螺旋斷層放療系統(tǒng)故障介紹及原因分析

黎 靜，張晉建，文 婷，李志強(qiáng)，侯友賢，賈峻嵩，鐘 毓，陳 靜，王 彥，徐艷紅

螺旋斷層放療系統(tǒng)故障介紹及原因分析

黎 靜，張晉建，文 婷，李志強(qiáng)，侯友賢，賈峻嵩，鐘 毓，陳 靜，王 彥，徐艷紅

目的：統(tǒng)計(jì)分析螺旋斷層放療系統(tǒng)的常見故障及原因，為及時(shí)維修、縮短停機(jī)時(shí)間提供依據(jù)。方法：對(duì)某院螺旋斷層放療系統(tǒng)21個(gè)月的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，得到機(jī)器出現(xiàn)的故障次數(shù)、常見故障部件的平均壽命及故障原因。結(jié)果：21個(gè)月內(nèi)，機(jī)器共出現(xiàn)38次故障，停機(jī)53 d，開機(jī)率為91.7%。其中，磁控管故障18次（47%），MLC驗(yàn)證板7次（18.4%），靶6次（15.8%），加速管2次（5.3%），其他部件共計(jì)5次（13.5%）。靶的平均壽命為出束時(shí)間600 h，MLC驗(yàn)證板的平均壽命為出束時(shí)間458 h。故障出現(xiàn)的原因與出束時(shí)間和機(jī)房環(huán)境有很大關(guān)系。結(jié)論：螺旋斷層放療系統(tǒng)開機(jī)率稍低；常見故障部件壽命與出束時(shí)間成反比關(guān)系，溫度和濕度過高會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)行；總結(jié)故障規(guī)律，提前申請(qǐng)部件，可以縮短停機(jī)時(shí)間。

螺旋斷層放療系統(tǒng)；停機(jī)時(shí)間；平均壽命；出束時(shí)間

0 引言

螺旋斷層放療系統(tǒng)（TomoTherapy Hi·Art，以下簡(jiǎn)稱Hi·Art）是目前最先進(jìn)的放療設(shè)備之一，其集調(diào)強(qiáng)放療、圖像引導(dǎo)放療、劑量引導(dǎo)放療和自適應(yīng)放療技術(shù)于一身，具有靶區(qū)劑量均勻性好、適形度高、副反應(yīng)小的優(yōu)點(diǎn)[1]。全國(guó)現(xiàn)有9臺(tái)Hi·Art投入臨床使用，我院于2011年6月開展了螺旋斷層放療技術(shù)，至今共治療患者900余人。針對(duì)Hi·Art在中國(guó)裝機(jī)數(shù)量不多，使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，本文統(tǒng)計(jì)了2011年6月1日至2013年2月28日期間我院Hi·Art的故障情況，得到常見故障部件的平均使用壽命，并分析了故障的主要原因。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 Hi·Art結(jié)構(gòu)

Hi·Art結(jié)構(gòu)如圖1所示。將6MV加速器集成在CT滑環(huán)機(jī)架上，其主要部件包括加速管、電子注入系統(tǒng)、磁控管、微波傳輸系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、電源分配系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等（如圖2所示）。

圖1 TomoTherapy Hi·Art結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

Hi·Art的工作流程：由球管陰極燈絲發(fā)射的電子，在電場(chǎng)的作用下進(jìn)入由磁控管提供微波功率源的波導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行加速，加速后的電子經(jīng)波導(dǎo)窗引出轟擊靶，產(chǎn)生能量為6MV的X線。X線經(jīng)過準(zhǔn)直器準(zhǔn)直和MLC調(diào)制后，適形地對(duì)腫瘤進(jìn)行360°的螺旋斷層放射治療。

圖2 Hi·Art主要部件

2 故障情況介紹

統(tǒng)計(jì)Hi·Art從2011年6月1日至2013年2月28日期間的故障情況見表1。其中，故障次數(shù)是指需要停機(jī)維護(hù)或更換部件的次數(shù)，對(duì)于由操作不當(dāng)或駐場(chǎng)工程師能在2 h內(nèi)解決的小故障不在統(tǒng)計(jì)范圍之內(nèi)；停機(jī)時(shí)間是指機(jī)器由于維修而不能用于臨床治療的時(shí)間；開機(jī)率是指某臺(tái)醫(yī)學(xué)裝備在某段時(shí)間內(nèi)，能夠正常開機(jī)使用的時(shí)間段與該時(shí)間段的比值[2]。

表1 Hi·Art故障情況統(tǒng)計(jì)（2011.6.1—2013.2.28）

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知：21個(gè)月中，Hi·Art有38次故障。其中，磁控管占總故障次數(shù)比例最高，其次為MLC驗(yàn)證板、靶、加速管等。停機(jī)時(shí)間53 d，開機(jī)率91．7%，小于95%，開機(jī)率稍低[2-4]。

3 常見故障原因分析

Hi·Art常見的故障部件包括：磁控管、靶、MLC驗(yàn)證板、加速管等。醫(yī)療設(shè)備發(fā)生故障的原因多種多樣，既與機(jī)器本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件制造工藝有關(guān)，還與使用時(shí)間、使用頻率、操作技術(shù)、保養(yǎng)維護(hù)水平及使用環(huán)境等多種因素有關(guān)。本文主要探究Hi·Art常見故障與使用時(shí)間和機(jī)房環(huán)境的關(guān)系。

3.1 出束時(shí)間對(duì)部件的壽命有較大影響

出束時(shí)間（beam-on time）是指機(jī)器產(chǎn)生高壓及至X線終止的時(shí)間，單位為出束小時(shí)。使用壽命與出束時(shí)間密切相關(guān)的部件包括靶、磁控管和MLC驗(yàn)證板等。

3.1.1 靶

靶是產(chǎn)生X線的重要部件之一。Hi·Art的靶為旋轉(zhuǎn)靶，靠水流推動(dòng)旋轉(zhuǎn)，水流同時(shí)還起到冷卻的作用。Hi·Art的靶使用壽命為3～4個(gè)月，平均壽命為600出束小時(shí)，其換靶頻率與常規(guī)加速器數(shù)年一次的換靶頻率相比要高得多[3-4]。Hi·Art靶的高故障率與其高工作強(qiáng)度密切相關(guān)，原因如下：（1）Hi·Art是360°螺旋照射，照射角度比常規(guī)加速器（通常為3～9個(gè)角度）的照射角度多，輸出劑量高。（2）Hi·Art的治療范圍廣，最大射野為160 cm×40 cm，能持續(xù)進(jìn)床治療全身多個(gè)靶點(diǎn)的腫瘤，而常規(guī)加速器的最大射野為40 cm×40 cm，治療范圍及靶點(diǎn)數(shù)都比較小。（3）常規(guī)加速器的輸出劑量率一般為200～600 cGy/min，而Hi·Art的輸出劑量率高達(dá)885 cGy/min[5]。以上原因造成了Hi·Art靶的工作強(qiáng)度比常規(guī)加速器的大，因而更換的頻率更高。

3.1.2 磁控管

磁控管為加速管提供足夠大的射頻能量以建立加速場(chǎng)，使電子在轟擊靶之前獲得足夠的動(dòng)能。Hi· Art磁控管內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜精細(xì)，其工作狀態(tài)直接影響到輸出劑量率的穩(wěn)定[6]。為了滿足長(zhǎng)時(shí)間、高劑量率和均勻的出束要求，Hi·Art的磁控管工作負(fù)荷較常規(guī)加速器的要大，因此更換的頻率也較高[3]。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可知：前7次更換的磁控管，壽命較短，出束時(shí)間平均為145 h，而第8次以后，由于工程師使用了更先進(jìn)的磁控管訓(xùn)練方法，顯著地延長(zhǎng)了磁控管的使用壽命，出束時(shí)間超過800 h以上，直到磁控管陰極燈絲的狀態(tài)無法滿足治療要求才進(jìn)行更換如圖3所示。

圖3 常見故障部件與出束時(shí)間的關(guān)系

3.1.3 MLC驗(yàn)證板

MLC驗(yàn)證板由前后2塊組成，分別驗(yàn)證前后MLC葉片的到位精度，是精確放療的重要保證。驗(yàn)證板內(nèi)有光耦器件，受射線輻射后易損，其壽命基本由出束時(shí)間決定。MLC驗(yàn)證板的使用壽命曲線比較平穩(wěn)，出束時(shí)間平均是458 h（如圖3所示）。

3.2 溫度和濕度影響機(jī)器的正常運(yùn)行

溫度和濕度影響機(jī)器部件的使用壽命已在多篇文獻(xiàn)有過報(bào)道[6]。室溫的升高會(huì)引起磁控管、加速管膨脹，造成管尺度發(fā)生變化，導(dǎo)致管工作頻率發(fā)生變動(dòng)，進(jìn)而影響磁控管、加速管的正常工作。Hi·Art磁控管每季度故障次數(shù)與當(dāng)季室溫的關(guān)系如圖4所示。將每個(gè)月的平均室溫和故障次數(shù)使用Spearman秩相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示：r=0．339，P=0．133（P＞0．05），差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此不能確定室溫與故障次數(shù)存在相關(guān)關(guān)系。而這可能與樣本量不足有關(guān)。從故障數(shù)據(jù)的分析中發(fā)現(xiàn)：在磁控管7個(gè)季度的18次故障中，平均每個(gè)季度故障2．57次，而在室溫大于20℃的4個(gè)季度中，每個(gè)季度平均故障次數(shù)為3次。室溫高于20℃的平均故障次數(shù)要高于室溫低于20℃平均故障次數(shù)。

圖4 Hi·Art磁控管每季度故障次數(shù)與室溫的關(guān)系

室溫對(duì)Hi·Art的正常運(yùn)行也有影響。Hi·Art是通過蒸餾水循環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冷卻，保證工作水溫恒定在38～40℃。當(dāng)機(jī)器持續(xù)出束，水溫升高，超過42℃時(shí)，機(jī)器的故障頻率增加。當(dāng)機(jī)房室溫超過23℃時(shí)，機(jī)器水溫將快速達(dá)到42℃，此時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)終止出束，直至機(jī)器冷卻到規(guī)定的工作溫度后才恢復(fù)正常治療。合適的機(jī)房溫度有助于保證機(jī)器工作在適宜的溫度下，減少因溫度過高而造成機(jī)器故障的情況。

高濕度容易導(dǎo)致電路板打火，造成部件的損壞[7]。Hi·Art的MLC工作時(shí)，通過高壓氣體推動(dòng)實(shí)現(xiàn)MLC葉片快速的開閉。該高壓氣體由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生，經(jīng)過干冷機(jī)的干燥和冷卻，再由管道輸送到MLC控制端口進(jìn)行MLC的開閉控制。由于廣州春天濕度非常高，空氣濕度甚至可以達(dá)到100%。如果沒定時(shí)對(duì)干冷機(jī)的濾網(wǎng)進(jìn)行更換而堵塞，將會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)排水功能受阻，造成干冷機(jī)輸出高濕度的空氣，大量的水分進(jìn)入MLC的控制端口直接損壞MLC的相關(guān)部件。

4 結(jié)語

我院螺旋斷層放療中心21個(gè)月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：Hi·Art有53 d處于停機(jī)維修狀態(tài)，開機(jī)率為91．7%，開機(jī)率稍低。

（1）開機(jī)率稍低與Hi·Art采用螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放射治療原理有關(guān)。在治療時(shí)，球管圍繞腫瘤進(jìn)行360°螺旋照射，出束時(shí)間較長(zhǎng)，部件工作負(fù)荷較高，因此，為了提高開機(jī)率，首先，通過改進(jìn)相關(guān)部件的工藝和質(zhì)量，提高部件的壽命。從我中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及結(jié)果可知：靶的平均壽命為出束時(shí)間600 h，MLC驗(yàn)證板的平均壽命為出束時(shí)間458 h。如果部件的使用壽命提高，更換頻率下降，開機(jī)率會(huì)得到相應(yīng)的提高。其次，通過改進(jìn)部件的訓(xùn)練方法來延長(zhǎng)部件的使用壽命。磁控管在打火之后通過更先進(jìn)的訓(xùn)練方法可以將使用壽命從平均145 h提高到800 h以上。

（2）開機(jī)率稍低也與配件運(yùn)輸時(shí)間有關(guān)。Hi·Art在中國(guó)只有北京一個(gè)售后服務(wù)機(jī)構(gòu)，配件運(yùn)送至醫(yī)院會(huì)耽誤1 d時(shí)間?？梢?，總結(jié)好故障規(guī)律，提前申請(qǐng)配件，減少運(yùn)輸時(shí)間，即可縮短停機(jī)時(shí)間。這些常見故障部件的故障規(guī)律也引起了北京售后服務(wù)機(jī)構(gòu)的重視，對(duì)于磁控管、靶、MLC驗(yàn)證板等常見的故障部件在使用預(yù)期壽命之前就已經(jīng)申請(qǐng)備件，以縮短配件的配送時(shí)間從而縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間。2013年3月至6月的停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，提前申請(qǐng)配件可以減少近2/3的停機(jī)時(shí)間，使開機(jī)率提高到97．2%。

螺旋斷層放療系統(tǒng)的發(fā)明，是放療技術(shù)的一次偉大革命，其貢獻(xiàn)可類比于X線機(jī)到CT機(jī)的飛躍，但同時(shí)也存在機(jī)器開機(jī)率稍低的問題。這需要科室和售后服務(wù)機(jī)構(gòu)共同努力、相互協(xié)作、揚(yáng)長(zhǎng)避短，讓Hi·Art更好地服務(wù)于臨床，造?；颊?。

[1] 徐壽平．螺旋斷層放療系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29（12）：100-102．

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（收稿：2013-05-20 修回：2013-12-22）

Failures and reasons analyses of helical tomotherapy system

LIJing,ZHANG Jin-jian,WEN Ting,LIZhi-qiang,HOU You-xian, JIA Jun-song,ZHONG Yu,CHEN Jing,WANG Yan,XU Yan-hong
（Center for Helical Tomotherapy,Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Area Command,Guangzhou 510010,China）

Objective To analyze the common failures and reasons for the helical tomotherapy system for timely maintenance and reduced downtime.M ethods The failure data of the helical tomotherapy system in some hospital in the past 21 monthswere analyzed for the failure number,mean life of the common faulty components and the reasons for the failures.Results In the 21 months,there were 38 failures and 58 days downtime,with the operation rate of 91.7%.In the 38 failures,there were 18 ones in magnetron(47%),7 ones in MLC verification board(18.4%),6 ones in target(15.8%), 2 ones in accelerating tube(5.3%)and 5 ones in other components (13.5%).The mean life of the target was 600 h of beam-on time,and themean life of MLC verification board was 458 h of beam-on time.The failures usually were related to the beam-on time and the environment of machine room.Conclusion The operation rate of the helical tomotherapy system is slightly low;the service life of common faulty components is in inverse proportion to the beam-on time;high temperature and humidity may influence the operating of the machine;summarizing the rule of failures and applying the components at advancemay reduce the downtime.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（6）：119-121]

helical tomotherapy system;downtime;mean service life;beam-on time

R318；TH774

A

1003-8868（2014）06-0119-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.06.119

黎 靜（1966—），男，博士，教授，主任醫(yī)師，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事腫瘤放射治療方面的研究工作，E-mail：jameslijing@163.com。

510010廣州，廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院電螺旋斷層放療中心（黎 靜，張晉建，文 婷，李志強(qiáng)，侯友賢，賈峻嵩，鐘 毓，陳 靜，王 彥，徐艷紅）