TomoTherapy Hi.Art放射治療系統水循環故障分析與排除

李益坤，胡俊，蔣凱，方興平，孫向東

1. 東部戰區總醫院秦淮醫療區 放療科，江蘇 南京 210002；2. 中核安科瑞醫療科技有限責任公司，天津 300399

引言

TomoTherapy Hi.Art是具有高度調制、快速實施特點的高集成放射治療設備[1]。調制器輸出的功率大約有50%是消耗在陽極上的，磁控管溫度維持在40℃±1℃時工作狀態最為穩定，因此通過溫度控制系統調節冷卻系統維持設備正常工作溫度[2]。螺旋斷層放射治療系統（Helical Tomotherapy，HT）工作時機房內溫度要求20～24℃[3]。HT采用內部水循環的溫度控制系統（Temperature Control System，TCS）與外部風冷系統共同作用維持設備溫度穩定，以保證設備正常運行。TCS故障直接影響設備運行，本文對常見TCS故障進行分析，總結相應維修方法及技巧，提高維修效率，對確保病人得到及時有效治療具有重要意義。

1 水循環工作原理

HT開機后，在TCS控制下水缸內部加熱棒加熱，機器預熱20 min左右通過溫控器調整管道內水流流量使設備維持在40℃，保證機器正常工作。TomoTherapy Hi.Art主要由7個部件產熱（圖1）：加速管靶（LINAC Target，LT)、加速管波導窗、加速管、磁控管、四端環流器、固態調制解調器、高壓發生器。TCS（圖2）由主水管、熱交換、旁路循環3部分構成，在水泵驅動下水流進入主水管，在水缸內經加熱棒對水溫加熱，溫度控制器調節水流混合閥位置，使水溫維持在40℃±1℃；機器內部各部件產生熱量經回流水通過熱交換，在外部風冷作用下降低回流水的溫度，保證磁控管維持穩定工作狀態；旁路循環通過水壓閥調節水壓，避免水壓過高。調節對應閥門使7個流量限制器水壓水流均工作在正常范圍（流量計正常狀態工作指示燈為綠色，異常為紅色），確保產熱部件熱量經水流循環達到散熱效果。

圖1 TCS水流線路圖

圖2 TCS管線圖

2 故障維修實例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

治療病人中，機器水流報錯“water flow fault”，機房內有燒焦味，關閉機器待查。

2.1.2 故障分析

“water flow fault”報錯并且機房內有燒焦味，考慮到剛做過年度保養水管全部更換，首先檢查是否是接頭漏水引起電路元件短路而燒毀。拆掉機殼觀察四端環流器水管接口輕微滲水，并未發現明顯燒焦電路元件。更換接頭后滲水現象排除，開機故障依舊。通過Integrated System Test Tool (ISTT)查看日志，提示檢查TCS整個系統。在維修模式下，開機測量主水管壓力電壓為39.8 mV，在正常范圍內（35～40 mV），觀察水流指示燈，有三個水流相關指示燈同時處于紅色故障提示狀態，測量AUX板J4接頭1腳（LT流量測量點）對地電壓為1.3 V，正常值為（1.75±0.1）V，調節LT支路水流閥門，測量點電壓始終無明顯變化。重新開機，測量發現LT反饋電壓值由1.95 V快速下降且維持在1.3 V，調節閥門并不能讓水壓穩定至正常范圍。考慮到水壓正常，三路流量計同時報錯，檢查機器背面TCS，發現溫度控制器無數值顯示，測量溫控板的輸入電壓230 AC正常，確定溫度控制器故障。

2.1.3 故障排除

分析電路圖（圖2），溫度控制器通過控制混合閥，將水溫維持在40℃左右。手動模式下將混合閥調至中間位置，開機后調節圖1中各路對應水閥至流量計工作指示燈為綠色，機器恢復正常，確認溫度控制器故障。申請備件得知國內無庫存，受全球新冠肺炎疫情影響備件最快一周到達。考慮病人停止治療而引起生物學效應的改變，嘗試現場維修使機器恢復工作。拆開溫度控制器，檢查發現電路板電路中R1電阻（33 Ω）燒焦而斷路（圖3紅圈處），其余并無明顯問題。拆下電阻測量阻值為841 kΩ，更換該電阻裝機后，開機觀察溫度顯示屏顯示正常，測量輸入輸出均正常，機器恢復治療。第二天晨起開機水溫升至33℃時報錯，故障現象與之前一樣，再次檢查溫度控制器電路板R1電阻斷路，測量阻值為514 kΩ，更換電阻后故障排除。經過分析，晨起開機水加熱，溫度控制器電路板中RC電路起緩沖作用，超過負荷而燒毀。每天開機時手動調節混合閥至紅藍中間位置到水溫正常后，再切換至自動溫控模式，確保備件到達前病人得到及時治療。一周后備件到達并更換，設置相關參數機器正常，該故障至此徹底解決。

圖3 溫度控制器電路板

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

治療出束 200 s內報“Magnetron Over temperature”（磁控管超溫）多次，重啟故障依舊。

2.2.2 故障分析

磁控管超溫報錯，說明系統溫度超40 ℃。首先檢查機器磁控管風扇及TCS上四對熱交換器均正常，此時混合閥停在紅色擋塊位置，正常工作時不應該停留在紅色擋塊位置。手動調節紅藍擋塊至中間位置，改為自動模式后，觀察混合閥位置無變化。測量混合閥供電24 V 正常，手動調至紅色位置，溫度顯示40 ℃時控制電壓為10 V，40 ℃后控制電壓下降，排除供電電源及溫度控制器問題，判斷混合閥故障。

2.2.3 故障排除

混合閥由電路板驅動電機，檢查電路板電容正常，電路板采用集成度較高的貼片無法判斷是否故障。更換整個混合閥需較長時間，且更換后還要調節溫度控制器。混合閥電路板壞的可能性較大，采用分部更換的方法，電路板更換后，檢驗TCS壓力變化較小，不需要調整溫度控制器，機器正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

系統報“gun board logic error, water flow error”（燈絲邏輯錯誤，水流錯誤）。

2.3.2 故障分析

檢查發現供水管壓力約為63 PSI（Pounds Per Square Inch，磅力/平方英寸），隨機器旋轉波動很大，最低時能到二十多PSI，檢查發現加速管銅管漏水。

2.3.3 故障排除

漏水銅管部位打毛，補上焊錫，重新加水排氣，故障排除。

3 討論與總結

TomoTherapy Hi.Art是將圖像引導、調強及自適應兼容為一體的高集成放療設備，國內裝機量逐年增加。醫療設備經過長期使用，進入故障頻發期，電子元器件性能不穩定以及水路管路問題較多，特別是散熱系統[4]。TomoTherapy Hi.Art治療過程中射線連續出束，設備產熱量較高，TCS系統是保證設備正常運轉的關鍵。醫療設備日常使用中維護保養是關鍵，TomoTherapy Hi.Art使用中遇到故障要求工程師熟悉設備構造，依據故障代碼，判斷故障的范圍和位置，逐一排查[5-11]。易坤山等[12]對螺旋斷層放射治療設備常見故障也有相應總結，但絕大部分都需更換備件。在工作中經常因為水流問題引起機器故障而停機，報修后需等待工程師到場檢修，TCS故障調節相應參數有時可以解決。本研究對TomoTherapy Hi.Art的TCS系統詳細介紹，對常見故障進行總結，為同行遇到相似問題提供解決方案，縮短停機時間。熟練掌握TCS系統并定期做好保養延長設備壽命[13-14]，定期開展相關質控工作[15-16]，使設備真正發揮其作用，平時多關注壓力流量，若有問題能及時發現，提高維修效率，對確保病人得到及時有效治療具有重要意義。工程師應熟練掌握設備原理，找出可靠故障診斷與排除的方法，認真做好維修記錄，積累維修經驗，為以后的工作提供借鑒。