基于Pearson相關系數的影響加速器故障率的多因素分析

霍曉慶，王守宇，王曉春，吳鵬，劉波，許劉楊，路平，苗戰會

新鄉醫學院第一附屬醫院 a.放射治療科；b.腫瘤內科，河南 新鄉 453100

引言

醫用直線加速器是一種用于惡性腫瘤患者放射治療的大型精密設備，其結構復雜，涉及眾多領域[1-2]。2019年相關文獻統計顯示，在我國每百萬人口擁有1.5臺醫用直線加速器，低于世界衛生組織的要求（2～4臺），與發達國家相比還遠遠不夠（6～12臺）[3-4]。這就意味著我們的直線加速器大多數都在超負荷的運轉，承擔了更多更重的放射治療任務。當前，國內外學者研究加速器故障維修的文獻有很多，但都僅僅是對加速器某一部件故障進行分析和解決問題，沒有涉及加速器故障率的影響因素分析[5-8]；在眾多文獻中進行故障統計分析的很少，其中譚庭強等[9]、魏緒國等[10]等多是對加速器故障類型，和維修費用的相關分析，沒有涉及影響加速器故障率的相關因素；黃向宇[11]僅從加速器養護的角度去分析加速器如何養護；關于與加速器故障率有關的多因素分析的文章幾乎沒有。

為了減少故障，提高開機率，本文擬通過統計學的方法，利用我院Precise直線加速器6.5年的故障次數、治療患者時間（負荷量）、機房溫濕度（指加速器機房的溫濕度）、內水壓（指加速器內循環水水壓）等數據分析影響醫用直線加速器故障率的因素，為設備運行環境、工作負荷量、保養計劃等提供科學的輔助決策和數據支撐。

1 材料和方法

1.1 材料和設備

2013年7月至2019年12月期間Precise直線加速器（瑞典醫科達公司）自帶MOSAIQ網絡信息系統記錄的以及維修人員記錄的所有的運行記錄及故障維修記錄，包括每天運行時間、機房每天的溫濕度、故障發生次數、工程師保養次數等。

1.2 故障統計原則

共包括以下四項故障統計原則：① 影響加速器正常工作視為故障；② 短時間內同一故障多次發生，在故障解決前視為1次故障進行統計；③ 經判斷由同一個原因引起的多個連鎖或者故障現象視為1次故障進行統計；④ 經過維修4 h內能正常使用的為一般故障，4 h以內不能正常使用的為大故障。

1.3 統計方法

（1）根據維修保養記錄的數據，從2013年7月開始，以每個月為時間節點，統計2013年7月至2019年12月共計78個月中每個月的故障次數，并利用SPASS 19.0軟件中的曲線估計功能得到線性模型對故障次數變化趨勢進行預測。

（2）使用Excel軟件，以每個月為時間單位統計分析Precise直線加速患者治療時間、溫濕度平均值、內水壓等影響因素。

（3）分別按照每個月、每2個月、每3個月、每半年為時間單位，使用Pearson相關分析法分析投入使用時間、患者治療時間、溫濕度平均值、內水壓對故障次數的影響程度，其中，投入運行時間指加速器自2013年7月開始治療患者后的運行時間；患者治療時間指加速器的負荷量即MOSAIQ網絡上記錄的每天開機治療患者的時間。

（4）使用SPSS 19.0軟件統計分析，Pearson相關系數r取值在-1與1之間，|r|≥0.8，高度相關；0.5≤|r|≤0.8，中度相關；0.3≤|r|≤0.5，低度相關；|r|≤0.3，相關程度極弱，可視為不相關，P<0.05有統計學意義[12-13]。

2 結果

2.1 加速器故障次數與運行時間的關系

圖1顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內，故障發生次數為355次，經過SPSS軟件進行曲線估計得到線性函數模型：y=0.06x+2.26（y為故障發生次數單位為次，x為時間單位為月），模型r2=0.21，F=20.14。由函數可以得到隨著運行投入時間的增加故障次數呈增加的變化趨勢。

圖1 Precise直線加速器故障發生次數與投入使用時間的關系及擬合曲線圖

2.2 直線加速器運行環境

圖2顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內，平均內水壓在10 bar附近徘徊，平均內水溫在（24±2）℃內波動。平均濕度呈周期性變化、每年的4～9月份（春夏）濕度較高，6月份往往最高在50% RH（相對濕度）左右，每年的10月份開始到次年的3月份（秋冬）濕度較低，1月份往往最低在10% RH左右。

圖2 Precise直線加速器內水壓、平均溫度、平均濕度變化圖

2.3 加速器故障次數與患者治療時間的關系

圖3顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內，患者總治療時間為23496 h，故障發生次數355次。經過SPSS軟件進行曲線估計得到線性函數模型：y=0.02x-1.26（y為故障次數單位為次，x為患者治療時間單位為h），模型r2=0.14，F=11.87。由函數可以得到隨著負荷量的增加，加速器故障次數呈增加的變化趨勢。

圖3 Precise直線加速器故障次數與治療患者時間的關系及擬合曲線圖

2.4 投入運行時間、患者治療時間、溫濕度平均值、內水壓對故障次數的影響程度

表1顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內，不管是以每月為單位統計還是以每2、3和6個月統計，平均溫度、平均濕度、平均內水壓與加速器故障率的Pearson相關性r<0.3，即平均溫度、平均濕度、平均內水壓對故障次數沒有顯著性影響。治療患者時間和投入使用時間對故障發生次數Pearson相關性影響程度在0.01水平（雙側）上顯著相關。其中以每6個月為時間單位，投入使用時間的Pearson相關系數r=0.853>0.8（P<0.001），投入使用時間與故障發生次數呈高度正相關。其余時間單位的治療時間和投入使用時間與故障次數的Pearson相關系數r介于0.3和0.8之間，P<0.05有統計學意義，患者治療時間和投入使用時間與加速器故障發生次數呈低度或中度正相關。五個因素當中加速器投入使用時間對故障次數影響程度最大。統計單位不同，Pearson相關性也不同，統計單位越大Pearson相關性越大，以每6個月為時間段統計時，投入使用時間、治療患者時間的Pearson相關性因子最大，說明故障次數發生有一定的時間滯后性。

表1 投入使用時間、治療患者時間、溫濕度平均值、內水壓對故障次數的Pearson相關性影響程度表

3 討論

本科室Precise直線加速器在2013年7月至2019年12月這6.5年當中，共治療調強患者6919人，適形電子線患者1619人，治療總射野數為685142野，平均每個工作日110人次，平均每天工作13.7 h，故障發生次數355次，平均每半年27次，平均每月5次。每年除了春節那一個月以外，基本上加速器都處于超負荷運轉。從本研究來看，治療患者所用時間即加速器的負荷量對加速器故障率有顯著影響且呈正相關，這就提醒廣大放療相關工作者，越是患者量大越要注重對加速器的維修保養，以便盡可能的減少故障發生次數，減少因機器故障導致患者無法正常治療而對腫瘤放療生物效應的影響[14-16]。

加速器投入運行時間也是一個對故障率影響不容忽視的重要因素。隨著投入運行時間的增加，加速器本身大量的元器件開始老化，或者到達設計使用壽命，比如：磁控管、閘流管、MLC運動馬達等都有一定的使用壽命，隨著時間的推移以及工作負荷量累積，難免會出現故障，需要建立健全的保養維修機制，或者購買機器維保來保障加速器有效運行。

眾多文獻顯示外部環境因素（溫濕度、內水壓）對大型醫療設備故障發生率有一定的影響[17-18]。本研究結果雖然表明平均溫度、平均濕度、內水壓對本加速器在統計學意義上沒有顯著影響，但并不代表外部環境因素實際上對加速器故障次數沒有影響。由于存在環境因素對加速器故障次數產生影響的情況，所以進行人為控制環境溫度，比如加速器處于地下室負二層，相對恒溫，且機房內中央空調一年四季運行，機房的溫度每天均保持在24℃左右。處于加速器比較適宜的溫度，能夠減少因溫度過于變化對加速器故障次數帶來的影響，內水壓也是一樣的道理。機房平均濕度雖然隨著季節變化周期性變化，但是仍需在春夏季節采用高功率工業除濕機，使機房濕度始終處于60%RH以下。

4 結論

使用單位總是希望加速器一直處在正常工作狀態，更好地為放療患者服務，但是加速器畢竟是集真空系統、控制系統、MLC運動系統、冷卻系統等眾多技術系統于一身的高端復雜設備，難免會發生故障[19-20]。實際上，本研究發現隨著加速器投入運行時間增加，工作負荷量增加，加速器故障頻次也增加，此時要注意對機器進行及時的保養和維修，確保病人得到及時、準確的治療。

最后，由于直線加速器是大型醫療設備，科室條件有限，本研究僅對科室擁有的一臺加速器進行了詳細的研究，還需要廣大同行一起來研究更多種類的加速器的故障次數影響因素。