加速器(八)控制和保護(hù)系統(tǒng)

控制和保護(hù)系統(tǒng)醫(yī)用電子直線加速器醫(yī)用電子直線加速器醫(yī)用電子直線加速器醫(yī)用電子直線加速器醫(yī)用電子直線加速器醫(yī)用電子加速器的安全和精確的操作是由醫(yī)用電子加速器控制和聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，控制系統(tǒng)的作用是確保加速器

(1)給出預(yù)選的輻射類型；

(2)給出預(yù)選的輻射能量；

(3)給出預(yù)選的吸收劑量；

(4)按輻射束對(duì)患者的預(yù)選關(guān)系進(jìn)行輻照(例如固定束治療、移動(dòng)束治療、限束裝置等)；

(5)產(chǎn)生的輻射對(duì)患者、操作者、其他人員或周圍環(huán)境不會(huì)造成傷害。一、機(jī)械系統(tǒng)1.可以得到滿足臨床需要的任意大小和任意形狀的輻射束；2.輻射束可以從輻照靶區(qū)表面的任何方向入射；3.能方便地操作機(jī)器和進(jìn)行病人擺位；二、電氣控制系統(tǒng)電源分配高壓調(diào)制低壓控制功能控制運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)檢測(cè)連鎖保護(hù)電源醫(yī)用加速器一般都有一個(gè)電源分配箱，市電進(jìn)入電源分配箱后經(jīng)斷路器、交流接觸器和繼電器根據(jù)需要分配到加速器各個(gè)系統(tǒng)。電源電源低壓電源電源鈦泵電源同步觸發(fā)加速器工作時(shí)，脈沖調(diào)制器、AFC系統(tǒng)、柵控槍電源等需要觸發(fā)脈沖，這些觸發(fā)脈沖必須滿足一定的同步關(guān)系。同步觸發(fā)脈沖456U13B7408外部觸發(fā)A1B2CLR3Q4Q13Cext14RCext15U2A741238910U11C7432R522kC5+5V(210ms)756IC12B75451R18470+5VU13A7408123U12A75451C170.01L+5VTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U1555R1100kR2100R3270V1C3C2+5VLR22470kPRF+5VLA9B10CLR11Q12Q5Cext6RCext7U2B74123R418kC4+5VC1HVONL(10ms)S112S2觸發(fā)脈沖輸出12HVONS1-2S2-1U13-4U13-5S2-2t2t1t3t4t5內(nèi)部觸發(fā)脈沖由555振蕩器產(chǎn)生，可變電阻R1和PRF用來(lái)調(diào)整脈沖重復(fù)頻率；外部觸發(fā)可外接計(jì)算機(jī)或信號(hào)發(fā)生器；選擇開(kāi)關(guān)S1用來(lái)選擇觸發(fā)脈沖來(lái)源，S1置2位選擇內(nèi)部觸發(fā)，選擇開(kāi)關(guān)S2在維修時(shí)可置1位，觸發(fā)脈沖可直接輸出；選擇開(kāi)關(guān)S2一般置2位，治療時(shí)，HVON翻轉(zhuǎn)，上升沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路U2B，U2－12輸出10ms負(fù)脈沖通過(guò)U13A禁止觸發(fā)脈沖通過(guò)，從而避免在脈沖調(diào)制器充電周期使閘流管直通；治療結(jié)束HVON翻轉(zhuǎn)，U2－13輸出210ms正脈沖使U13A維持導(dǎo)通，從而釋放掉脈沖形成網(wǎng)絡(luò)上的剩余能量。

同步觸發(fā)觸發(fā)脈沖時(shí)序圖t1t2t3t4t510μs任意10ms實(shí)際治療時(shí)間210ms運(yùn)動(dòng)控制在加速器中需要驅(qū)動(dòng)的部件主要有：機(jī)架；后指針；束擋塊；實(shí)時(shí)影像裝置；MLC；準(zhǔn)直器；靶；散射箔；均整器；反光鏡；自動(dòng)楔形塊；光闌：對(duì)稱方式：X，Y，非對(duì)稱方式：X1，X2，Y1，Y2；治療床升降；縱向；橫向；治療床公轉(zhuǎn)；磁控管AFC電機(jī)；能量開(kāi)關(guān)。手控器與床控器控制方式繼電器控制

這種電路簡(jiǎn)單可靠，成本低，調(diào)試方便，定位精度低，調(diào)速困難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

分立器件控制

分立器件控制的電動(dòng)機(jī)電路成本低，可靠性稍差一點(diǎn)，保護(hù)功能也不完善。交直流變頻調(diào)速交流變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)供電頻率進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種方法。變頻器可分為電壓型，電流型，PWM（脈沖寬度調(diào)制）型其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高。驅(qū)動(dòng)器專用器件控制的電動(dòng)機(jī)電路（包括專用器件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器和成品驅(qū)動(dòng)器）動(dòng)態(tài)特性好，性能可靠。電路舉例DC24VDC24V低速電源高速電源電機(jī)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器可編程驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)劑量檢測(cè)加速器劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用是顯示輻射的輸出，表示在一組規(guī)定條件下某點(diǎn)的吸收劑量，作為紐帶建立劑量學(xué)基準(zhǔn)及醫(yī)學(xué)照射時(shí)患者所受吸收劑量之間的量值溯源關(guān)系，同時(shí)為醫(yī)用加速器提供控制信號(hào)。加速器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將加速器X或電子輻射應(yīng)用于放射治療的基礎(chǔ)之一，是放射治療標(biāo)準(zhǔn)化的重要環(huán)節(jié)。劑量檢測(cè)系統(tǒng)主要包括：電離室、直流高壓電源（一般為負(fù)幾百伏）、信號(hào)檢測(cè)電路等主要作用：電離室提供了表征輻射線強(qiáng)度的信號(hào)檢測(cè)電路將電離室信號(hào)轉(zhuǎn)換成吸收劑量脈沖信號(hào)。直流高壓電源為電離室提供了工作電源（坪區(qū)工作電壓）。根據(jù)安全性要求，醫(yī)用電子直線加速器必須配備兩個(gè)獨(dú)立的劑量通道和一個(gè)時(shí)間保護(hù)通道。電離室工作原理當(dāng)射線穿過(guò)電離室時(shí)與其中的氣體分子相互作用發(fā)生電離，正離子被吸向參考電極，電子則吸向信號(hào)電極，所以信號(hào)電極實(shí)際上變成一個(gè)恒流源，在脈沖期間產(chǎn)生與射線強(qiáng)度成正比的輸出。電離室輸出信號(hào)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)是脈沖電流源，脈寬窄(約4μS左右)，重復(fù)頻率大約在30~280Hz之間，占空比小(最大只有千分之一左右)；電流強(qiáng)度弱，脈沖值在10-5A，平均值在10-7A~10-8A數(shù)量級(jí)；信號(hào)源阻抗高。劑量積分板放大后的信號(hào)劑量顯示安全聯(lián)鎖聯(lián)鎖信號(hào)的分類主要聯(lián)鎖不及時(shí)修復(fù)能造成機(jī)器永久損壞的故障；劑量聯(lián)鎖影響機(jī)器輸出和測(cè)量劑量能力的故障；次要聯(lián)鎖指你可以很平常地修正的系統(tǒng)狀況。安全聯(lián)鎖聯(lián)鎖名稱故障原因電離室電源電壓電離室電源電壓超出預(yù)定值的誤差范圍。偏轉(zhuǎn)磁鐵偏轉(zhuǎn)磁鐵勵(lì)磁線圈電流超出預(yù)定值誤差范圍。劑量率劑量率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的讀數(shù)為正常治療距離處每相繼時(shí)間間隔為小于5s內(nèi)取平均之后的讀數(shù)，必須設(shè)置一欠劑量率聯(lián)鎖，若讀數(shù)比預(yù)期的劑量率相差的量值為廠家在隨機(jī)文件中規(guī)定的值時(shí)，該聯(lián)鎖使輻照終止。在輻照的最初10s內(nèi)劑量率讀數(shù)可以與其后的值有所不同。累積劑量同步表示第一道累積劑量和第二道累積劑量之間的誤差超出規(guī)定范圍。單脈沖劑量一個(gè)單個(gè)的劑量脈沖超出默認(rèn)值。對(duì)稱性均整性或?qū)ΨQ性超出規(guī)定范圍。旋轉(zhuǎn)治療旋轉(zhuǎn)治療時(shí)，機(jī)架起始角度與實(shí)際角度不一致。在旋轉(zhuǎn)治療中，劑量、角度和每度劑量不匹配；處于移動(dòng)束治療中的設(shè)備運(yùn)動(dòng)沒(méi)有按需要起動(dòng)或停止；在任何15°的弧內(nèi)給出的劑量數(shù)偏離規(guī)定值20％以上；累積劑量和旋轉(zhuǎn)角度超出計(jì)算劑量率的誤差范圍。安全聯(lián)鎖聯(lián)鎖名稱故障原因旋轉(zhuǎn)角度在移動(dòng)束治療中，機(jī)架角度超出所選范圍5時(shí)。機(jī)架速度在移動(dòng)束治療中，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度超出正常范圍。非正常終止輻照的終止不是因劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)作所致，在控制臺(tái)處會(huì)同時(shí)給出一專門(mén)的顯示，指出終止輻照的原因；該聯(lián)鎖的清除必須在控制臺(tái)處用一指定的鑰匙操作；門(mén)治療室門(mén)尚未關(guān)閉，或者其它與治療室門(mén)開(kāi)關(guān)串連的開(kāi)關(guān)（如：機(jī)柜門(mén)開(kāi)關(guān)）未閉合。鑰匙出束使能鑰匙開(kāi)關(guān)在“禁止”位置；到位治療頭散射箔、均整器、反光鏡等部件不到位。附件附件定位錯(cuò)誤。治療室內(nèi)所做的選擇操作與控制臺(tái)處所做的選擇操作不相符。移位處于固定束治療中的設(shè)備發(fā)生運(yùn)動(dòng)；手控器手控器運(yùn)動(dòng)使能按鈕未釋放；驅(qū)動(dòng)器機(jī)架旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作不正常；高壓開(kāi)關(guān)主配電箱上的高壓開(kāi)關(guān)未合上；安全聯(lián)鎖聯(lián)鎖名稱故障原因水流量聯(lián)鎖水流量故障；水系統(tǒng)聯(lián)鎖水質(zhì)、水位、水壓、水溫等不正常。燈絲電壓磁控管、加速管、速調(diào)管、閘流管等燈絲電壓超出允許范圍；燈絲電流磁控管、加速管、速調(diào)管、閘流管等燈絲電流超出允許范圍；燈絲延時(shí)燈絲處于預(yù)熱延時(shí)狀態(tài)；真空電源電壓加速管真空電源電壓超出允許范圍。真空電源電流真空泵電流大于設(shè)定值；此時(shí)加速管真空度偏低。高壓過(guò)流調(diào)制器高壓過(guò)流;反峰調(diào)制器反峰聯(lián)鎖；氣壓波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)絕緣氣壓不正常；電源電源輸入不正常。低壓電源電源電壓輸出不正常；位置電位器基準(zhǔn)電壓波動(dòng)超過(guò)規(guī)定范圍；當(dāng)管路中冷卻水停止流動(dòng)或水流量不足額定值時(shí)，水流量聯(lián)鎖電路發(fā)出相應(yīng)故障信號(hào)。渦輪流量傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，其頻率與水流量大小成近似線性關(guān)系。水流量聯(lián)鎖電路舉例0V12G4+12V3L1U6ACR9CR5TGNDR9R10CR5DS1CR1+12VTGNDR32+12VCR6CR7CR8LM2917JC7R4C81211912345810F/VU2R8C9R7R6R5+12VTGNDTGNDTGNDTP1C5R1C6321411U1AR3R2TGNDTGND+12V-12VFLOW1FLOW1SHLD1287DS5R33C25AGND-12VON去控制臺(tái)脈沖信號(hào)經(jīng)運(yùn)放驅(qū)動(dòng)，然后在U2進(jìn)行F/V轉(zhuǎn)換，U2是帶高增益運(yùn)放和比較器F/V轉(zhuǎn)換電路，參考電位器R7用來(lái)設(shè)置聯(lián)鎖動(dòng)作點(diǎn)，水流量不足額定值時(shí)，會(huì)使開(kāi)關(guān)三極管CR1導(dǎo)通，將通過(guò)光耦U6使送到控制臺(tái)的水流故障信號(hào)由-12V變?yōu)?V，程序判斷后將切斷高壓。任一路水流量不足額定值時(shí)，都會(huì)使開(kāi)關(guān)三極管CR1—4中相應(yīng)的一個(gè)導(dǎo)通，使水流故障信號(hào)送到控制臺(tái)，程序判斷后將切斷高壓。聯(lián)鎖的檢測(cè)開(kāi)機(jī)時(shí)聯(lián)鎖復(fù)位，