螺旋斷層放療系統(tǒng)故障分析與維修

王文保，張陵，劉娟，方興平，閆婧，楊覓

1.南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院 腫瘤中心放療部，江蘇 南京 210008；2.中核安科銳（天津）醫(yī)療科技有限責任公司，天津 300399

引言

螺旋斷層放療系統(tǒng)（Tomo Therapy，TOMO）是將6 MV加速器集成在CT機架中，并通過CT圖像引導(dǎo)，主要進行扇形束流調(diào)強治療，其可實施調(diào)強放療、圖像引導(dǎo)放療、劑量引導(dǎo)放療和自適應(yīng)放療技術(shù)，是目前最先進的設(shè)備之一。TOMO機器利用相關(guān)參數(shù)自動調(diào)節(jié)功能、磁控管的自動調(diào)節(jié)機制保證了穩(wěn)定的劑量輸出，使其具有良好的靶區(qū)劑量均勻性。TOMO采用二元氣動多葉光柵（Multi-Leaf Collimator，MLC）系統(tǒng)調(diào)制照射野，葉片運動速度達250 cm/s，具有調(diào)制能力強、適形度高等優(yōu)點[1]。大型醫(yī)用機器因功能、結(jié)構(gòu)等方面更具復(fù)雜性[2]，內(nèi)部參數(shù)等軟件故障和零部件損壞等都會影響TOMO的正常使用。本文針對磁控管故障導(dǎo)致的劑量率不穩(wěn)定、MLC系統(tǒng)報錯故障進行分析，并給出具體排除方法，以為同行在處理相關(guān)維修、保養(yǎng)機器時提供參考。

1 基本原理

1.1 TOMO磁控管結(jié)構(gòu)及工作原理

磁控管是TOMO的核心部件之一，其主要結(jié)構(gòu)包括陽極及振蕩系統(tǒng)、陰極及加熱燈絲、磁鐵、冷卻設(shè)施、調(diào)頻機構(gòu)等。磁控管實質(zhì)上是一個置于恒定磁場中的二極管，可以通過采用穩(wěn)頻措施和改善微波傳輸系統(tǒng)控制磁控管頻率的穩(wěn)定程度。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用，將從恒定電場中獲得的能量轉(zhuǎn)變成微波能量。電子進入加速管形成射線，并經(jīng)過劑量檢測反饋給機載計算機（On Board Computer，OBC），傳遞控制信號給磁控管，從而實現(xiàn)對輸出頻率的實時調(diào)整，進而實現(xiàn)劑量率穩(wěn)定[3-4]，見圖1。

圖1 螺旋斷層治療裝置磁控管工作示意圖

1.2 MLC組成及工作原理

MLC可以通過計算機控制MLC各個葉片的運動，形成臨床所需的不規(guī)則形狀射野進行照射。相對于鉛擋塊，MLC具有適形性好、可節(jié)約時間和經(jīng)濟成本的優(yōu)點，同時避免了因更換鉛擋塊導(dǎo)致的相關(guān)問題[5]。TOMO的MLC系統(tǒng)是由2組64片互鎖設(shè)計的氣動二元葉片和MLC驗證板組成。葉片運動的動力來自清潔高壓空氣，空氣的增壓、干燥、清潔與空氣壓縮機、干冷機及過濾器等TOMO附屬設(shè)備密切相關(guān)。在治療中，患者治療計劃參數(shù)經(jīng)前處理計算機傳輸給MLC控制板，控制MLC運動。實際MLC葉片運動情況由MLC驗證板校驗及反饋控制板調(diào)控（圖2），任一個葉片位置和指令存在偏差，則MLC停止運動并報錯[6]。

圖2 螺旋斷層治療裝置MLC各部件側(cè)面圖

2 故障案例

2.1 故障一：磁控管故障導(dǎo)致的劑量率不穩(wěn)定

2.1.1 故障現(xiàn)象

機器使用過程中出現(xiàn)“The Dose Control System has encountered an interrupt.The hardware may require service.”提示，詳細的報錯描述為“DCS：Number of consecutive dropped pulses 161 exceeds limit of 160”。該報錯為機器曝光時，機器劑量控制系統(tǒng)（Dose Control System，DCS）中的射線實際測量值與機器內(nèi)設(shè)置的相關(guān)參數(shù)偏差過大，即劑量率不穩(wěn)定。復(fù)位后續(xù)接即可繼續(xù)治療，但報錯頻繁。

2.1.2 故障分析

TOMO出現(xiàn)此類報錯，首先考慮與機器的DCS相關(guān)參數(shù)有關(guān)。機器內(nèi)部有參數(shù)自動調(diào)節(jié)功能，如DCS參數(shù)與磁控管性能匹配出現(xiàn)誤差，調(diào)節(jié)能力變?nèi)趸蛳?，即出現(xiàn)此報錯頻率升高，最終導(dǎo)致機器無法工作；其次是硬件方面，如磁控管“老化”。由于長時間處在高電壓、強電流狀態(tài)下，并且電場和磁場的場強不斷變化，故磁控管部件容易“老化”[4]，從而導(dǎo)致對電子的加速不夠，最終造成機器輸出劑量不穩(wěn)定。

2.1.3 故障排除及維修

首先校準機器的DCS相關(guān)參數(shù)。校準結(jié)束后，需要將機器計算機內(nèi)的DCS參數(shù)更改成最新校準的結(jié)果，再觀察機器運行情況。當DCS參數(shù)校準后，機器的輸出值仍達不到標準時，就需排查磁控管。而磁控管故障典型的現(xiàn)象是報錯頻率升高，符合本次報錯特點。此時需要工程師在SERVICE PC上使用校準軟件嘗試性輸出射線，同時使用故障排查軟件監(jiān)控機器的狀態(tài)。通過監(jiān)控波形觀察到參數(shù)曲線的異常變化，表明磁控管給電子的加速不足，確定控管部分出現(xiàn)問題。經(jīng)拆機查看，磁控管確有打火現(xiàn)象，造成磁控管無法為電子提供足夠的加速能力；同時更換磁控管后，機器恢復(fù)正常。

2.2 案例二：MLC故障

2.2.1 故障現(xiàn)象

機器治療中出現(xiàn)“MLC leaf is in wrong position”提示，詳細報錯描述為“final leaf activational error puts the occurrences over the tolerance”或“final leaf positional fault”。該報錯為特定的某個葉片位置錯誤，在得到指令之后未能及時運動到指定位置。該故障出現(xiàn)時，機器處于shutdown狀態(tài)，治療師經(jīng)過重啟機器，可繼續(xù)使用，但報錯頻率逐漸升高。

2.2.2 故障分析

TOMO出現(xiàn)MLC報錯的概率較高，這與MLC運動頻繁，葉片運動速度快且急動急停有關(guān)。MLC葉片未到達指定位置，首先考慮并查看氣體壓力是否穩(wěn)定、葉片有無損壞等；其次考慮MLC電路板老化或損壞而導(dǎo)致的故障。

2.2.3 故障排除及維修

初步排查上述可能存在故障的位置。① 查看供氣氣壓及MLC葉片情況。機器的供氣氣壓正常，機器內(nèi)部沒有漏氣現(xiàn)象；拆開檢查機器，各個葉片位置正常，齊整，由此判斷MLC的葉片是處于正常狀態(tài)。② MLC電路板的檢查。采取交換MLC兩側(cè)的電路板的方法，重啟之后，機器在治療中仍出現(xiàn)該報錯，由此判斷與電路板無關(guān)。③ MLC其他組件的檢查。MLC每個葉片運動都是氣體推動的，葉片的運動故障，也可能是內(nèi)部推動葉片運動的緩沖器故障。在排除了供氣氣壓、電路板及MLC本身的故障（手動推時葉片運動流暢）后，可考慮更換緩沖器。

更換緩沖器時，切斷機器與空壓機之間的氣體連接，發(fā)現(xiàn)開關(guān)處有大量水流出，往前一級（空壓機及干冷機）查看時發(fā)現(xiàn)干冷機未工作。因此斷定：氣體壓縮時未經(jīng)干燥除濕，導(dǎo)致輸送到機器的氣體濕度較大。高濕度氣體高速打入設(shè)備內(nèi)部會加劇MLC電板的損壞，如果大量的水分進入MLC的控制端口會損壞MLC的相關(guān)控制部件[1]。此次MLC報錯，通過排查干冷機故障及其修復(fù)，更換備件得以解決，MLC恢復(fù)正常狀態(tài)。

3 討論與總結(jié)

TOMO是在圖像引導(dǎo)下以360°螺旋照射方式治療，有照射范圍大、劑量分布好的優(yōu)點。但也存在故障率高的情況，多為劑量率、磁控管、MLC等[7]故障，從而造成治療中斷。醫(yī)療設(shè)備發(fā)生故障的原因較多，既與機器本身結(jié)構(gòu)設(shè)計、部件制造工藝等因素有關(guān)，還與使用時間、使用頻率、操作技術(shù)、保養(yǎng)維護水平及使用環(huán)境等因素有關(guān)[8]。

磁控管內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精細，是機器提供長時間及穩(wěn)定劑量率出束的保證，在日常工作中必須保持其良好的工作狀態(tài)[7]。磁控管故障維修需熟悉磁控管的組成及工作原理，出現(xiàn)故障可快速找到問題所在。同時，要做好磁控管的維護保養(yǎng)，如定期“交換”磁控管及對更換的磁控管進行訓(xùn)練，使其達到最佳狀態(tài)[9-11]。

MLC是當前放射治療機器中的精密性組件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。MLC葉片及電路板長時間使用容易老化，高壓空氣的壓力穩(wěn)定性和干燥程度都可能導(dǎo)致故障的發(fā)生[12]。而MLC運動的高精準度及良好的工作狀態(tài)決定了整個治療方案的實施效果。日常中對MLC系統(tǒng)工作狀態(tài)的觀察、維護保養(yǎng)及附屬設(shè)備的檢查[13]，是降低MLC故障率的有效方法。

綜上所述，在TOMO機器的使用過程中，工作人員必須按規(guī)范操作，對于機器的不正常表現(xiàn)要及時發(fā)現(xiàn)、記錄、處理或報修；每天查看機房溫度、濕度，打掃機房環(huán)境，保證機房良好通風，做好控制環(huán)境溫濕度等工作[14]。維修工程師對機器的維護保養(yǎng)需做到科學、規(guī)范、全面，并做好配件提前準備和及時升級機器的硬軟件等針對性的預(yù)防措施[15-17]。日常工作中維修人員需多總結(jié)維修經(jīng)驗、多參加培訓(xùn)交流活動、多查閱最新文獻獲取最前沿技術(shù)進展，培養(yǎng)能夠及時處理故障的能力[18]。同時應(yīng)將保養(yǎng)維護與迅速處理故障相結(jié)合，才能有效降低機器故障發(fā)生率，提高機器使用率，使設(shè)備更好地為患者服務(wù)。