基于維修統(tǒng)計(jì)和思維導(dǎo)圖分析的直線加速器故障風(fēng)險(xiǎn)控制研究

孟華陽，孫雯雯，黃虎，馬寶榮

山東第一醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)裝備部；b.病理科，山東 泰安 271000

引言

醫(yī)用直線加速器是利用微波電磁場加速電子，并且具有直線運(yùn)動軌跡的加速裝置[1]，是一種用來對腫瘤進(jìn)行放射治療的設(shè)備。按時(shí)接受放射治療對腫瘤患者改善病情尤其重要，因此提高設(shè)備開機(jī)率具有重要意義。目前，醫(yī)用直線加速器進(jìn)口與國產(chǎn)品牌多樣，系統(tǒng)復(fù)雜，且使用率高，出現(xiàn)故障頻次高、故障類型呈現(xiàn)多樣化。有針對性的維護(hù)管理方案與快速維修手段以及探索如何有效避免復(fù)雜故障成為提升加速器開機(jī)率的關(guān)鍵。我院購置的XHA600D加速器就是一款典型的國產(chǎn)低能機(jī)，提供一檔6 MV的X射線，最大劑量率≥400 cGy/min。本文結(jié)合XHA600D醫(yī)用電子直線加速器的結(jié)構(gòu)原理，通過利用思維導(dǎo)圖對加速器的3年維修故障統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析，探討在設(shè)備使用時(shí)應(yīng)注意的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，分析得出加速器日常管理中有效降低故障風(fēng)險(xiǎn)的控制措施；對典型故障風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)關(guān)注，以期利用預(yù)防性維護(hù)等有效手段切實(shí)提升醫(yī)用直線加速器的開機(jī)率，進(jìn)而保證患者需求。

1 我院XHA600D醫(yī)用電子直線加速器現(xiàn)狀

1.1 我院醫(yī)用電子直線加速器的基本結(jié)構(gòu)

我院醫(yī)用電子直線加速器的基本結(jié)構(gòu)由加速管、脈沖控制器、電子槍、微波傳輸系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、穩(wěn)頻、溫控及充氣系統(tǒng)、射線束引出系統(tǒng)、治療頭、治療床等組成。

1.2 醫(yī)用電子直線加速器的運(yùn)行原理

三相市電通過主電源箱加到調(diào)壓器和高壓電源，高壓電源將該電壓升壓，經(jīng)過整流和濾波，產(chǎn)生高壓的直流電壓輸出到脈沖調(diào)制器[2]；脈沖調(diào)制器將得到的直流高壓轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β拭}沖供給磁控管，由磁控管震蕩產(chǎn)生微波功率，經(jīng)微波傳輸系統(tǒng)反饋入加速管，在加速管中建立起加速電場[3]；加速管電子槍陰極表面發(fā)射的電子，被陰極與陽極間的電場加速，注入加速管的加速腔，處于合適相位的電子受到微波電磁場的加速，能量不斷增加，在加速管末端轟擊重金屬靶，發(fā)生韌致輻射，產(chǎn)生X射線[4]，見圖1。

圖1 加速器運(yùn)行原理圖

1.3 2018—2020年我院XHA600D醫(yī)用電子直線加速器開機(jī)率計(jì)算

如表1所示，2018—2020年我院XHA600D直線加速器故障共58次，故障停機(jī)時(shí)間436 h。

表1 2018—2020年我院加速器故障用時(shí)統(tǒng)計(jì)

2 故障分析

2.1 XHA600D加速器故障日常監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2018—2020年我院XHA600D直線加速器故障總共58次，其中多葉光柵（Multileaf Collimator，MLC）系統(tǒng)故障30次，故障占比近51.7%，故障率明顯較高，見表1。

2.2 MLC系統(tǒng)故障詳析

多葉光柵在治療頭內(nèi)部，隨著治療定位與照射成野產(chǎn)生多種變化；不同患者治療時(shí)需要隨時(shí)變換成野位置，光柵電路板、機(jī)箱體、葉片等部件隨之發(fā)生信號傳輸、機(jī)械運(yùn)動等改變，使用頻率較高、負(fù)荷較大，直接導(dǎo)致MLC系統(tǒng)故障率較高[5]。

如圖2所示，2018—2020年MLC系統(tǒng)故障共30次，其中光柵電路板故障11次，占比37%，比例最高。分析原因：光柵電路板連線隨著治療頭、箱體運(yùn)動發(fā)生機(jī)械振動，長時(shí)間會發(fā)生線路連接不可靠等異常，導(dǎo)致光柵系統(tǒng)失電、失聯(lián)后失控。除光柵電路板故障以外，箱體故障6次，占比20%，治療頭盤線故障5次，占比17%，二者故障占比相對較高。

圖2 2018—2020年多葉光柵系統(tǒng)不同類型故障次數(shù)占比圖

如圖3所示，在MLC系統(tǒng)不同類型故障中治療頭盤線故障停機(jī)時(shí)間最長。分析原因：更換盤繞在機(jī)頭內(nèi)部的多頭復(fù)雜線路，耗費(fèi)人力物力，為分離MLC系統(tǒng)，起吊治療機(jī)頭，需要多人配合，使用三腳架、倒鏈等大型工具，精確定位固定、分離；機(jī)頭吊起后，將多頭線路沿固定孔道依次抽離后更換，再行定位安裝機(jī)頭等工序，耗時(shí)較長；機(jī)頭布線是一項(xiàng)精細(xì)工作，線序及插頭位置若安裝錯誤，會造成更大的故障損失，安裝時(shí)會放慢速度，精細(xì)安裝。除盤線故障外，光柵電路板故障、箱體電機(jī)故障維修用時(shí)相對較長。此2種故障發(fā)生頻次較多，增加了停機(jī)時(shí)長。

圖3 多葉光柵系統(tǒng)不同故障停機(jī)時(shí)間對比圖

2.3 基于思維導(dǎo)圖研究歸納導(dǎo)致加速器故障風(fēng)險(xiǎn)的因素及在對應(yīng)因素下發(fā)生故障的分析

2.3.1 電器元件老化、疲勞因素引發(fā)的加速器故障

（1）MLC系統(tǒng)故障導(dǎo)致通訊中斷、無法成野等：① MLC電路板故障，以至于電流或信號傳輸不穩(wěn)定，從而造成光柵失控，需維修線路或更換電路板[6]；② 治療頭內(nèi)部線路故障，可導(dǎo)致多葉光柵通訊中斷，需更換繞線盤線；③ 多葉光柵箱體故障，MLC控制箱體運(yùn)動的電機(jī)保險(xiǎn)管熔斷或電機(jī)燒壞停止運(yùn)行，直接導(dǎo)致箱體運(yùn)動失靈，需更換保險(xiǎn)管或相應(yīng)電機(jī)；④ 多葉光柵葉片控制故障，一般是控制葉片移動的小電機(jī)故障停止運(yùn)行，導(dǎo)致葉片運(yùn)動失靈，需要更換對應(yīng)的小電機(jī)[7]；⑤ 多葉光柵絲桿出現(xiàn)毛刺或變形，導(dǎo)致光柵葉片運(yùn)行阻滯，光柵成野精度降低，需要更換絲桿；⑥ 多葉光柵激光器/限位開關(guān)/放大器故障，如葉片回退超時(shí)、激光線不通過、葉片激光線檢測超時(shí)，可逐查配件失靈，更換后恢復(fù)正常[8]，見圖4。

圖4 加速器故障思維導(dǎo)圖

（2）水循環(huán)系統(tǒng)復(fù)合管路漏水：冷卻系統(tǒng)中循環(huán)水流入流出的復(fù)合管路漏水，由于復(fù)合管路使用年限較長，出現(xiàn)老化變形，進(jìn)而在機(jī)械運(yùn)動中撕裂滲水，更換復(fù)合管路后使用正常。

（3）床體、機(jī)架等運(yùn)動故障：① 故障時(shí)報(bào)PSAM治療床電機(jī)驅(qū)動不正常聯(lián)鎖，床體無法升降，觀察升降驅(qū)動器報(bào)L85代碼，代碼指示為床體升降電機(jī)故障，更換升降電機(jī)后正常。諸如其他位置控制電機(jī)故障，予以更換對應(yīng)電機(jī)，故障可解決。② 機(jī)架在某些角度旋轉(zhuǎn)失靈,檢測控制電位器異常,更換電位器后機(jī)架運(yùn)動恢復(fù)正常[9]。

（4）燈絲故障，報(bào)MFIL磁控管燈絲故障聯(lián)鎖、UDRS低劑量率聯(lián)鎖：① 報(bào)MFIL聯(lián)鎖，磁控管燈絲焊點(diǎn)發(fā)熱開焊，予以焊接維修后恢復(fù)正常。② 加速管電子槍燈絲故障或其直流電源變壓器故障。如變壓器引腳開焊斷路、導(dǎo)致電源電壓缺失，UDRS聯(lián)鎖報(bào)警，將燈絲電源焊接后，開機(jī)恢復(fù)正常[10]。

機(jī)器在使用中經(jīng)常會有大電流，導(dǎo)致焊點(diǎn)發(fā)熱，或者起初的焊接瑕疵，使用時(shí)間過久就會造成焊點(diǎn)發(fā)生虛焊脫落現(xiàn)象。

（5）GAS波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)六氟化硫氣壓不正常聯(lián)鎖之送氣繼電器故障：氣體控制繼電器觸點(diǎn)吸合不穩(wěn)定，發(fā)出噼啪聲響，取下后維修觸點(diǎn)后安裝，開機(jī)自檢正常，觀察試用，短時(shí)間內(nèi)再報(bào)故障，遂更換新繼電器，開機(jī)自檢使用正常[11]。電器元件老化、疲勞因素引發(fā)的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：水路、氣路、電路老化形變，進(jìn)一步因機(jī)械振動摩擦導(dǎo)致水路泄漏或電路短路、斷路，直接造成故障聯(lián)鎖，或波及其他電氣元件造成故障；使用頻率較高的電機(jī)、繼電器、電位器、傳感器等疲勞損壞，可導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)動失靈、控制失靈等故障及相應(yīng)聯(lián)鎖；光柵絲桿等機(jī)械傳動部件磨損，導(dǎo)致運(yùn)行阻滯等故障[12]。

2.3.2 人為因素引發(fā)的加速器故障

（1）銅管漏水造成配件損壞或水循環(huán)系統(tǒng)故障聯(lián)鎖：水負(fù)載及循環(huán)系統(tǒng)中所用蒸餾水使用時(shí)間過長，系統(tǒng)中水質(zhì)變差，人為疏忽并未及時(shí)更換蒸餾水，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)因管路腐蝕漏水造成配件損壞或其他故障聯(lián)鎖。① 水質(zhì)變差，冷卻水管路接頭腐蝕松動漏水進(jìn)入微波傳輸系統(tǒng)，導(dǎo)致加速管等重要配件損壞；需要將管路接頭更換后緊固且密封，更換其他故障配件并將系統(tǒng)換水。② 系統(tǒng)出現(xiàn)FLOW水流量故障聯(lián)鎖，可觀測到水流量聯(lián)鎖板上RP1/RP2/RP3/RP4指示燈亮，且用示波器觀測TP1/TP2/TP3/TP4水流量無信號，從而判斷對應(yīng)的冷卻水路堵塞或水流量傳感器故障，予以維修后并將系統(tǒng)換水[13]。

（2）GAS波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)六氟化硫氣壓不正常聯(lián)鎖之六氟化硫泄漏[14]：在工程師進(jìn)行維修時(shí)，管路接頭未按工藝要求進(jìn)行密封加固，由于機(jī)頭機(jī)械振動而造成機(jī)頭銅管接頭處松動漏氣，導(dǎo)致系統(tǒng)氣體壓力低報(bào)警。需要將漏氣處接頭按照工藝要求緊固密封并調(diào)節(jié)氣瓶壓力至正常值后使用。

人為因素造成的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：對設(shè)備日常維護(hù)不到位，疏于檢查巡視或常規(guī)工作不及時(shí)，如冷卻系統(tǒng)換水不及時(shí)、散熱風(fēng)扇與過濾網(wǎng)清理不及時(shí)等，容易造成設(shè)備高溫，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)元器件直接或間接發(fā)生故障；維修工作不細(xì)致或疏忽，管路接頭連接不可靠，造成介質(zhì)泄漏，引發(fā)一系列故障。

2.3.3 偶然因素引發(fā)的加速器故障

加速器運(yùn)行過程中突然斷電或者斷電后瞬間送電。

（1）服務(wù)器、工控機(jī)故障：服務(wù)器、工控機(jī)運(yùn)行過程中突然斷電，如市電停運(yùn)、UPS故障，一是導(dǎo)致系統(tǒng)缺失或程序錯誤，需要重裝系統(tǒng)及更新應(yīng)用程序；二是導(dǎo)致硬盤、主板或其他硬件故障，需要更換硬件后安裝操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序[15]。

（2）突然失電后瞬間送電導(dǎo)致的故障：突然失電后瞬間送電對大型設(shè)備危害較大，過載的瞬時(shí)電流會造成加速器電路系統(tǒng)故障損壞，如電路板整流元件、穩(wěn)壓元件的損壞等，需要對設(shè)備進(jìn)行徹底檢修后方可繼續(xù)使用[16]。偶然因素引發(fā)的故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：加速器供電不可靠，或者電網(wǎng)切換無通知及預(yù)案，電路異常時(shí)造成數(shù)據(jù)丟失、電路元器件損壞等故障。

3 應(yīng)對措施

根據(jù)XHA600D加速器故障思維導(dǎo)圖分析，歸納出了引發(fā)加速器故障的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。針對故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在日常管理中采取了一系列控制措施。

（1）邀請廠家專家對操作技師、物理師、醫(yī)工進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備使用及維護(hù)保養(yǎng)的培訓(xùn)指導(dǎo)；院內(nèi)定期開展加速器使用安全培訓(xùn)及考核，強(qiáng)化學(xué)習(xí)個人職責(zé)，維護(hù)維修有監(jiān)督、有落實(shí)，強(qiáng)調(diào)日常維護(hù)保養(yǎng)的重要性。

（2）優(yōu)化管理措施，制定三級保養(yǎng)制度及保養(yǎng)計(jì)劃，三級保養(yǎng)即廠家定期維護(hù)保養(yǎng)、醫(yī)院工程師巡檢保養(yǎng)、醫(yī)院加速器使用人員日常檢查保養(yǎng)。

制度中規(guī)定三級保養(yǎng)周期及內(nèi)容為：① 廠家6個月一次大范圍維保，包括濾網(wǎng)清洗、設(shè)備內(nèi)部除塵、MLC絲桿潤滑、電路繼電器等元件觸點(diǎn)檢查、電路各處焊點(diǎn)檢查、水電氣路檢查加固等[17]，尤其重點(diǎn)關(guān)注水電氣路密封加固、MLC系統(tǒng)檢查保養(yǎng)；② 院內(nèi)醫(yī)工季度巡檢，包括設(shè)備狀態(tài)檢查、除塵、現(xiàn)場環(huán)境安全檢查整改等；加強(qiáng)電網(wǎng)巡護(hù)與監(jiān)測，進(jìn)行UPS檢查，制定相應(yīng)預(yù)案，涵蓋斷電通知、電網(wǎng)異常時(shí)執(zhí)行有效關(guān)機(jī)保護(hù)等措施；③ 加速器現(xiàn)場使用人員日常檢查保養(yǎng)包括劑量監(jiān)測、定期進(jìn)行系統(tǒng)換水、記錄機(jī)房溫濕度、除塵等。加強(qiáng)對三級保養(yǎng)的監(jiān)管與督導(dǎo)，嚴(yán)格落實(shí)保養(yǎng)周期與保養(yǎng)內(nèi)容。加速器機(jī)房溫度、濕度、防塵工作及備件準(zhǔn)備尤其重要，設(shè)備使用現(xiàn)場要保持衛(wèi)生、定期清潔，必備空調(diào)、除濕機(jī)來保持機(jī)房良好的溫濕度條件[18]；及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，消除安全隱患，切實(shí)降低加速器的故障率。

（3） 保證對直線加速器設(shè)備實(shí)施常態(tài)檢測、檢查，如計(jì)量檢測、狀態(tài)檢測、安全檢查等。通過檢測結(jié)果得出加速器的狀態(tài)信息，可有效指導(dǎo)直線加速器的保養(yǎng)或提前維修。進(jìn)一步落實(shí)維修記錄，分析故障原因，總結(jié)解決故障的方法，提高設(shè)備維修效率。

4 實(shí)施效果

4.1 控制措施實(shí)施后2021年我院XHA600D醫(yī)用電子直線加速器開機(jī)率

如表3所示，通過實(shí)行加速器故障風(fēng)險(xiǎn)控制的舉措，2021年我院XHA600D直線加速器故障共4次，故障停機(jī)時(shí)間32 h。2021年總工作時(shí)間為2920 h，計(jì)算2021年加速器開機(jī)率為98.9%。

4.2 措施實(shí)施效果分析

根據(jù)表2結(jié)果可知，2018—2020年我院加速器故障共58次，年均19.3次；故障用時(shí)436 h，年均145.3 h。2021年我院加速器故障4次，故障用時(shí)32 h，與2018—2020年均對比，年均故障次數(shù)及用時(shí)均呈明顯下降趨勢（圖5～6）；措施實(shí)施后故障率的降低即提高了加速器的開機(jī)率，2021年加速器開機(jī)率98.9%，較2018—2020年均95.0 % 提升了3.9%，處于較高水平。2018—2020年加速器故障類型有7種，2021年故障類型減少為MLC系統(tǒng)故障以及服務(wù)器故障2種，亦可見加速器故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施效果明顯。

表2 2018-2021年我院加速器故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比結(jié)果

圖5 年均故障次數(shù)對比趨勢圖

圖6 年均故障停機(jī)時(shí)間對比趨勢圖

5 討論與總結(jié)

醫(yī)用直線加速器是用于放射治療的大型系統(tǒng)設(shè)備，組成結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。設(shè)備故障類型繁多，維修工程師需具備充分的加速器系統(tǒng)知識，遇到故障問題深入調(diào)查研究、系統(tǒng)歸納、善于總結(jié)分析，找出故障維修技巧加以利用；另外為更好地服務(wù)臨床、不延誤患者治療，需要有針對性的維修與維護(hù)行為以及更完善的手段。

本文有針對性的措施可以合理地減小加速器的故障風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，從而降低設(shè)備的故障率。思維導(dǎo)圖分析后，得出實(shí)行加速器風(fēng)險(xiǎn)控制的措施行之有效，切實(shí)提高了設(shè)備的開機(jī)率。

既往關(guān)于加速器故障的研究大部分是針對具體故障的案例分析與評價(jià)，可指導(dǎo)相似故障的維修工作，注重具體故障具體分析及改善，可較好地降低一類故障的發(fā)生率；另外有部分關(guān)于加速器故障的研究是通過研究加速器的設(shè)備結(jié)構(gòu)，制定預(yù)防性維護(hù)的內(nèi)容、方法、控制，從而降低矯正性維修次數(shù)，提高設(shè)備的完好率[19]。本文在以往對加速器故障研究的基礎(chǔ)上，既從加速器結(jié)構(gòu)、原理出發(fā)，又充分總結(jié)分析了加速器3年中的故障，樣本充足，代表性強(qiáng)；采用思維導(dǎo)圖創(chuàng)新分析了加速器的故障風(fēng)險(xiǎn)，統(tǒng)攬全局，針對性地提出且實(shí)施了一系列故障風(fēng)險(xiǎn)的控制措施；通過計(jì)算與數(shù)據(jù)對比得出了開機(jī)率明顯提升的結(jié)論，驗(yàn)證了故障風(fēng)險(xiǎn)控制措施的有效性。

綜上，對加速器故障的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確歸納分析，提前維護(hù)干預(yù)、三級保養(yǎng)等應(yīng)對措施可有效控制故障風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)提高設(shè)備的開機(jī)率。另外要注重研判，堅(jiān)持對日常數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，進(jìn)一步探索有效提高醫(yī)用直線加速器開機(jī)率的方法、對策，保障醫(yī)用直線加速器更加平穩(wěn)地運(yùn)行。形成有效的長期機(jī)制后，可將此類提高開機(jī)率的措施推廣至其他大型醫(yī)用設(shè)備，采用科學(xué)的方法，對具體設(shè)備進(jìn)行具體分析，進(jìn)一步研究并調(diào)整對策，得出每種設(shè)備的專一適用結(jié)論，持續(xù)服務(wù)臨床，從而保證各方需求。