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龙亮，阮康植，钟思瑶，吴其弟，黄殿毅
1 广东省人民医院·广东省医学科学院放疗科 (广东广州 510080)；
2 首都医科大学附属北京潞河医院放疗科 (北京 101100)
放射治疗在肿瘤综合治疗中的作用和地位日益突出，是临床治疗恶性肿瘤患者的重要方法之一。医用直线加速器是医院最常见的放疗设备[1]。我院于2012年使用瓦里安Trilogy高能直线加速器开展调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)、容积旋转调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)、立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy，SBRT)等主流治疗技术，每天需持续开机数十小时，故在机器使用期间对其进行检修维护就显得尤为重要。回顾我院维修记录发现，GFIL与MLC联锁发生频率较高，对临床诊断效率的影响较大。其中，MLC联锁因其功能特点，故障发生多与叶片配备的电机、丝杆和T-Nut螺母的耗损相关，故障处理相对简单[2]。而触发GFIL联锁的原因则复杂多样，在数字式电子枪驱动器中，电子枪控制器检测到的任何故障都可启动此安全联锁。大量的检修报道和经验显示，GFIL联锁故障跟电子枪有着紧密的联系[3-5]。本研究主要对Trilogy直线加速器发生GFIL联锁故障的原理、检修思路和处理方法进行阐述，从而为医院工程师快速排除GFIL联锁故障提供参考，进一步提高日常维修效率和质量，降低维护成本，同时减少因电子枪发射系统故障引起的设备故障进而给临床治疗带来的影响。
Trilogy直线加速器采用三级(栅控)电子枪发射系统的控制电路主要由冷端和热端2个部分构成[6]。冷端由电源板(PCB ASSY，POWER SUPPLY)、AFC枪脉冲控制板(PCB ASSY，AFC & GUN PULSE CONTROL)、枪控制板(PCB ASSY，GUN CONTROL A4)、高压电源板(GUN HV POWER SUPPLY)、光纤接口(OPTICAL INTERFACE)通过对应连接器和引脚与冷端控制背板(PCB ASSY，CONTROL DECK BACKPLANE)集成。热端则由灯丝电源板(PCB ASSY，HOT DECK FILAMENT P.S.A11)、枪驱动脉冲板(PCB ASSY，GUN DRIVER PULSER)、低压电源板(LOW VOLTAGE POWER SUPPLY)以及热端背板(PCB ASSY，HOT DECK BACKLANE)组成。冷热两端存在25 kV电位差，因此使用T1变压器进行隔离，同时通过T1变压器将120 VAC降压并输出8 V的交流电经整流桥整流成直流，并将其分别送至电子枪灯丝和灯丝电源板检测电路。当给灯丝栅极施加1个正电压脉冲，灯丝阴极施加1个负高压脉冲时，阴阳两极会直接形成强脉冲电场，然后AFC枪脉冲控制板对脉冲相位、频率以及宽度进行调节，可使电子加速并改变电子发射数量，实现输出剂量率的变化。冷热两端之间的通信由J10～J17共7根光纤相连实现。
GFIL联锁故障检测电路主要监测2个参数，即灯丝电压和栅极电压。灯丝电压信号由热端灯丝电源板上的2块RMS-DC转换器(U6、U9，AD736JN)监测，然后再经运放(U8，TL074B)放大输入至相位控制芯片(U7，TCA785)，最后控制双向可控硅(U10，MAC15A6)导通；
另一路信号由串行数模转换器(U2，TLC1541IN)转换为数字信号并通过光纤J13传回冷端枪控制板。栅极电压由枪驱动脉冲控制板的输入信号在P1-1A和P1-1C端通过CR6整流桥产生负的偏置参考电压，控制电子枪工作。另一组信号则由P1-5A和P1-5C端通过CR7整流桥产生正的参考电压，经R34输出，最终输出到枪的栅极。
2.1 基本思路与方法
若加速器在治疗的过程中报GFIL联锁，使束流被中断时，工作人员应遵循以下步骤展开故障排查：第一步，在Communication模式下的Morning Check和Event Log中查看产生GFIL联锁时相应能量下的灯丝电流(GUN I)和灯丝电压(GUN V)与正常晨检时的参数；
第二步，读取冷端枪控制板错误代码，查阅瓦里安数据手册(NO.100051345-01)[7]，判断触发GFIL联锁的可能原因；
第三步，根据错误代码逐一进行测量排查，首先通过假负载代替枪并在热端测量TP3和TP4的电压值，由此判断是电子枪本身故障还是枪控制电路的故障，在确认电子枪正常后，再进一步根据每块电路板的功能和信号流，通过板上的测试点判断是否需要更换电路板或其他元器件。
2.2 故障一
2.2.1故障现象
加速器在使用6 MV光子线进行治疗的过程中多次报GFIL联锁，中断出束，控制台按ENTER键可以暂时消除。
2.2.2故障分析与维修
首先，在Communication模式下查看Morning Check和Event Log发现6 MV光子线的枪高压仅-14.98 kV(参考值为-16 kV)，故分析导致该故障的原因与枪高压或其控制电路有关；
其次，预防性打开加速器臂架外壳，GFIL再次出现时读取到枪控制板(GUN Controller PCB)信息显示RUN OK 2，在重新设置枪高压时枪控制板报错EE P ROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，重启枪控制板问题依然存在，推测是U3、U4 两块微处理器经过长时间的辐照被损坏导致枪控制板无法进行信息写入和存储，更换枪控制板，并重新设置灯丝电压Fil V以及各能量栅极电压GRID和高压HV的真实值与阈值，设置的6 MV光子线的枪高压并测得值为-16.01 kV，EE P ROM报错代码消失，但GFIL联锁依然存在；
再次，为了彻底解决故障，进一步通过设置6 MV光子线的不同枪高压值并测量实际电压值，发现枪高压在达到-12.02 kV之后便会触发GFIL联锁，而在-10.97 kV时GFIL联锁便消失，因此推测是枪高压电源的高压自检电路出现了问题，自检电压值与实际测量值存在偏差导致GFIL联锁，进一步检查发现报错代码为HVPS LOW的问题，重新订购高压电源更换并重新进行设置；
最后，调整射线剂量率，机器恢复正常。
2.3 故障二
2.3.1故障现象
加速器在治疗过程中报GFIL联锁无法消除。
2.3.2故障分析与维修
首先，在Communication模式下查看Morning Check和Event log发现GUN I与GUN V均正常，打开加速器臂架外壳，读取冷端枪控制板故障代码显示为HD A/D +，由此可知是热端灯丝电源板ADC自检超过上限；
其次，然后对热端灯丝电源板上的TP2、TP4的测试点进行测量，电压分别为+4.915 V和+15.75 V，均正常，因此确认是灯丝电源板上的ADC电路出现问题，分析是该板上的串行数模转换器(U2，TLC1541IN)在高温高辐射环境中被损坏；
再次，更换灯丝电源板后，故障代码消失，GFIL联锁消除，机器恢复正常。
2.4 故障三
2.4.1故障现象
在治疗过程中偶发GFIL联锁，控制台按ENTER键可以暂时恢复。
2.4.2故障分析与维修
首先，查看报错记录Event Log中GUN I和GUN V均无明显偏差，故分析该故障原因与三级枪系统中不稳定的电压有关，检查5 V低压电源和枪高压HVPS均正常；
其次，而在Errors中发现故障代码Grid Undervoltage，即枪栅极低电压，测得Grid数值为-70.9，同95的正常值相比明显偏低，Grid数值异常一般是电子枪问题或传输问题(冷端或热端底板)引起，而热端地板故障通常会直接导致停机或者故障时HV为0，因此怀疑是冷端底板出现故障；
再次，更换冷端底板后，故障排除。
2.5 故障四
2.5.1故障现象
加速器在治疗过程中多次报GFIL联锁最终无法消除。
2.5.2故障分析与维修
首先，查看报错记录Event Log中发现GUN I和GUN V无明显偏差，但发现该故障的出现与机架角度强相关，故分析导致该故障的原因与穿过机架的信号线缆有关；
其次，查阅维修手册可知，有多组信号由Console发出，通过W15缆线穿过机架经过辅助电子柜再到机架接口板与枪冷端相连，直接影响热端灯丝电源板的工作；
再次，机架高频的运动极有可能导致W15线缆磨损过度而影响信号传输，因此对W15线缆进行检查后发现该线缆在穿过机架部分处表皮破损，在对W15线缆进行更换后GFIL联锁消除，机器恢复正常。
瓦里安Trilogy直线加速器的三级(栅控)电子枪系统可为加速器提供稳定的电子束流，是加速器的重要部件。我院使用的瓦里安Trilogy直线加速器日常工作负荷较大，设备出现GFIL联锁是频率较高的报错代码，并且由于电子枪控制电路的复杂性，在治疗过程中，电子枪灯丝超过程控设定点的±5%、栅极偏压高于-68 VDC、118 VAC电源(位于主要组件上)关闭、枪驱动器保险丝熔断或损坏、通信光纤导光以及信号线缆等问题都会报GFIL联锁，可见导致机器报GFIL联锁的原因较为复杂，具有多种可能性[8-9]。本研究对瓦里安Trilogy直线加速器电子枪发射系统以及产生GFIL联锁的原理进行了介绍，并回顾性分析了我院发生的GFIL联锁故障排查过程，以期为维修工程师快速排除GFIL联锁故障提供参考，进一步提高日常维修效率和质量，降低维护成本，减少因此给临床治疗带来的影响。
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