LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵常見(jiàn)故障維修分析三例

華小龍，孫宇濤

1.興化市人民醫(yī)院 放療科，江蘇 泰州 225700；2.醫(yī)科達(dá)（上海）醫(yī)療器械有限公司，上海 201208

引言

放療作為腫瘤三大治療手段之一，約有50%～70%的癌癥患者需要接受不同程度的放療，醫(yī)用加速器已成為現(xiàn)代放療領(lǐng)域的主流設(shè)備[1]，而光柵正是醫(yī)用加速器重要的組成部分。動(dòng)態(tài)多葉光柵能夠?yàn)檫m形放療（Conformal Radiation Therapy，CRT）和調(diào)強(qiáng)放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）提供規(guī)則及適形輻射野，并配合加速器X射線出束實(shí)現(xiàn)劑量強(qiáng)度調(diào)節(jié)，增加腫瘤的局部控制概率（Tumor Control Probability，TCP）和降低周圍正常組織的放射并發(fā)癥概率（Normal Tissue Complication Probablity，NTCP），提高放療增益比[2-3]，動(dòng)態(tài)多葉光柵已成為現(xiàn)代精準(zhǔn)放療中不可或缺的設(shè)備。LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵是該類設(shè)備中典型的代表，該型光柵為外置光柵，可通過(guò)不同的適配器安裝在各主流加速器機(jī)頭上，如醫(yī)科達(dá)Compact、Precise，西門子Primus，瓦里安2300C/D、2300EX，新華XHA600、600C等，將光柵參數(shù)寫入各計(jì)劃系統(tǒng)的物理參數(shù)模塊，如Pinnacle、XIO、Eclipse等，便可實(shí)現(xiàn)在不同品牌計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)劃設(shè)計(jì)，然后將計(jì)劃文件導(dǎo)入光柵工作站來(lái)驅(qū)動(dòng)光柵按指令運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在不同加速器機(jī)型上實(shí)施放療，目前國(guó)內(nèi)約有300余家用戶在應(yīng)用該型光柵。該光柵有51對(duì)葉片，操作便捷、穩(wěn)定性良好、故障反饋準(zhǔn)確，與其他品牌型號(hào)光柵參數(shù)對(duì)比如表1所示。每個(gè)葉片由單獨(dú)的電機(jī)和絲桿及螺母套組合驅(qū)動(dòng)，當(dāng)病人量較大時(shí)，葉片驅(qū)動(dòng)組件磨損程度加劇[4]，造成走位精度下降，甚至導(dǎo)致光柵故障。熟練掌握該設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和故障檢修方法，有利于快速排除故障[5-6]。

表1 各品牌型號(hào)光柵參數(shù)對(duì)比表

1 LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵基本結(jié)構(gòu)與工作原理

LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵主要由光柵工作站、通訊適配器、電源箱及光柵主體構(gòu)成，見(jiàn)圖1。

圖1 LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵基本結(jié)構(gòu)圖

光柵工作站為基于Windows XP的個(gè)人電腦，用于運(yùn)行DMLC軟件，是光柵系統(tǒng)的控制中樞。DMLC軟件主要負(fù)責(zé)管理患者治療信息、下發(fā)葉片驅(qū)動(dòng)指令、監(jiān)管葉片運(yùn)行動(dòng)態(tài)以及提供報(bào)警信息。

光柵軟硬件連接方式為：電腦主板串口通過(guò)九芯短線與通訊適配器相連，通訊適配器通過(guò)九芯長(zhǎng)線與電源箱J9口相連，電源箱J2口通過(guò)七芯長(zhǎng)線，七芯短線與光柵主機(jī)航空插頭相連。光柵主機(jī)航空插頭引出的J14插頭插在A邊主控板的插頭上。光柵主體正面圖如圖2所示。

圖2 LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵主體正面圖

2 LinaTech-CC51動(dòng)態(tài)多葉光柵常見(jiàn)故障

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

開機(jī)后，光柵軟件右下角出現(xiàn)紅色報(bào)錯(cuò)信息“disconnected”，光柵軟件與硬件通訊故障，軟件無(wú)法控制光柵運(yùn)動(dòng)。

2.1.2 故障分析

出現(xiàn)此故障時(shí)，光柵軟件與硬件通訊中斷。故障可能原因?yàn)椋孩?電源問(wèn)題；② 線纜內(nèi)部斷裂；③ 串口通訊。

2.1.3 故障排除過(guò)程

排查流程如圖3所示。首先排查電源問(wèn)題，系統(tǒng)共有三處電源指示燈，分別位于光柵電源箱、通訊適配器和光柵主機(jī)。當(dāng)電源正常時(shí)，指示燈均為常綠。若電源箱指示燈不亮，需檢查電源按鈕是否在打開檔位以及市電輸入是否正常；若電源箱指示燈正常，則繼續(xù)檢查主機(jī)指示燈，若不亮，重新插拔各線纜插頭后開機(jī)復(fù)位。

圖3 故障排查分析流程圖

然后排查線纜內(nèi)部通路，若有斷點(diǎn)，則更換該線纜。最后排查串口通訊[7]，逐漸縮小故障范圍，鎖定故障位置。本例中，發(fā)現(xiàn)電源箱中的Beam板有問(wèn)題（圖4），導(dǎo)致通訊適配器與光柵主體的通訊丟失。更換Beam板，重新上電后復(fù)位，無(wú)報(bào)錯(cuò)，故障解決。

圖4 Beam板正面圖

2.1.4 小結(jié)

通訊類故障通常是由電源問(wèn)題、線纜松動(dòng)、線纜內(nèi)部斷裂等引起，應(yīng)優(yōu)先檢查各電源開關(guān)、市電供電環(huán)境，其次檢查光柵機(jī)頭與加速器外殼表面插口連接的七芯彈簧線。另外，線路彎折也可能導(dǎo)致以上故障，要注意理順各連接線纜，避免過(guò)度拉扯。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

光柵軟件報(bào)錯(cuò)信息為“Blocked Leaf ID: Side B: 24”（圖5），該編號(hào)葉片卡死，無(wú)法繼續(xù)走位。

圖5 葉片卡死故障提示

2.2.2 故障分析

出現(xiàn)此故障后，葉片無(wú)法走位，治療中斷。葉片走位原理為伺服電機(jī)按照指令驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿通過(guò)葉片中的螺母套帶動(dòng)葉片運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)軟件控制葉片走位。故障可能原因：① 電機(jī)通道故障；② 葉片間卡澀；③ 絲桿和螺母套磨損；④ 伺服電機(jī)故障。

2.2.3 故障排除過(guò)程

首先排查電機(jī)通道問(wèn)題，在DMLC軟件中找到報(bào)卡葉片對(duì)應(yīng)的電機(jī)通道，然后將該葉片的伺服電機(jī)插頭插在其他通道上，在軟件中更新通道編號(hào)。若仍報(bào)葉片卡，可排除電機(jī)通道問(wèn)題。繼續(xù)檢查葉片機(jī)械部分，拆除伺服電機(jī)、絲桿和螺母套，用手拖拽葉片前后移動(dòng)，觀察葉片間是否有機(jī)油灰塵等異物；檢查絲桿是否筆直，螺紋是否完整；檢查螺母套是否能順利在絲桿上旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。若以上均正常，則檢查伺服電機(jī)，由于伺服電機(jī)長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)作，磨損嚴(yán)重，易出故障[8]。本例中，更換該葉片的伺服電機(jī)，重新上電并初始化，軟件無(wú)報(bào)錯(cuò)，故障排除。

2.2.4 小結(jié)

葉片卡死在光柵日常使用中出現(xiàn)較頻繁，要減少該類故障，首先要勤保養(yǎng)擦拭，確保葉片間無(wú)過(guò)多油脂灰塵；其次，定期檢查葉片運(yùn)動(dòng)情況，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)異常葉片及其驅(qū)動(dòng)組件的保養(yǎng)，減少故障發(fā)生，同時(shí)也避免由葉片走位偏差導(dǎo)致的放療計(jì)劃質(zhì)量保證γ通過(guò)率降低[9]，保障患者放療效果。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

軟件報(bào)錯(cuò)信息為“Side A Step Motor Is Blocked”，光柵A邊步進(jìn)電機(jī)卡死，無(wú)法繼續(xù)走位。

2.3.2 故障分析

此故障下，光柵停止運(yùn)動(dòng)，治療中斷。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理為：光柵軟件發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令至通訊模塊，經(jīng)編碼后發(fā)送至控制模塊，再將運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，然后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，結(jié)構(gòu)如圖6所示。故障可能原因?yàn)椋孩?步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板故障；② 電磁制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)板故障；③ 電磁制動(dòng)器故障；④ 聯(lián)軸器故障；⑤ 步進(jìn)電機(jī)故障。

圖6 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 故障排除方法

（1）首先用替換法檢查電氣問(wèn)題。對(duì)調(diào)光柵A面和B面的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板后上電，若A面運(yùn)行正常，B面卡死，則為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板問(wèn)題；若情況沒(méi)變化，則繼續(xù)檢查兩邊電磁制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)板，方法同上。若兩種驅(qū)動(dòng)板均正常，則檢查機(jī)械問(wèn)題。光柵上電時(shí)，電磁制動(dòng)器釋放，會(huì)發(fā)出“咔”的聲響，由于A面和B面得到信號(hào)有時(shí)間差，故而兩個(gè)“咔”聲也有時(shí)間差，注意聽(tīng)電磁制動(dòng)器釋放時(shí)是否有兩次聲音。

（2）然后檢查聯(lián)軸器。釋放電磁制動(dòng)器后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸器，感受兩面的阻力是否均勻且一致。若阻力不均勻或不一致，則需調(diào)校聯(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)至合適的位置；若阻力均勻且一致，則為步進(jìn)電機(jī)問(wèn)題。本例中，更換步進(jìn)電機(jī)后，重新上電，運(yùn)行正常，故障排除。

2.3.4 小結(jié)

步進(jìn)電機(jī)卡死是常見(jiàn)故障里較難處理的類型，對(duì)維修人員要求高，除了掌握設(shè)備原理外，還要有調(diào)?！笆指小?，即扎實(shí)的基本功，才能感受出聯(lián)軸器所受阻力變化，以便調(diào)校聯(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)的最優(yōu)位置。另外，工作人員在做日常保養(yǎng)時(shí)，也要留意電磁制動(dòng)器和聯(lián)軸器是否有異響，做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，將故障扼殺在萌芽中。

3 討論與總結(jié)

動(dòng)態(tài)多葉光柵作為實(shí)現(xiàn)適形調(diào)強(qiáng)放療的核心部件，是放療科不可或缺的設(shè)備。值得一提的是，該型光柵軟件中內(nèi)置了一套評(píng)估伺服電機(jī)壽命的算法，記錄各個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間和預(yù)警它們需要被更換的日期，可以讓工程師提前準(zhǔn)備，防患未然。

本科室自2016年開展調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)，平均每天治療患者70～80例，葉片驅(qū)動(dòng)組件負(fù)荷量巨大，設(shè)備一旦發(fā)生故障，廠商工程師無(wú)法第一時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排查維修[10]。等待廠商工程師到達(dá)場(chǎng)地的時(shí)間較長(zhǎng)，期間無(wú)其他設(shè)備可以替代，必然延誤患者的正常治療，發(fā)生可疑醫(yī)療器械不良事件，影響科室的日常治療秩序，甚至讓工作陷入停滯狀態(tài)，給科室造成高額的經(jīng)濟(jì)損失[11]，易造成醫(yī)療糾紛。

本文將2017—2019年發(fā)生的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖7。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，以上故障產(chǎn)生的原因多為使用人員對(duì)設(shè)備的性能和原理掌握不夠、維護(hù)保養(yǎng)不到位，長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致儀器發(fā)生故障[12]。

圖7 2017—2019年故障統(tǒng)計(jì)圖

為確保光柵保持良好的工作狀態(tài)，可通過(guò)預(yù)防性維護(hù)來(lái)進(jìn)行預(yù)防。通過(guò)分析維修日志發(fā)現(xiàn)，葉片卡澀故障約每2個(gè)月發(fā)生一次，且大多由電機(jī)、絲桿和螺母套等零部件的磨損導(dǎo)致，因此我們制定了維護(hù)計(jì)劃表（圖8），有針對(duì)性地維保易損部位，降低設(shè)備故障率。

圖8 維護(hù)計(jì)劃表

結(jié)合參考文獻(xiàn)與該光柵故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，盡管光柵分為不同品牌型號(hào)，但它們的作用都是配合加速器出束實(shí)現(xiàn)劑量強(qiáng)度調(diào)節(jié)，增加TCP和降低NTCP，提高放射治療的增益比，且它們的運(yùn)行原理與控制模式大同小異。同時(shí)，易發(fā)故障和造成故障的原因也類似，比如由于高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致光柵電機(jī)碳刷等部件磨損，以及使用過(guò)程中可能造成的線纜連接松動(dòng)等問(wèn)題。因此，在面對(duì)光柵故障現(xiàn)象時(shí)，分析和定位故障點(diǎn)的思路相似，有較高的參考價(jià)值，幫助解決眼前具體問(wèn)題。

目前光柵葉片驅(qū)動(dòng)組件領(lǐng)域尚未有合理的通用預(yù)防維護(hù)準(zhǔn)則，后續(xù)研究探索建立一種預(yù)測(cè)機(jī)制，對(duì)光柵易損零部件壽命進(jìn)行監(jiān)測(cè)[13]。對(duì)于到達(dá)預(yù)警值區(qū)間的零部件，工程師利用治療空閑時(shí)間進(jìn)行批量更換，提高工作效率[14-17]。此外，應(yīng)建立健全維護(hù)方案與獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)技師和工程師的工作熱情，保證設(shè)備開機(jī)率及最佳的運(yùn)行狀態(tài)，提升科室設(shè)備管理工作質(zhì)量，促進(jìn)科室更好地發(fā)展。