医科达Synergy医用直线加速器控制软件的工作原理与实际应用
医用直线加速器的结构与原理
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医科达Synergy医用直线加速器多叶光栅故障及检修
医用直线加速器是生物医学领域的一种用来对肿瘤细胞进行放射治疗的粒子加速装置。
该设备的核心原理是用人工方法借助不同形态的电场，在电磁装置中将各种不同种类的带电粒子加速，从而得到更高的能量 [1]。
我院2011年安装了一台瑞典医科达（Elekta）公司研发生产的Synergy型直线加速器。
该设备中的多叶光栅（multive leaf collimator，MLC），也可称为多叶准直器MLC系统，是保证高精度调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）得以实现的关键[2]。
此加速器采用的是医科达MLCi（一代）型多叶光栅系统，由40对，80片钨铅合医科达Synergy医用直线加速器多叶光栅故障及检修罗宇浙江省肿瘤医院设备科 （浙江杭州 310022） 〔关键词〕医用直线加速器；多叶光栅；检修 〔中图分类号〕R197.39 〔文献标识码〕B 〔文章编号〕1002-2376（2019）13-0127-02收稿日期：2019-04-19·使用与维修·3 常见故障及处理3.1 故障一故障现象：开机后，打开软件，报错“找不到采集卡”，见图2。
处理方法：（1）拆开主机，取下采集卡，用橡皮擦拭后重新接上，测量连接线均无短、断接情况，装机后再次开机故障依旧；（2）通过U盘启动老毛桃引导Win7系统进入PE界面，将存在问题的现有系统通过C盘备份，重新安装Win7 32位系统，再依次安装DVIS-C电子阴道镜数字成像系统4.0软件、软件数据库、密码狗驱动、采集卡驱动、视频压缩软件，安装数据库过程中一直报错，见图3，最终怀疑采集卡损坏；（3）因产品更新换代，厂家建议更换USB接口的MINE Vcap2860视频采集卡，重复步骤2安装，重启后报错消失，测试设备运行正常。
图2 软件报错 图3 数据库报错3.2 故障二故障现象：开机后发现电脑时间变为初始时间，同时软件打开后提示“数据库连接失败”。
医科达INFINITY_直线加速器机架旋转系统简析
小一字螺丝刀电机拆卸 图2 大一点的螺丝刀电机拆卸
图3 电机拨开示意图 图4 四个碳刷对应点
电位器读数反馈部分
医科达INFINITY直线加速器采用的是三电位器反馈系统，3个电位器分别为coarse（20K,10T黑色电位器）、fine（20K,1T蓝色电位器）和check（20K,10T 黑色电位器），3个电位器的组合，保证了机架角度精
0.01度。
当电位器有故障时，旋转机架，加速器
GANTRY联锁。
当无法简单区分哪个电位器有故障时，可以借助INFINITY软件系统的强大的Service Graphing功能来判断。
电位器更换时，一般将机架旋转0度，黑色电位器设置在5V，蓝色电位器可设置
化工水处理设备安装设计的探讨。
医科达Synergy医用电子直线加速器CON A故障分析与维修
引言医科达Synergy医用电子直线加速器是国际上最先进的全数字化医用加速器，控制软件实时控制、监测并显示各项参数。
它最大的特点是能量选择灵活可调，具有低中高三档X射线能量和九档电子线能量可供选择；配备了40对MLC多叶光栅和iViewGT影像验证系统。
该设备具有快速治疗、自动摆位、调强治疗、影像验证等功能，可开展常规放疗、适形放疗、静态和动态调强放疗、图像引导调强放疗等，广泛应用于全身各个部位的肿瘤放射治疗[1-3]。
我院于2011年引进了一台医科达Synergy双光子医用电子直线加速器，用于肿瘤患者的放射治疗。
多年来，该设备性能稳定，故障率低，在为安庆本地及周边县市肿瘤患者带来了福音的同时，也为我院放疗事业的发展做出了重大贡献[4]。
1 设备原理医科达Synergy医用电子直线加速器主要由旋转机架、机架支撑底座、治疗床、控制柜和操作控制台等组成，其中高压系统、射频系统、冷却系统、辐射治疗头等均位于旋转机架上[5-6]。
医科达Synergy医用电子直线加速器的系统结构图[7]，见图1。
脉冲调制器从外部电源获得能量，并转换为脉冲宽度为几微秒、电压为几十千伏的负高压脉冲，该负高压脉冲被同时加到磁控管和电子枪[8-9]。
磁控管获得脉冲负高压后，腔内发生谐振，产生高功率微波。
经波导管，高功率微波被送入加速管[10]。
与此同时，电子枪中的电子经阳极和阴极间脉冲负高压的作用进入加速管，在加速管内，电子束被高功率微波加速到所需的能量。
获得了高能的电子束经过偏转磁铁偏转，直接引出（电子束治疗）或打靶（X射线治疗）[11]。
直接引出的电子束或打靶产生的X射线在辐射治疗头中被均整、扩散和准直，形成治疗用的照射野，用于肿瘤的放射治疗[12]。
医科达Synergy医用电子直线加速器CON A故障分析与维修张灿海军安庆医院放射治疗技术部，安徽安庆 246001[摘 要] 目的 本文通过分析医科达Synergy医用电子直线加速器主接触器CON A的联锁电路，说明主接触器CON A的吸合条件，介绍导致MAIN CON A联锁故障的可能原因及诊断方法，为维修工程师提供借鉴经验。
加速器原理-医用直线加速器的应用
a）X射线辐射系统 b）电子射线辐射系统 A-限束器 C-准直器 F-散射箔 I-电离室 J-光阑 M-反射镜 P-均整块 T-靶 W-楔形过滤器
图8.4 辐射系统结构示意图
靶——加速电子打靶后产生X射线。
均整块——使辐射野内的X射线剂量分布均匀。
散射靶——使从加速系统来的集束的电子射线在 一定辐射野内均匀散开。
4. 机架及治疗床运动系统
现代医用电子直线加速器采用等中心原则 的运动系统，即机架、辐射头及治疗床三者的 旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中 心误差在±2mm以内。
5. 电气控制系统
电气控制系统由以下几部分组成：
(1) 各种电源。
(2) 连锁保护：包括水流、水温、水压、高 压过载、微波功率源打火等各种保护。
W-波导窗
图8.3 医用电子直线加速器加速系统
1，加速系统
(1) 加速管 加速管由电子枪、加速结构、引出系
统、离子泵组成。电子枪产生供加速的电 子，其阴极被加热后产生热发射电子，在 阴极和阳极间的高压电场作用下，以一定 的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速 结构。
加速结构有行波和驻波两种加速结 构，是对电子进行加速的核心器件。微 波功率经耦合波导馈入后，在其中产生 行波或驻波电磁场。驻波结构可以在同 样长度上比行波获得更高的能量增益。 引出系统的作用是将电子束引出，分为 直束式和偏转式两种，低能机的加速管 较短，大多采用直束式，中、高能机的 加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏 转式引出系统。离子泵用以吸收气体，
电子射线能量范 围及能量分档
应用范围
无
深部肿瘤
5~15MeV，3~5 大部分深部肿瘤、
档
部分表浅肿瘤
5~25MeV，5~8 档
医科达直线加速器Synergy日常使用中的检修案例
31中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.02 （下）目前肿瘤治疗的三大手段：外科手术、内科化疗、放疗。
直线加速器是重要的放疗设备，属于较复杂的大型医疗设备，涉及到诸多学科和技术，不论是行波医用电子直线加速器，还是驻波医用电子直线加速器，不论是低能医用电子直线加速器，还是中高能医用电子直线加速器，其结构都复杂。
其主要由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子枪、束流系统、真空系统、恒温水冷却系统、电源及控制系统、照射头、治疗床等组成。
我院医科达直线加速器Synergy 属于调强放疗中的高端设备中的一款，兼容了3D 、IMRT、DMLC 和Vmart 照射技术，Vmart 治疗技术是对IMRT 调强放疗技术的重要发展，从单因素调强进化到多因素容积调强，达到了“快、准、优”的治疗目的。
我院计划主要采用Vmart 治疗技术方式，计划执行依靠多叶准直器形成不规则的治疗野界定治疗范围，调整剂量强度，治疗中叶片走动和出束同时进行，准确的打击肿瘤部位，有效的保护正常器官，缩短治疗时间，提高治疗的效率。
叶片运动准确性，不仅影响治疗效果，还直接决定是否开机正常治疗。
多叶准直器的运动质控是调强治疗的前提，叶片MLC 的卡死等故障也是常见的故障。
文章介绍我院医科达直线加速器Synergy 的多叶准直器的构成原理常见故障处理和使用中突发外界因素引起叶卡片死的检修案列。
1 多叶准直器系统1.1 构成软件部分，电路控制部分和传输部分，叶片40对，马达驱动板，丝杆，马达电机，光学部分（反光点、摄像机、灯光源、反光镜）。
1.2 原理加速器主机系统从Mosaiq 中获取执行指令后，通过电路和传输部分，将信号传输给马达驱动板，驱使马达电机运动，带动多叶准直器按计划设计运动走形，摄像机采集获取叶片上反光点的信息，将采集到的运动走形信息反馈到控制系统的数字图像控制板，系统进行实际数据信息和计划数据的比对确认无误后，进行治疗。
医用直线加速器原理【放射治疗科】 ppt课件
的电子，经 L 距离后，获得的能量为
医学物理
行波加速管结构
•前端束流孔径由大变小，盘片间距由小变大－聚束段 •后面的束流孔径、盘片间距保持不变－光速段
医学物理
微波电场加速电子
+
++
谐振腔 TM010模
医学物理
•微波频率为3GHz，即电场在 1s内，方向变化30亿次
T 0.5C
医学物理
• 日本三菱公司ML-4M医用驻波电子直线加速器的频率特性曲线
束流偏转系统
医学物理
束流传输系统
• 束流传输系统的主要组成:[电子枪] ，聚焦线圈，导向线圈， 偏转系统（90°偏转，270°偏转）， [靶（电子窗）]
医学物理
导向线圈的位置及结构
医学物理
• 90º偏转
偏转方案
• 其它
– 返波管 – 行波管 – 回旋管
医学物理
微波产生
医学物理
磁控管的基本构造及工作原理
医学物理
多腔磁控管的基本构造
医学物理
•能量输出装置
医学物理
磁钢
医学物理
•调频机构 •冷却
医学物理
多腔磁控管的基本工作原理
几个重要概念：
•临界状态 •π型振荡 •同步条件
r m0v eH
2n (n 0,1,2,......) N
医学物理
相位移动
由于粒子质量相对论增长，导致粒子的回旋周 期增大，从而粒子所在的加速相位移动。
Tc=Trf Tc>Trf Tc<Trf
V(f )=Vacos(f )
V(f )=Vacos(f )
医学物理
医科达Synergy-S加速器多叶准直器剂量学研究
医科达Synergy-S加速器多叶准直器剂量学研究李军;张西志;张先稳;桂龙刚;孙新臣;李金凯【摘要】Objective: To measure the leak dose and transmission dose of new type of multi-leaf collimator(MLC) of ELEKTA Synergy-S medical linear accelerator, and analyze the reasons for leak dose and transmission dose. Methods:PTW UNIDOS dosimeter and MP3 3D water tank were applied to measure leak of X-ray at inter-leaf and leaf-face of BeamModulator MLC of Synergy-S accelerator at in-water, in-air and RW3 solid phantom, respectively. Besides, the change of leak with the change of energy and rack angle also were measured. Results: Energy has a few influence for the leak of inter-leaf, while its influence was lesser for transmission dose of leaf-face. And the gravity and movement of MLC have a few influence on the transmission dose at inter-leaf. Besides, the leak rate of two detection points on the direction of off-axis was very low, and it has a trend that leak rate was decrease with the increasing of distance away from off-axis. Conclusion: With application of IMRT and VMAT, the requirement for MLC transmission also is more and more higher because machine unit of single time is very high in the using of IMRT technique on descent field or field in field. Because the existed transmission ray at inter-leaf, the machine head should be rotated according to actual situation when the radiotherapy plan is optimized, and lead door should be applied to shield important risk organ and normal tissue again so as to reduce the risk of radiation.%目的:测量Synergy-S医用直线加速器新型多叶准直器(MLC)的漏射和透射剂量,分析漏射和透射剂量产生的原因.方法:应用PTW UNIDOS剂量仪和MP3三维水箱,分别在水中、空气中以及RW3固体水模中测量Synergy-S加速器内置的BeamModulator型MLC叶片间和叶片端面的X射线漏射,以及漏射随射线能量和机架角度的变化.结果:能量对叶片间漏射稍有影响,对叶片端面透射剂量影响较小,重力和MLC的运动对叶片间透射影响较小,偏轴方向两测量点漏射率很低,且有随离轴距离越远漏射呈降低趋势.结论:随着调强放射治疗以及旋转弧形调强放射治疗技术的应用,由于使用子野或野中野调强放射治疗技术,单次照射的机器输出跳数很高,对MLC的透射要求越来越高.因其叶片间透射线的存在,在优化放射治疗计划时还应根据情况转动机头,利用铅门再次遮挡重要危及器官和正常组织,以降低辐照风险.【期刊名称】《中国医学装备》【年(卷),期】2018(015)004【总页数】4页(P39-42)【关键词】多叶准直器;漏射;透射剂量;放射治疗;医用直线加速器【作者】李军;张西志;张先稳;桂龙刚;孙新臣;李金凯【作者单位】苏北人民医院放疗科江苏扬州 225001;苏北人民医院放疗科江苏扬州 225001;苏北人民医院放疗科江苏扬州 225001;苏北人民医院放疗科江苏扬州 225001;南京医科大学第一附属医院放疗中心江苏南京 210029;南京医科大学第一附属医院放疗中心江苏南京 210029【正文语种】中文【中图分类】R814.2多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)作为医用直线加速器的重要装置，现已广泛应用于适形及调强放射治疗，以及旋转容积调强放射治疗中。
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中国医疗设备 2019年第34卷 08期 V OL.34 No.0872研究论著RESEARCH WORK医科达Synergy 医用直线加速器控制软件的工作原理与实际应用杨晋，张灿，陈龙，江海海军安庆医院 放射治疗技术部，安徽 安庆 246001引言医科达Synergy 医用直线加速器（以下称医科达加速器）为数字化医用加速器，其具有快速治疗、自动摆位、调强治疗、影像验证等功能，可开展常规放疗、适形放疗、静态和动态调强放疗、图像引导调强放疗等，广泛应用于全身各个部位的恶性肿瘤放射治疗[1-2]。
医科达加速器之所以称得上数字化，是因为其控制软件包含七百多个Item ，用于实时监测和控制各子系统的运行参数和状态；操作者可以通过控制软件里相关的Item 查看机器参数或输入用户指令；当机器出现故障时，控制软件会根据实时监测的信息自动诊断故障，并在显示器上显示错误代码和故障信息。
1 控制系统简介医科达加速器的控制系统主要由控制柜和三个控制区组成，控制柜与控制区之间通过两根1553串行线连接并通讯[3]。
控制柜里包含两台工业计算机：显示处理器和控制处理器。
图1所示为医科达加速器控制系统结构示意图。
显示处理器里运行Integrity 应用程序，为操作者提供图形用户界面（Graphical User Interface ，GUI ）,同时显示处理器连接键盘、鼠标和显示器。
因此，操作者不仅可以通过显示处理器的显示器查看机器参数和故障报错，还能通过显示处理器的鼠标和键盘输入用户指令、修改校准参数。
[摘 要] 本文介绍医科达Synergy 医用直线加速器控制系统的基本结构和控制软件的工作原理，重点介绍控制软件的三类Item 及其Part 的工作原理及实际应用。
首先介绍了医科达Synergy 医用直线加速器的控制系统的基本结构，接着介绍了控制软件里Item 和Part 的定义、分类和工作原理，最后通过分析高功率移相器的运动控制，说明了控制软件里Item 和Part 实际应用。
操作者尤其是物理师和维修工程师应该熟练掌握相应的理论知识，以便在日常的工作中能通过控制软件的相关Item 快速准确地查看故障信息，查找机器运行参数，修改校准参数，分析解决问题等。
[关键词] 医科达加速器；控制系统；控制软件；医用直线加速器Operating Principle and Practical Application of Elekta Synergy Medical Linac Control SoftwareYANG Jin, ZHANG Can, CHEN Long, JIANG HaiDepartment of Radiotherapy Technology, Navy Anqing Hospital, Anqing Anhui 246001, ChinaAbstract: This paper illustrated the basic structure of the control system and the operating principle of the control software of Elekta Synergy medical linac, and especially emphasized the operating principle and practical application of the Items and Parts housed in the control software. Firstly, this paper illustrated the basic structure of the control system of Elekta Synergy medical linac. Next, this article illustrated the definition, category and operating principle of items and parts in the control software. Finally, this article illustrated the practical application of Items and Parts in control software by analyzing the motion control of HP Phase Shifter. The operators, especially the service engineers and medical physicists, should master the relevant theory knowledge using the relevant items during their daily work, which is convenient for finding the error information, searching machine parameters, correcting the calibration parameters, and troubleshooting.Key words: Elekta linac; control system; control software; medical linac [中图分类号] R197.39 [文献标识码] A doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2019.08.016 [文章编号] 1674-1633(2019)08-0072-04收稿日期：2018-12-28修回日期：2019-01-11 作者邮箱：aqpolo@图1 医科达加速器控制系统结构示意图研究论著RESEARCH WORK显示处理器和控制处理器通过超五类网线（CA T-5e）通讯。
控制处理器里运行加速器控制软件。
显示处理器获得用户指令后，通过超五类网线将用户指令传输给控制处理器，控制处理器对用户指令作一系列处理后，输出相关控制指令到各控制区，相应的控制区将接收到的控制指令转换成模拟信号或TTL电平信号，并分配到相应的子系统，控制相应子系统的运行；控制处理器通过接收从各个控制区反馈来的各子系统的运行状态信息（12位数值的数字信号或TTL数字信号），实时监测各子系统的运行状态和参数，同时，控制处理器通过超五类线将监测到的信息传输给显示处理器，因此操作者可以通过显示处理器查看机器的运行状态和参数。
每个控制区由两个独立工作的终端组成，RTU-A和RTU-B（RTU：Remote Terminal Unit），每个RTU终端含有一组印刷电路板（PCB），用于接收和传输来自控制处理器和子系统的模拟信号和数字信号。
控制区的RTU终端与控制处理器之间通过1553总线串行连接，其作用是将来自于控制处理器的控制指令（数字信号）转换成模拟信号或TTL 电平信号，并分配到相应的子系统，控制各子系统的运行；将从子系统反馈回来的模拟信号转换成12位的数字信号，并传送到控制处理器，告诉控制软件机器的运行状态和参数[4]。
表1所示为医科达加速器三个控制区的名称和位置。
表1 医科达加速器控制区名称和位置英文缩写名称位置ICCA接口柜控制区72区RHCA治疗头控制区12区HTCA高电压控制区16区2 控制软件的Item和Part2.1 控制软件的Item控制处理器的控制软件里有七百多个Item。
每个Item 拥有一个唯一的数字编号和名称，可被视为控制软件里的一个子程序，用于实时监测和控制机器上某个硬件的运行状态和参数。
这些被实时监测和控制的硬件为各个子系统的继电器、传感器、开关、电位器、电源等，每个硬件有一个或多个Item与之对应。
比如Item229（高功率移相器位置）就是通过电位器反馈来的电压值，来监测高功率移相器的位置信息。
Item223（内循环水温度）就是通过水温传感器反馈来的电压值，来监测内循环水的温度[5]。
控制软件里的Item分为三类：①接收类Item，用于实时接收被监测的硬件信息；②控制类Item，用于比较实际（监测到的）的有效值和设定的有效值，并输出比较的差值到传递类Item；③传递类Item，用于传递控制指令到控制区的RTU终端，从而驱动相应子系统运行。
2.2 控制软件的Part控制软件里每个Item包含有很多的Part，Part可视作Item的各项参数，用于接收、运算、传输Item的各种信息。
控制软件里每个Part都有一个编号和名称，在不同的Item 里，具有相同编号的Part含义相同，但是取值不一样。
图2所示为部分常用的Part。
操作者可以在维修模式（Service Mode）里，选择Display Machine Item命令后，输入Item编号来查看相关Item 的所有Part及其取值[6]。
2.3 接收类Item的工作原理图3所示为接收类Item的原理图。
被监测硬件（如电位器、继电器、传感器等）输出的模拟信号首先被传输到相应控制区RTU内的AI-12（模拟信号输入-12位数值输出）电路板。
AI-12电路板将接收到的模拟信号转换为12位数值的数字信号后，通过1553串行线将数字信号传输给控制软件里相应的接收类Item。
接受类Item里Part111（原始值）接收来自AI-12电路板的12位数值，称之为原始值。
然而，Part111（原始值）的12位数值没有量纲，需要对其进行一系列的运算处理，转换为操作者可以理解的采用SI国际单位制的数值。
在接收类Item里，Part111（原始值）首先与Part10（偏移校准）相加生成Part 110（有效值）。
Part110（有效值）有两路输出，一路输出到相应的控制类Item，以作进一步的运算处理；另一路则乘以Part11（增益校准）并除以比例系数2048后，生成Part4（实际值）。
Part4为采用SI国际单位制的数值，代表的是被监测的硬件运行参数或状态信息。
操作者可以在维修模式(service mode)查看相关Item的Part4的值，从而知道机器的运行参数或状态，如运动部件的位置信息[7]、电流、电压、水温等。
图2 部分常用的项目成分图3 接收类Item的原理图中国医疗设备 2019年第34卷 08期 V OL.34 No.0873研究论著RESEARCH WORK2.4 控制类Item的工作原理图4所示为控制类Item的原理图。
接收类Item输出的P110被相应的控制类Item的Part110接收后，被传输到数值比较器。
同时，数值比较器会接收P112（设定的有效值），并比较Part110（实际的有效值）与Part112（设定的有效值）的数值后，输出比较的差值到相应的传递类Item。