西門子ONCOR 直線加速器多葉光柵故障分析與維修

班衛華 （通信作者），朱均強，蒙以良

1 廣西百色市人民醫院放療科 （廣西百色 533000）；2 廣西玉林市紅十字會醫院放療科（廣西玉林 537000）

目前，有60%～70%的腫瘤患者需要接受放射治療，而醫用直線加速器是放射治療的主要設備。多葉光柵（multi-leaf collimator，MLC）是直線加速器的重要組成部分，憑借其高度適形、操作簡單和快速運動等特點，已經被廣泛應用于放射治療中，尤其是實現了適形放射治療[1-3]。隨著基于MLC 的調強放射治療技術的出現，不同形狀射野均通過MLC 走位實現，可使腫瘤靶區邊緣劑量更陡峭，大大提高了對正常組織的保護，可為腫瘤患者提供快速有效和精準的治療，因此，在實際應用過程中，直線加速器MLC 的運動越發頻繁，導致其故障發生率相對較高，這便對MLC 的性能及其穩定性提出了更高的要求[4-6]。MLC 系統葉片多、結構復雜，維修難度大，如能詳細了解MLC 的結構組成和特性，將有助于及時地排除設備故障[7-9]。西門子直線加速器雖已退出市場，但由于直線加速器的使用壽命是15年左右，所以有許多醫療單位仍在使用西門子直線加速器。我院于2011年初購進了西門子ONCOR直線加速器，運行至今已經9年多。經過我院物理師和西門子維修工程師的共同努力，加之定期實施保養維護，設備運行期間除更換過油箱、電源、加速管等易損部件外，并未更換過其他大型配件，目前該直線加速器運行狀況良好，各項參數的精度都在指定的誤差范圍內，能夠滿足國家相關標準的要求。我院的西門子ONCOR 直線加速器的主要配置為6、15 MV的X 線及6、9、12、15、18、21 MeV 的電子線，內置41對MLC 葉片，能夠進行普通放射治療、三維適形放射治療和靜態調強放射治療[10-13]。現將該直線加速器MLC 的結構組成和特性、故障現象、故障判斷、故障維修過程及方法介紹如下，以供同行參考。

1 西門子ONCOR 直線加速器MLC 的結構組成和特性

西門子ONCOR 直線加速器內置82片MLC，共41對，其中，中間為39對1 cm 厚的葉片，兩邊各1對0.5 cm 厚的葉片，高性能雙聚焦MLC 取代了直線加速器下層準直器，并與ONCOR 直線加速器融為一體（非外掛式），見圖1。

圖1 西門子ONCOR 直線加速器內置的82片MLC

西門子ONCOR 直線加速器MLC 的組成結構和特性歸納如下：（1）配備MLC 的ONCOR 直線加速器依然保持43 cm 的擺位空間（從等中心點到附件架）；（2）西門子公司的MLC 是唯一將滾珠軸承應用于葉片間的MLC 系統，因此葉片的運動更為平滑，單葉片獨立運行距離更長（30 cm），葉片間漏射更小（＜2%）；（3）采用雙聚焦設計，每個單獨葉片均可以弧線軌跡運動，并通過角度調整來匹配放射束流的發散；（4）每個葉片的端面均為直邊設計，葉片對可以相互接觸，基于此設計，在做光射野重合性匹配時無需進行人工操作，葉片的直邊可以與燈光野匹配，半影恒定為8 mm，與MLC 葉片位置無關；（5）除每個葉片的單獨移動外，亦可將所有葉片作為葉片組同時移動。

西門子ONCOR 直線加速器通過1個電位器、1個相對編碼器和2個傳感器來確定葉片位置。電位器提供葉片位置的絕對值，而相對編碼器提供的則是相對值并在每次開啟MLC 電源時進行初始化。編碼器值用于指導MLC 的正常工作，而電位器則被用作輔助傳感器。電位器用以檢測編碼器計算出的葉片位置值，若編碼器值偏移或電位器發生故障，MLC 將檢測到傳感器不匹配并觸發聯鎖。為了最大限度降低葉片碰撞的可能性，ONCOR 直線加速器的MLC 僅在適形野閉合葉片對之間保留間隙[14]，MLC 中不能出現交錯接合，結構示意圖見圖2。

圖2 MLC 中不能出現交錯接合

2 故障現象

啟動直線加速器后，復位直線加速器電源，直線加速器操作臺顯示屏顯示107號、108號、112號和122號聯鎖，在操作臺復位直線加速器，聯鎖依舊；在操作臺和機房利用手控盒移動MLC，MLC 均無法移動；打開MLC 控制柜，嘗試連接到“EPACTool”校準軟件移動MLC，MLC 整體移動3 cm 左右后便停止，且葉片走位不平整，按下MLC 控制柜里“Master”板上的復位鍵，重新使用“EPACTool”校準軟件移動MLC，MLC 仍在整體移動3 cm 左右后便停止，且葉片走位依舊不平整；利用“EPACTool”校準軟件校準抓取“0”位，MLC 仍無法移動，從操作臺進入維修模式，抓取MLC 位置，亦顯示失敗，表明MLC 的相關數據已完全丟失，故障現象見圖3。

圖3 MLC 故障現象

3 故障分析

根據西門子公司提供的維修手冊以及相關維修經驗，推測與MLC 模塊和107號、108號、112號、122號聯鎖相關的原因可能為：（1）MLC 葉片走位誤差值超過設置的誤差值；（2）MLC 葉片電位器損壞或齒輪未對上；（3）MLC 葉片電機損壞或齒輪未對上；（4）MLC 控制柜內的“Master”板損壞或“Master”板上的電池無電量；（5）MLC 控制柜內的電源損壞；（6）MLC 的傳感器板損壞；（7）MLC 控制柜到直線加速器之間的線路存在問題。

4 故障排除

首先，進入維修模式，查看MLC 葉片走位的誤差值，發現未超過設置的誤差值，處于正常狀態，按鍵盤上下鍵查看MLC 每個葉片的走位數值來判斷電位器和電機是否正常，均未發現異常；其次，拆開直線加速器機頭，檢查MLC 葉片電位器和電機的齒輪，以及MLC 的傳感器板，均未發現異常；再次，檢查MLC 控制柜到直線加速器之間的線路，均未發現異常；由此，結合MLC 控制柜與直線加速器機架之間的功能流程圖（圖4），推測故障原因可能為電池、電源故障或“Master”板故障。

圖4 MLC 控制柜與直線加速器機架之間的功能流程圖

4.1 電池、電源故障處理

打開MLC 控制柜，檢測“Master”板上的兩個紐扣電池，發現兩個電池均無電量，關掉MLC 控制柜電源，更換紐扣電池，打開MLC 控制器開關，在操作臺復位直線加速器，但107號、108號、112號和122號聯鎖并未消除，故障依舊；檢查MLC 控制柜內的馬達驅動電源，此電源只在控制葉片運動時才會輸入220 V 交流電并輸出24 V 直流電，當使用手控盒持續控制葉片運動時，測量發現，電源中有220 V交流電輸入，再測量電源兩端的輸出電壓，瞬間顯示為29 V 而后迅速降為0 V，而電源輸入端仍然有220 V交流電輸入，檢查電源輸出各個接口，均正常，斷開電源負載，故障依舊，由此判斷電源發生了損壞；關掉MLC 控制器開關，更換新電源，打開MLC 控制器開關，重新檢測電源輸入和輸出，均正常；在操作臺復位直線加速器，107號、108號、112號和122號聯鎖仍未消除，故障依舊。

4.2 “Master”板故障處理

關掉MLC 控制柜電源，更換新的MLC“Master”板，利用數據線連接MLC 控制柜CNN34 MASTER EXTEND RS232C 端口至裝有MLC 控制柜“Master”板刷程序軟件的筆記本電腦，打開MLC 控制器開關，“Master”板上各個顯示燈均正常亮起。

第一步，首先對USB HS串行轉換器進行編輯處理，依次打開控制面板→硬件和聲音→設備和打印機，雙擊“USB HS串行轉換器”，在USB HS串行轉換器屬性窗口中點擊“硬件”，選擇與MLC控制柜CNN34 MASTER EXTEND RS232C端口連接的USB串行端口，點擊“屬性”，彈出USB串行端口屬性屏幕，選擇“常規”標簽，點擊“更改設置”，出現“用戶賬戶控制”對話框，點擊“是”，在“USB串行端口屬性”屏幕中，單擊“端口設置”選項卡，將Bits per second值改為9600，Data bits值改為8，Parity值改為Even，Stop bits值改為1，Flow control值改為None，點擊“高級”，彈出“高級設置”屏幕，選擇對應的COM端口號，點擊“確定”，在彈出的窗口界面再點擊“確定”，關掉MLC控制器開關；其次，對新的“Master”板進行更新，將“Master”板上開關SW1的1～8的開關位置分別設置為On、On、On、Off、On、Off、On、On，打開MLC控制器開關，打開MLC控制柜“Master”板刷程序的軟件，選擇對應的COM端口號，點擊“開始”，完成后點擊“確定”并點擊“退出”，關掉MLC控制器開關；再次，設定新的“Master”板為西門子設備使用模式，關掉MLC控制器開關，將“Master”板上開關SW1的1～8的開關位置分別設置為On、Off、On、Off、Off、Off、Off、Off，將編碼控制器連接至“Master”板連接器上，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為A、B、3、0、0、0、0，打開MLC電源開關，在編碼控制器上按下開關S8保存設置，關掉MLC控制器開關，取下編碼控制器。

第二步，對MLC 控制柜新的“Master”板進行加載設置，關掉MLC 控制器開關，連接編碼控制器到CNN3端口，打開MLC 控制器開關，加載設置具體操作如下：（1）清除所有內存，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為1、A、0、0、0、0、0，在編碼控制器上按下開關S8保存設置；（2）設置為西門子模式，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為1、7、0、0、0、0、0，在編碼控制器上按下開關S8保存設置；（3）關掉醫院用戶使用模式，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為A、B、3、0、0、0、0，在編碼控制器上按下開關S8保存設置，若波特率不是38400，則將其設置為該值，關掉MLC 控制器開關，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為2、0、0、0、0、0、0，打開MLC 控制器開關，在編碼控制器上按下開關S8保存設置，關掉MLC 控制器開關，取下編碼控制器。

第三步，對MLC兩邊X1和X2的驅動板進行軟件設置，具體操作如下：（1）X1驅動板軟件設置，將“Master”板上開關SW1和SW2的1-8的開關位置分別設置為On、Off、On、Off、Off、Off、Off、On和On、On、On、Off、On、Off、Off、On，打開MLC控制器開關，打開MLC控制柜“Master”板刷程序的軟件，選擇對應的COM端口號，點擊“開始”，完成后點擊“確定”并點擊“退出”，關掉MLC控制器開關；（2）X2驅動板軟件設置，將“Master”板上開關SW1和SW2的1～8的開關位置均設置為On、Off、On、Off、Off、Off、On、Off，將開關SW3的1～8的開關位置分別設置為On、On、On、Off、On、Off、Off、Off，打開MLC控制器開關，打開MLC控制柜“Master”板刷程序的軟件，選擇對應的COM端口號，點擊“開始”，完成后點擊“確定”并點擊“退出”，關掉MLC控制器開關。

第四步，將MLC 控制柜“Master”板上開關SW1和SW3的1～8的開關位置均設置為On、Off、On、Off、Off、Off、Off、Off，將SW2的1～8的開關位置分別設置為On、Off、On、Off、Off、Off、On、On，將SW4的1～2的開關位置分別設置為On、Off，取下MLC 控制柜CNN34 MASTER EXTEND RS232C端口線，打開MLC 控制器開關。

第五步，清除所有驅動板內存，關掉MLC控制器開關，連接編碼控制器到CNN3端口，將編碼控制器上7個鎖值開關分別設置為1、A、0、0、0、0、0，打開MLC 控制器開關，在編碼控制器上按下開關S8保存設置，關掉MLC 控制器開關，取下編碼控制器。

第六步，重新打開MLC 控制器開關，在操作臺復位直線加速器，107號和112號聯鎖消失，仍存在108號、122號聯鎖，但光柵能通過“EPACTool”校準軟件移動，關掉MLC 控制器開關，連接編控制碼器到CNN3端口，再通過“EPACTool”校準軟件對MLC 的X1和X2進行4點校準，完成以上校準后，關掉MLC 控制器開關，取下編碼控制器，斷開安裝有“EPACTool”校準軟件的筆記本電腦連接線，再重新打開MLC 控制器開關，在操作臺復位直線加速器，108號和122號聯鎖消失，再進入維修模式即可對MLC 位置抓取成功，MLC 恢復正常移動，退出維修模式到治療模式，MLC 亦恢復正常移動，設備恢復正常。

5 討論與總結

目前，在醫療機構廣泛開展的適形調強放射治療技術和其他精確放射治療技術均離不開MLC 的準確運行，但MLC 的結構較為緊湊、復雜，加之隨著運行時間的延長，相鄰葉片之間的摩擦阻力會變大，可導致各葉片移動時速度不均，出現到位時間不一致等情況，因此，MLC 的故障率較高，引起故障的原因也多種多樣。與MLC 有關的107號、108號、112號和122號聯鎖是西門子ONCOR 直線加速器最為常見的聯鎖，若不能及時得到解決，勢必會影響腫瘤患者的正常治療。MLC 常報108號和122號故障聯鎖，常用的解決方法：在控制臺進入維修模式，依次按鍵盤上的“Alt+S”“U.MLC Calibration”“D-Display”，上下翻頁查看葉片狀態，此方法能夠代替昂貴的西門子MLC 檢測軟件，迅速查找到故障原因，大大縮短故障排除時間。本文故障案例中，除了常報的108號和122號故障聯鎖外，同時報了107號和112號聯鎖，這就要求我們在常用解決方法的基礎上，進一步根據故障模塊的原理、組成結構和特性及錯誤代碼所提示的信息，結合西門子公司提供的維修資料進行深入分析，通過一步步排查與MLC 故障有關的電路、電池、電源及相關部件等，最終找到故障發生原因并及時予以排除。

除了解決故障報錯問題外，直線加速器的日常保養維護亦不容忽視。在日常工作中，應盡可能保障機房溫、濕度處于穩定狀態，并定期保養維護MLC，使其可持久準確運行，更好地為接受放射治療的腫瘤患者服務。放射治療物理師和維修工程師應透徹理解直線加速器的工作原理及工作流程，多積累維修經驗；盡量借助西門子公司配有的維修資料并與西門子維修工程師多交流，吸取他們的經驗，保證準確檢測并盡快排除故障，保障設備的正常運行[15-18]。