医用直线加速器输出剂量故障联锁及问题分析

朱劲松，尹 灵（通讯作者）

（陆军军医大学第一附属医院肿瘤科 重庆 400038）

医用直线加速器所产生的光子束以及电子束在癌症与部分良性肿瘤领域得到广泛的应用。剂量率在肿瘤放射治疗中至关重要，因此，为了保证放射治疗的安全性，相关部门对剂量率的变化有严格的限定，如在固定治疗时，剂量率应小于1%；而在旋转治疗时，剂量率应小于±1.5%。在治疗过程中，可能会出现剂量率未达到额定剂量率，导致加速器联锁停机的情况。该文介绍几种常见的医用直线加速器输出剂量故障，以供参考。

1 常见故障

1.1 电子枪的输出剂量故障

对于电子枪高压本身而言，一般情况下是不会出现高压突然不稳的情况的，主要担心的是其高压传输线经长时间使用后绝缘强度不够，导致加在电子枪本身的高压不稳。这时候我们可以通过高压分压器对其予以测量，其结果将有助于我们判断和分析故障原因。如果确有不稳现象，可采取适当措施增加传输线的绝缘强度。枪高压变化的另外一个原因是调制器高压输出有变化或者脉冲变压器性能有变[1]。电子枪老化的原因主要是其使用寿命的问题，故障现象主要体现在枪阴极发射能力上。

1.2 真空不足导致的输出剂量故障

真空不足是加速管的常见故障之一。真空问题对于枪发射的影响比较明显，一则是因为电子在传输过程中会与空气分子碰撞损失能量，严重的没有电子引出，二则主要的也是因为在真空状态不好的情况下加上灯丝电压，易导致枪阴极部分或完全中毒，从而影响枪的发射能力[2]。

1.3 磁控管的输出剂量故障

磁控管使用一段时间后，会发生老化问题，发射功率下降，导致微波输出功率也持续下降，从而加速器的剂量率也就随之下降[3]。事实上，如果磁控管老化，也会伴随磁控管频繁的打火的出现，这些都将造成系统工作的不稳定。

1.4 射束的输出剂量故障

加速管通过放疗射线束对人体进行治疗，但如果其出现严重的剂量偏差或者功率波动时，则会对人体产生很大的威胁。因此，设计人员往往将监测系统加入加速管中，从而达到保障射线安全的作用，一旦发生故障，监测系统即会第一时间发出警告并启用熔断机制[4]。

2 维修处理及分析

表1

2.1 电子枪故障的维修处理及分析

可以通过增加枪灯丝电流来临时性的处理该故障，但这里存在两个问题，一是由于空间电荷场的影响，枪发射电流随灯丝电流的增加并不总是线形增加，所以发现有时增加枪灯丝电流对剂量影响大，有时并不显着。二是枪灯丝电流过高，对枪的寿命有影响[5]。一般情况下，驻波加速管的电子枪中毒的可能性较小，因为驻波和行波不一样，它通常是采用全密封结构，电子枪是不可拆卸的，因而如果发生加速管真空突然变大的话，一般来说是加速管陶瓷窗的问题。对于行波管，由于电子枪等部件可以拆卸，不是全密封的，所以电子枪中毒的几率较驻波管大。一旦电子枪发生中毒问题，可以通过电子枪激活等手段暂时性的解决该问题。

2.2 真空不足的维修处理及分析

密闭空间和排气是构造局部真空环境的必要因素，因此，可以从加速管腔体真空环境构成的角度将加速管真空度不足的原因分为两类：密闭环境的破坏和抽气功能的衰减或消失。加速管的钛泵、排气管、聚束腔、加速腔、波导窗、靶组件和电子枪等零件通过焊接形成了一个密闭空间，因此，这些零部件的焊接问题和质量问题都可能成为破坏加速管的密封环境导致真空度不足的原因[6]。钛泵是加速管抽取空气分子的唯一途径，因此，钛泵的异常工作是致使加速管的空气抽取功率下降，引起加速管真空度不足的原因之一，详细故障原因如表2所示。

对一根新管子而言，如果加速管内的真空状态尚不至于对阴极造成破坏性的影响，我们可以通过对加速管的不断老练改善加速管的真空状况。值得注意的是，一旦我们发现电子枪出现中毒现状，我们一定要找出故障所在，到底是波导窗漏气还是别的原因，彻底的解决问题，不要盲目的增加灯丝电流。加速器运行中最严重的是陶瓷窗破裂和钛窗打穿。对驻波加速管而言，一般波导窗漏气的概率比靶漏气的概率大，主要原因是因为波导中过高压的绝缘气体可能压碎波导窗，或者因为微波打火可能将其打坏。对于靶部，一则是担心加速管流强太大，靶部散热不均匀，二则是担心靶部热膨胀系数与管体不一致。所以要随时监控靶的水冷却。其它方面应该不会有太大的问题。在这里应该提醒的是不一定真空电流偏大就是加速管真空被破坏，从而轻易去断定加速管陶瓷窗漏气，它可能是由于钛泵电源漏电或者是钛泵接头漏电所致。判别的方法是做波导系统的充放气实验，看真空电流有无变化，有就是陶瓷窗漏气，没有或者因为量程过小看不出来的话，可以将加速管钛泵接头拿掉，使之悬空，再加电观察真空读数，在检查接头无误的情况下多做几次该实验可以断定钛泵电源及其接头有无漏电现象。

表2 加速管真空度不足故障原因表

2.3 磁控管故障的维修处理及分析

磁控管打火是经常性的问题，只是我们不要求其过密。因为打火过密使得磁控管容易损坏，即破坏磁控管的阴极发射能力。磁控管振荡频率偏移可发生在脉冲与脉冲之间，引起该变化的原因为电源电压不稳、负载变化产生的频率牵引、阳极块温度变化、设备移动造成阴极对阳极位置变化、灯丝变形使阳极温度不均匀等。慢变化可以通过AFC系统来调整。磁控管振荡频率偏移也可发生在一个脉冲内发生的变化。如电子频移，为此要求脉冲电压平顶小于2～5%，有时甚至要求小于1%，这样就可以限制电流变化到10%或更小一些。再一个就是跳模，这与脉冲电压的前沿和后沿上升和下降速度太慢有关，这有可能激励起低压型振荡。脉冲前沿要求在脉冲宽度的10～20%之间，后沿要求在20～30%之间。在整个脉冲内发生模式跳跃频率的快变化会使得微波频谱的包络失真，并使集中脉冲能量的主要部分的频带展宽，使大量能量分散[7]。

2.4 射束质量故障的维修处理及分析

从放疗射线形成的角度可以将引起射束质量故障的原因分为射束粒子源破坏和束流控制不达标两类。电子枪通电后会沿固定方向发射电子，是产生治疗射线的唯一粒子源，因此，导致电子枪工作异常的问题都可能是加速管射束剂量故障的原因。治疗射线需要高能电子束流轰击靶金属来产生，束流的粒子数量、粒子带电量和速度不达标也可能是加速管射束剂量故障发生的原因[8]。详细故障原因如表3所示。

表3 加速管射束剂量故障原因表

综上所述，医用直线加速器的剂量输出故障属于末端故障。其影响因素可由前段一个或者多个故障所导致。通过故障联锁数量及种类就不难看出。以上对故障问题的浅谈可有效提高剂量输出故障的处理效率，有利于日常放疗工作的高效进行。