醫(yī)科達(dá)ComPact電子直線加速器小機(jī)頭外掛多葉光柵
——引發(fā)機(jī)架故障分析和改進(jìn)

鄒平市人民醫(yī)院 (山東 鄒平 256200)

內(nèi)容提要：醫(yī)用電子直線加速器是腫瘤放射治療的一種主要設(shè)備。直線加速器產(chǎn)生的高能X射線通過束流系統(tǒng)、均整器和準(zhǔn)直器形成具有一定大小、規(guī)則的照射野，照射腫瘤靶區(qū)，在臨床腫瘤放射治療中，腫瘤的大小形狀是不規(guī)則的，為了滿足腫瘤治療區(qū)域很高的治愈劑量且周圍正常組織接受很少的損傷劑量目的，在治療時(shí)用鉛檔對形狀規(guī)則的射野進(jìn)行遮擋，形成腫瘤大小、形狀一致的照射野，從而達(dá)到治療腫瘤保護(hù)正常組織的目的。遮擋技術(shù)經(jīng)歷了擋鉛、外置多葉光柵、內(nèi)置多葉光柵的發(fā)展歷程。由于外置光柵大多并非廠家設(shè)計(jì)，外掛光柵會引起設(shè)備的結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致意想不到的故障，特別是與機(jī)頭連接的機(jī)架運(yùn)動方面受影響而引發(fā)故障。

現(xiàn)代，惡性腫瘤的三大治療手段：手術(shù)、化療和放療，其中70%的腫瘤患者需要放射治療，醫(yī)用電子直線加速器是腫瘤放射治療的一種主要設(shè)備。電子直線加速器是利用微波電磁場和加速電子轟擊鎢靶，產(chǎn)生具有直線運(yùn)動軌跡的高能X射線的裝置；電子直線加速器主要有兩種：行波加速方式和駐波加速方式，不論是駐波加速器還是行波加速器，主要核心部件大致相同：加速管（駐波或行波）、微波功率源（磁控管或速調(diào)管）、高壓脈沖調(diào)制器、微波傳輸系統(tǒng)、電子槍、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、恒溫水箱系統(tǒng)、治療床和各種控制系統(tǒng)[1]。直線加速器產(chǎn)生的高能X射線通過束流系統(tǒng)、均整器和準(zhǔn)直器形成具有一定大小、規(guī)則的照射野，通過電離輻射作用于人體，電離輻射的生物效應(yīng)主要是對DNA的損傷，DNA是關(guān)鍵靶。X射線使DNA單鏈或雙鏈發(fā)生斷裂，引起受照射細(xì)胞受到抑制、破壞甚至死亡，從而達(dá)到高能X射線治療腫瘤的目的[2]。在臨床腫瘤放射治療中，腫瘤的大小形狀是不規(guī)則的，為了滿足腫瘤治療區(qū)域很高的治愈劑量且周圍正常組織接受很少的損傷劑量目的，在治療時(shí)用鉛檔對形狀規(guī)則的射野進(jìn)行遮擋，形成腫瘤大小、形狀一致的照射野，從而達(dá)到治療腫瘤保護(hù)正常組織的目的。早先通常用低熔點(diǎn)鉛（熔點(diǎn)70°C左右），在模室內(nèi)通過計(jì)算機(jī)處理影像檢查圖像，形成腫瘤大小、形狀的模具，然后用低熔點(diǎn)鉛澆鑄成照射野的形狀，然后用托盤掛在加速器照射機(jī)頭上，實(shí)現(xiàn)照射腫瘤保護(hù)正常組織和器官的功能。但是由于低熔點(diǎn)鉛合金長期使用具有微毒性，而且使用鉛檔想要達(dá)到遮擋高能X線的作用，需要五個半價(jià)層的檔鉛厚度，非常重不方便，因此后來用鎢合金制成了由多片葉片組成的光柵，通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)驅(qū)動每一片葉片運(yùn)動從而形成腫瘤大小、形狀的照射野，來實(shí)現(xiàn)臨床治療的適形放療（3D-CRT）技術(shù)[3]。如今多葉光柵的發(fā)展已從外置光柵發(fā)展到內(nèi)置。醫(yī)科達(dá)Compact電子直線加速器是醫(yī)科達(dá)北研，于2008在BJ-6B基礎(chǔ)上開發(fā)的，早期產(chǎn)品的治療機(jī)頭沒有內(nèi)置光柵系統(tǒng)，在醫(yī)院臨床治療中都采用外掛第三方的外置多葉光柵來實(shí)現(xiàn)臨床適形放療技術(shù)。本院于2010年購置醫(yī)科達(dá)Compact電子直線加速器，外掛北京大恒外置光柵，由于外置光柵并非廠家設(shè)計(jì)，外掛光柵會引起設(shè)備的結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致意想不到的故障，特別是與機(jī)頭連接的機(jī)架運(yùn)動方面受影響而引發(fā)故障。

圖1.機(jī)架運(yùn)動原理圖

表1.變頻器故障代碼

1.醫(yī)科達(dá)Compact電子直線加速器的機(jī)架組成和運(yùn)動原理

醫(yī)科達(dá)Compact直線加速器機(jī)架設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)的支臂圍繞固定支架軸做等中心旋轉(zhuǎn)。組成部件：旋轉(zhuǎn)支臂、固定機(jī)座、小機(jī)頭、配重、齒輪箱、機(jī)架電機(jī)、電機(jī)變頻器、機(jī)架旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。首先在手控盒（HHC）用運(yùn)動控制（FONCTION）功能鍵，選擇機(jī)“架旋轉(zhuǎn)功能”，轉(zhuǎn)動機(jī)架轉(zhuǎn)輪（向左或向右）鍵，控制信號電壓經(jīng)過TRCP（治療床電器柜轉(zhuǎn)接面板）進(jìn)入MOTORBVS（電機(jī)驅(qū)動電路總線板），進(jìn)入PSP（位置取樣信號板）通過電纜進(jìn)入MCC（控制室主機(jī)柜），通過AI（模擬量輸入板）進(jìn)入下位機(jī)板IPC5373D和IPC5455D生成變頻器驅(qū)動信號，通過電纜進(jìn)入TRCP（治療床電器柜轉(zhuǎn)接面板），控制變頻器（變頻器型號為MICROMASTER 420），經(jīng)過變頻器變頻的電源驅(qū)動機(jī)架電機(jī)轉(zhuǎn)動，機(jī)架旋轉(zhuǎn)電機(jī)與齒輪箱連接，齒輪箱通過鏈條與機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸連接，從而帶動機(jī)架支臂等中心旋轉(zhuǎn)[4]。原理圖見圖1。

2.故障分析判斷與維修

2.1 故障現(xiàn)象

在治療擺位時(shí)用手控盒旋轉(zhuǎn)機(jī)架，機(jī)架突然毫無反應(yīng)，上位機(jī)沒有任何故障提示。

2.2 故障分析與排除

首先，故障是在機(jī)架正常運(yùn)動時(shí)突然出現(xiàn)，而且上位機(jī)沒有任何故障提示，考慮運(yùn)動功能電源故障。用手控盒運(yùn)動功能鍵分別切換到小機(jī)頭和光闌運(yùn)動狀態(tài)，轉(zhuǎn)動撥輪，各個運(yùn)動正常，從而確定運(yùn)動功能公共供電部分是正常的。只是機(jī)架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動功能存在故障。從機(jī)架旋轉(zhuǎn)信號到電機(jī)驅(qū)動部分逐個檢查測試：驅(qū)動信號正常、變頻器供電正常，但檢查變頻時(shí)，沒有電壓輸出，同時(shí)觀察到變頻器面板處顯示故障狀態(tài)：F0003。（變頻器故障代碼見表1）。

根據(jù)F0003故障原因：首先測試變頻器供電電源輸出，正常。對變頻器重新復(fù)位，故障代碼消除。撥動手控盒機(jī)架撥輪，測試變頻器有輸出，機(jī)架正常旋轉(zhuǎn)。在治療室用手控盒在0°～360°范圍內(nèi)正反旋轉(zhuǎn)機(jī)架，機(jī)架突然又毫無反應(yīng)，變頻器再次報(bào)“F003”，故障同上。再次復(fù)位變頻器，故障代碼消除，機(jī)架旋轉(zhuǎn)又恢復(fù)正常。由于控制信號正常，變頻器供電正常，雖考慮“沖擊負(fù)載超過了規(guī)定的限定值”，變頻器性能下降，于是更換變頻器，設(shè)定參數(shù)，重新反復(fù)測試機(jī)架旋轉(zhuǎn)，故障依舊沒有完全排除。

重新仔細(xì)觀察機(jī)架正常旋轉(zhuǎn)與毫無反應(yīng)時(shí)機(jī)架狀態(tài)，故障基本出現(xiàn)在順時(shí)針從90°～180°或者逆時(shí)針270°～180°時(shí)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)架小機(jī)頭端向下運(yùn)動，在正常擺位時(shí)為能精確運(yùn)動到擺位角度，操作過程如下：譬如機(jī)架此時(shí)在90°擺位角度為120°，順時(shí)針撥動轉(zhuǎn)輪，機(jī)架運(yùn)動，當(dāng)機(jī)架將要到110°時(shí)，減少轉(zhuǎn)輪加度，降低旋轉(zhuǎn)速度，到117°時(shí)松開手控盒使能開關(guān)，電機(jī)剎車動作，但由于慣性，機(jī)架一般剛好停到120°，而現(xiàn)在機(jī)架慣性角度比平時(shí)要大（大約5°左右），超過120°的擺位角度，為了重新達(dá)到需要擺位角度，需要逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)撥輪，使機(jī)架反轉(zhuǎn)，此時(shí)故障出現(xiàn)。觀察此時(shí)機(jī)架狀態(tài)，機(jī)頭重心向下，慣性大，外加的多葉光柵外罩改變了中心位置，于是拆下機(jī)頭的外置多葉光柵后，重新測試機(jī)架旋轉(zhuǎn)功能，沒有再次出現(xiàn)故障，從而考慮是外加的多葉光柵引起的故障。但問題是，本科室自2010年安裝外掛多葉光柵，機(jī)器已安全運(yùn)行了五年，從未出現(xiàn)類似故障，從而考慮機(jī)架機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件在長時(shí)間工作中性能下降。通過分析把目光聚集在齒輪箱上，由于外加多葉光柵后破壞力加速器的機(jī)械平衡，使機(jī)架的重心不在旋轉(zhuǎn)中軸上，從而使齒輪器長時(shí)間超負(fù)荷工作，性能下降，從而引發(fā)故障。由于拆除光柵機(jī)架還能正常旋轉(zhuǎn)無故障，而更換齒輪箱比較昂貴，更換不合適，最好辦法是使加速器的機(jī)架的重心重新回到旋轉(zhuǎn)軸上。咨詢光柵生產(chǎn)廠家，查找光柵的資料，需在機(jī)架配重側(cè)增加10kg配重。打開機(jī)架配重處蒙皮，在適當(dāng)位置安裝10kg鉛板（體積小），在機(jī)頭上重新外掛多葉光柵，測試機(jī)架旋轉(zhuǎn)功能，故障未出現(xiàn)，故障排除。

小結(jié)：直線加速器機(jī)械設(shè)計(jì)中機(jī)架旋轉(zhuǎn)中心、小機(jī)頭旋轉(zhuǎn)中心、治療床旋轉(zhuǎn)中心“三心”交于一點(diǎn)，精度≤1mm，在臨床工作中任何改動，都需慎重，要全面考慮，避免不必要的損失，保證設(shè)備正常運(yùn)行，更好的治療患者。