）

医科达Synergy 直线加速器是一款用于治疗肿瘤疾病的高端医疗设备，而做好对加速器的维护保养和质量保证工作非常重要，旨在确保设备的使用率以及设备的实际照射量与治疗计划系统的设计照射量一致。由于肿瘤的生物特性，临床需保证放射治疗持续，一般要求设备使用率在95%以上。为达到此目标，相关人员熟悉加速器的构造、原理非常重要，以便及时、快捷地对设备故障进行分析、判断以及对质量保证工作中出现的问题进行校正。

本文重点介绍的是我院2012年引进的医科达Synergy 直线加速器的束流系统，其主要由聚焦系统、导向系统及偏转系统组成（图1）。其中，聚焦系统可影响射线的强度，导向系统可影响射野的平坦度和对称性，偏转系统可影响射线的能量及射野。这些均属于维护保养及质量保证工作的重要内容。现将医科达Synergy 直线加速器束流系统组成及故障检修情况介绍如下。

图1 医科达Synergy 直线加速器束流系统的组成

1 束流系统组成

1.1 聚焦系统

医科达Synergy 直线加速器聚焦系统的作用主要是使束流在加速过程中不因受射频电磁场作用以及束流内电子的空间电荷作用而散开，或因外部磁场而偏离中心轴；通过调节聚焦线圈电流，可以获得最大的辐射强度。

1.1.1 聚焦线圈

聚焦系统包含2组聚焦线圈（Focus1和Focus2），各产生1个静态的、轴向的且施加了聚焦作用的磁场在电子束上，用以抵消射频场的散焦作用。2组线圈环绕安装在加速管的中前端，其中，Focus1位于电子枪末端，由2个水冷线圈L1和L2组成；Focus2位于加速管中段附近，由1个风冷线圈L3和2个水冷线圈L4和L5组成（在加速管的输入端聚焦需求最大，随着电子束能量的增加而减小，约在加速管中段聚焦停止）。此外，在靠近电子枪一端的Focus1端加上了铁磁材料的磁屏蔽端板，其作用是防止聚焦线圈产生的磁场对电子枪造成影响以及在加速管的开始几个腔中进一步增强磁场聚焦作用。

聚焦线圈由2个位于13区的电源供电，每个电源包括1个可控硅控制全波桥式整流电路和1个低压控制板组成（Focus1：PCB13F 板和Focus2：PCB13E 板，其中，PCB 为印刷电路板）。

1.1.2 聚焦系统电路控制

Focus1和Focus2线圈电路为闭环伺服电路，设计类似。加速器控制系统（LINAC control system，LCS）可通过软件项设置聚焦线圈电流值，通过AO12板（其中，AO 为模拟输出板）上的单通道输出0～10 mA 的控制信号到电源低压控制板PCB13的控制脚；AO12板上的多路复用器同时返回1个值，通过AI12-RHA（其中，AI 为模拟输入板，RHA为治疗头A 板）和SCC-RHA（其中，SCC 为信号调节卡）上的单通道返回到的软件项i394进行监控，若返回值与设置值相同，则AO12板很可能工作正常。

监控到的聚焦线圈电压值则通过AI12-RHB（其中，RHB 为治疗头B 板）和SCC-RHB 返回到LCS，此电压值只有联锁的目的，伺服系统不使用此值，但其可以用于指示线圈是否短路。

1.2 导向系统

医科达Synergy 直线加速器的导向系统用于因加速管结构中微小不对称或地球磁场以及重力偏差的影响使得电子束可能会稍微偏离轴心的情况。

1.2.1 导向线圈

导向系统包含2组导向线圈，各产生1个相互成直角的磁场作用于电子束进行上下左右的调整。其中，R 是径向（radial，R），T 是横向（transverse，T），1R 和1T 用于电子束对准加速轴，2R 和2T 用于控制电子束进入偏转系统的姿态。

导向线圈由11区的通用发动机驱动板（universal motor drive，UMD）供电，这些UMD可以输出±600 mA的电流来控制磁场的量级大小和方向。

1.2.2 导向系统电路控制

1R 和1T 的电流值分别在LCS 的软件项i332和i331中设置，LCS 将设定值通过A08板上的单通道输出0～10 mA 的控制信号到UMD 的9脚；此外，设定值也被A08板上的多路复用器取值，通过AI12-HTB（其中，HTB 为高压板B）和SCC-HTB返回到LCS，由i391监控，其中，A08板的多路复用器由i409控制。而1R 和1T 线圈的实际电流值则从UMD 板经AI12-HTA（其中，HTA 为高压板A）和SCC-HTA 返回到LCS。

导向线圈对电子束的校正会随着机架角度的变化而发生周期性改变，虽然其影响很小，但足以对射野对称性产生明显影响，因此通过伺服控制2R、2T 来实现。伺服控制信号来自电离室的2RG/2RT和2TA/2TB[其中，G 表示电子枪（Gun）方向，T 表示靶（Target）方向，A 表示射野A 方向，B 表示射野B 方向]以及机架转动控制系统的粗调电位器的反馈信号。电离室的2RG/2RT 和2TA/2TB 信号由12区的伺服输入板（servo input board，SIB）采集，由16区的脉冲发生器（programme pulse generator，PPG）提供采样脉冲，此采样脉冲同时也作用于i444，其中，SIB 板采集到的值通过AI12-RHA 和SCC-RHA 传输到LCS。2R 电路是1个闭环伺服电路，其错误信号用于控制2R 的线圈电流，电离室的差值通过环路增益、平衡因子和修正值（正常运行的系统中值为零）来修正并传递到电流控制项i164，伺服增益值则在i164的part142；2R 的典型值为80～200个单位。2T 电路是1个开环伺服电路，伺服增益i165的part142的值为零，因此，错误信号不用于控制2T 的线圈电流，仅用于指示和监测的目的；2T 电流为i165的part1的设定值加上来自查找表（look-up tables，LUT）的偏移量。2R 和2T的设定电流值在i416的控制下通过A012-B 多路复用到单个通道，值读入i393，通过AI12-HTA 和SCC-HTA 发送到LCS；而2R 和2T 的实际电流值则由UMD 监控并通过AI12-HTA 和SCC-HTA 发送到LCS。

1.3 偏转系统

医科达Synergy直线加速器偏转系统的作用是改变束流方向。在此过程中，束流中的每个电子的能量和动量存在一定的差别，在偏转磁铁的作用下这些不同能量的电子具有不同的转弯半径，即“色差”。为了减少色差的影响，医科达Synergy直线加速器采用3个单独的电磁铁组成消色差磁铁阵列。其中，磁铁1（粗偏转）进行能量的分离，其磁场使电子束偏转44°，电子束中的电子经过磁铁1偏转后偏转路径会有差别；磁铁1磁场强度的调整使得电子束达到要求的平均能量范围进行传输。磁铁2（细偏转）与磁铁1形成1个镜像反转的磁场，其磁场使电子束偏转44°，使得经过磁铁1分离的能量谱聚焦后传输。经过磁铁2收敛后的电子束进入磁铁3，磁铁3使得电子束偏转112°并完成二次聚焦作用，最终形成直径约2 mm的电子束轰击靶区。

1.3.1 偏转线圈

3个偏转磁铁都是水冷，每个偏转磁铁包含2个线圈，6个线圈用6个热断器串联防止线圈过热。正常情况下，12区的输入及DIE-RHB 板（其中，DIE为编码数字板）上输入A2端保持接地（0状态）；若任何1个热断器工作，则A2端状态变为1状态，i94将使加速器处于System On（系统开启）状态。

偏转磁铁的供电位于13区，主电源是电源1（power supply unit 1，PSU1），而PSU2只用于给磁铁3增加电量。与磁铁1和磁铁2不同，磁铁3的电流不与磁场强度成线性相关。

1.3.2 偏转系统电路控制

粗偏转和细偏转的电流设定分别位于AO12-A板的通道6和通道7，这是两个控制信号，范围0～10 mA，分别输入PCB13C（粗偏转）和PCB13G（细偏转）控制。

电流设定值也由i418控制AO12板多路复用，值通过AI12-RHA和SCC-RHA传输到LCS的i394监控。

偏转磁铁线圈的电流值由PCB13C 和PCB13G监控，信号通过AI12-RHA 和SCC-RHA 返回到LCS 的i304和i305，用于伺服控制线圈电流，监控值则通过AI12-RHB 和SCC-RHB 传到i384。

2 束流系统故障检修

2.1 故障现象

物理师在使用MATRIXX 平板进行质量保证时，发现6 MV X 线的平坦度和对称性偏差较大，遂调整2R 和2T，调整过程中发现2R 和2T 的调整值较大，调整后平坦度、对称性达到要求，再使用MATRIXX 验证，发现光射野偏差了2 mm 左右。

2.2 故障分析及处理

通常情况下，射野平坦度和对称性的校正均是通过调整2R 和2T 来实现的，校正不会引起射野产生上述如此大的偏差，考虑到光射野不一致也会导致平坦度和对称性产生偏差，并且会随偏差值的变大而变大，遂开始验证光射野的一致性，步骤如下： （1）使用水平尺验证机架的角度是否在零位，若不在则将机架调至水平尺水平；（2）验证光束是否垂直（加速器使用灯光模拟理想状态下的射线形状），具体方法是将灯光野调至40 cm×40 cm，旋转治疗床，使床边圆孔至灯光野中，将坐标纸放至地面，圆孔野置于坐标纸中，用细笔标记圆孔野边缘界限，旋转治疗头角度查看圆孔野是否出现偏移，若有偏移则调整反光镜角度，此次未发现偏移（这种方法因为验证距离大，所以准确性高）；（3）在源皮距100 cm 处用胶片拍摄，验证光射野的一致性，验证结果表明光射野偏差了2 mm 左右；（4）在源皮距100 cm 处放上坐标纸，使治疗头0°对好灯光野，旋转治疗头180°，结果灯光野一致，表明光射野的偏差与钨门位置无关，遂怀疑是由于打靶点偏差引起；（5）调整偏转细调（Bending F）值，由现值1.8调整至2.0，拍摄胶片，光射野一致，调整2R 和2T 值符合标准，故障排除。

2.3 故障总结

当出现射野平坦度和对称性偏差较大的情况时，不能只考虑调整2R 和2T，光射野一致性不佳同样会导致平坦度和对称性偏差较大。当光射野一致性与钨门位置无关时，微调Bending F 即可，因为偏转粗调（Bending C）的调整会引起射线质的变化，同时需要注意，不能颠倒验证步骤，机架角度是基础，其次是光学系统验证，最后是钨门验证。