TomoTherapy Hi.Art放射治療系統(tǒng)故障分析與排除

李益坤，周 彬，曹曉卉，孫向東

（東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院放療科，南京 210002）

0 引言

TomoTherapy Hi.Art是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（data acquisitionsystem，DAS）、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（datareceiverserver，DRS）、前處理計(jì)算機(jī)（on-board computer，OBC）、靜止部分控制系統(tǒng)（stationary controller，STC）組成的具有高度調(diào)制、快速實(shí)施的高集成放射治療設(shè)備。TomoTherapy Hi.Art在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了大范圍優(yōu)化[1]，2組64片互插式氣動(dòng)二元多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC），MLC 最大射野寬為 5 cm×40 cm。子野是射野的基本組成元素，一個(gè)子野就是通過(guò)MLC在特定的機(jī)架角度調(diào)制的射線的面積，MLC工作狀態(tài)決定整個(gè)治療方案的實(shí)施效果，確保其良好的工作狀態(tài)至關(guān)重要。

TomoTherapy Hi.Art軟件參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或硬件損壞都可能造成設(shè)備無(wú)法正常工作。現(xiàn)將設(shè)備使用中遇到的MLC硬件故障及OBC未啟動(dòng)軟件設(shè)置故障分別進(jìn)行分析總結(jié)，使設(shè)備真正發(fā)揮其作用[2]。

1 MLC工作原理

MLC由高為10cm的高純度錐形鎢構(gòu)成，靠近源端厚為2 mm，遠(yuǎn)端厚為3 mm，在等中心處的投影寬度為6.25mm。為減少漏射，葉片采用凸部為0.15mm、凹部為0.3 mm的凸凹槽設(shè)計(jì)[3]，葉片通過(guò)凹凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)互鎖，減少葉片間漏射，從而使室內(nèi)泄漏和散射輻射水平遠(yuǎn)低于常規(guī)放射治療室內(nèi)的輻射水平[4]。在治療過(guò)程中葉片只有開和關(guān)2種狀態(tài)，葉片在20 ms內(nèi)就完成打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)控制葉片運(yùn)動(dòng)序列和關(guān)閉時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)子野強(qiáng)度的調(diào)制，可見MLC質(zhì)控工作尤為重要[5-7]。DRS接收治療計(jì)劃信息經(jīng)OBC傳輸?shù)組LC控制板，MLC控制板將信號(hào)傳輸給前驗(yàn)證板（Front LVA）及后驗(yàn)證板（Rear LVA），通過(guò)電磁閥來(lái)控制葉片開關(guān)，如圖1所示。前后驗(yàn)證板分別由2組光學(xué)傳感器采集對(duì)應(yīng)葉片（見表1）的位置狀態(tài)（0代表葉片關(guān)閉，1代表葉片打開），驗(yàn)證板通過(guò)光耦信號(hào)確認(rèn)MLC葉片位置并直接把位置信息反饋到OBC，OBC由MLC控制板控制葉片的運(yùn)動(dòng)。OBC發(fā)出的MLC運(yùn)動(dòng)指令與從驗(yàn)證板得到的信息進(jìn)行比對(duì)，位置一致則MLC運(yùn)動(dòng)正常，任一個(gè)葉片位置和OBC發(fā)出的指令存在偏差，則MLC停止運(yùn)動(dòng)并報(bào)錯(cuò)。

圖1 MLC控制部分連接圖

表1 控制板接口對(duì)應(yīng)的MLC序號(hào)

2 故障維修實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

2.1.2 故障分析

通過(guò)IntegratedSystemTestTool（ISTT）查看日志，硬件設(shè)備提示“activational error，leaf#41 should be in transit to 1，but is still at 0”。對(duì)于MLC葉片位置狀態(tài)報(bào)錯(cuò)，首先排查驅(qū)動(dòng)葉片的空壓機(jī)壓力是否正常，經(jīng)檢查，空壓機(jī)氣壓均在正常范圍。拆開機(jī)架外殼，觀察leaf#41葉片位置與其他葉片略有不同（如圖2所示），考慮此次故障leaf#41在J1，對(duì)調(diào)前后驗(yàn)證板，重新開機(jī)故障依舊，可排除MLC控制板的問(wèn)題。每片葉片都由獨(dú)立的電磁閥控制，通過(guò)運(yùn)行test MUTF軟件測(cè)試MLC各個(gè)葉片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)leaf#41未運(yùn)動(dòng)，測(cè)量電磁閥供電電壓12 VDC正常，因此懷疑直動(dòng)式電磁閥（MAC 44C-L00-GDKA-1KE）故障。而該患者治療計(jì)劃在執(zhí)行過(guò)程中恰好使用leaf#41，電磁閥故障引起leaf#41未運(yùn)動(dòng)從而導(dǎo)致該故障。

2.1.3 故障排除

更換leaf#41對(duì)應(yīng)電磁閥線圈后，重新開機(jī)，該患者驗(yàn)證計(jì)劃順利執(zhí)行，故障排除。

圖2 故障葉片

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

TomoTherapy Hi.Art晨起開機(jī)時(shí)，自檢提示“MLC初始化失敗”。

2.2.2 故障分析

該專業(yè)的學(xué)生來(lái)源有普招和專升本，生源不一樣，評(píng)價(jià)系統(tǒng)也隨之變化。改變以前以結(jié)果為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)制度，建立以學(xué)習(xí)過(guò)程為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)制度，學(xué)生不必在臨近期末時(shí)突擊復(fù)習(xí)迎接考試。由僅期末對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)試卷考核轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾咏虒W(xué)過(guò)程中的知識(shí)運(yùn)用與轉(zhuǎn)化的綜合素質(zhì)考核。期末考試成績(jī)占60%～70%，考勤、平時(shí)作業(yè)及圍繞思考分析題而進(jìn)行的文獻(xiàn)查閱，獨(dú)立思考、分析推理、歸納總結(jié)，公開答辯等引起學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程考核占30%～40%。學(xué)生積極思考主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)風(fēng)逐漸建立。

查看log文件，提示“MLC leaf 1 2 3 4 in wrong position”，查看機(jī)架后方右上角壓力表，顯示壓力低于50 psi（壓力正常范圍58～62 psi，1 psi=6.89 kPa），由此判斷故障出在空壓機(jī)。

2.2.3 故障排除

空壓機(jī)壓力偏低，多因?yàn)榭諌簷C(jī)斷電停止工作造成的。檢查空壓機(jī)電源開關(guān)，重啟空壓機(jī)，查看壓力表壓力在正常范圍，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

在患者治療過(guò)程中MLC出現(xiàn)連鎖報(bào)錯(cuò)，機(jī)器重啟后MLC報(bào)錯(cuò)頻繁，治療中斷。

2.3.2 故障分析

查看 log文件，提示“MLC over travelled”，首先運(yùn)行test MUTF命令檢測(cè)到固定的葉片報(bào)錯(cuò)。MLC葉片依靠空壓機(jī)快速推動(dòng)葉片開或關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度極快，特氟龍柱體（MLC bump）起到緩沖并阻止葉片運(yùn)動(dòng)的作用。MLC bump老化易受葉片沖擊而造成柱體斷裂，葉片位置錯(cuò)誤引起“MLC over travelled”。懸吊MLC機(jī)頭，清楚看到MLC bump部分緩沖柱體已斷裂變形，葉片停止位置不正確，導(dǎo)致故障發(fā)生。

2.3.3 故障排除

更換新的MLC bump后，測(cè)試MLC運(yùn)行正常，MLC over travelled故障排除。

2.4 故障四

2.4.1 故障現(xiàn)象

TomoTherapy Hi.Art開機(jī)提示“Internal communication problem，Restart the system.”（網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤，請(qǐng)重啟），且多次重啟均未成功。

2.4.2 故障分析

通過(guò)網(wǎng)線經(jīng)交換機(jī)RDS（relational database service）接入系統(tǒng)，設(shè)置維修計(jì)算機(jī)IP地址192.168.10.100，禁用防火墻。開機(jī)后暫不開UPS，等待RDS啟動(dòng)后在維修計(jì)算機(jī)命令提示符中鍵入“ping 192.168.10.3”并按“Enter”鍵，4條回復(fù)信息均提示回復(fù)失敗，OBC并未啟動(dòng)。測(cè)量OBC面板上P5V、P12V、N12V、P15V、N15V、P24V、N10V對(duì)地電壓，均在正常范圍。關(guān)閉系統(tǒng)將OBC的J5連接PS2鍵盤，J28連接VGA（video graphics array）顯示器后開機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)入“System BIOS Configuration”界面并提示“No bootable device available”，判斷OBC主板電池掉電導(dǎo)致CMOS（complementary metal oxide semiconducter）數(shù)據(jù)丟失。

2.4.3 故障排除

測(cè)量OBC主板電池電壓為3.5 V，在正常范圍，重啟故障依舊。進(jìn)入BIOS設(shè)置界面，根據(jù)提示鍵入“S”進(jìn)入 BIOS 配置界面，發(fā)現(xiàn)“Date：＞Jan 01，1900”，確認(rèn)數(shù)據(jù)丟失。重新設(shè)置BIOS各項(xiàng)參數(shù)并保存設(shè)置，機(jī)器啟動(dòng)成功，故障排除。值得注意的是，OBC通常會(huì)安裝TomoTherapy VxWorks，極少情況下Ethernet Enable/Base必須改為340 h才能在治療機(jī)上通信，加載成功后該值應(yīng)設(shè)置為300 h。

3 小結(jié)

TomoTherapy Hi.Art是將圖像引導(dǎo)、調(diào)強(qiáng)及自適應(yīng)兼容為一體的高集成放療設(shè)備。二元?dú)鈩?dòng)MLC運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，最容易實(shí)現(xiàn)理想的調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT），但MLC長(zhǎng)期使用易老化，故障率明顯升高。TomoTherapy Hi.Art沒(méi)有各部分維修電路圖，MLC故障報(bào)錯(cuò)后，通過(guò)查看log文件快速定位故障位置，通過(guò)互換相應(yīng)電路板排除電路板自身問(wèn)題，通過(guò)test MUTF命令查看每片MLC葉片狀態(tài)，準(zhǔn)確判斷問(wèn)題原因。MLC故障修復(fù)后需進(jìn)行相關(guān)物理測(cè)試，測(cè)試通過(guò)后方可進(jìn)行患者治療。

TomoTherapy Hi.Art日常使用中維護(hù)保養(yǎng)是關(guān)鍵[8]。工程師應(yīng)熟悉設(shè)備保養(yǎng)情況，定期查看各部件工作狀況，熟練掌握設(shè)備原理并找出故障排除方法[9]，認(rèn)真做好維修記錄，積累維修經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作提供借鑒。