針對直線加速器多葉準直器性能與故障的保養方法

楊耕，戴振暉，朱琳，張白霖，李飛，蔡春雅，王學濤（通信作者）

廣州中醫藥大學第二附屬醫院放射治療區 （廣東 廣州 510006）

目前，臨床已將帶有多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）的直線加速器用于腫瘤患者的調強放射治療中。但由于獲得照射野需要葉片頻繁運動，從而使相關組件的磨損增加，導致MLC 具有較高的故障率。隨著使用年限的增加，MLC 故障率呈現逐漸遞增的趨勢[1]。MLC 的高故障率不僅令維保成本居高不下，更嚴重影響了臨床治療的實施與患者的療效。據直線加速器投入使用7年的故障統計顯示，MLC 成為影響直線加速器穩定運行的主要因素，其故障數占總故障數的66.4%（140/211），其中MLC 葉片螺母（NUT）和馬達更換占比達78%[2]。因此，降低MLC 故障率已然成為保障臨床調強放射治療工作正常運行的迫切需求。本研究通過評估3種保養方法下MLC 的性能數據與故障發生情況，以期總結出恰當的保養方法提升MLC 性能及減少故障次數，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 一般材料

選取我院瓦里安23EX 直線加速器的MLC 作為研究對象。瓦里安23EX 直線加速器的MLC 由60對葉片組成，其中全寬葉片20對，半寬葉片40對。MLC 葉片由刀狀葉片、NUT、絲桿、馬達及彈簧小球與軟電位器組成，其中馬達驅動絲桿，從而轉動帶有NUT 的葉片位移；在馬達中存在呈圓周分布的4對發光二極管形成光柵編碼器，作為主傳感器，馬達旋轉1圈發出4個脈沖，通過記錄脈沖數可以精確地獲得葉片的位移；葉片頂部插有彈簧小球，葉片移動使彈簧小球在軟電位器上滑動由此定位葉片位置，這個作為次級傳感器。在主、次級傳感器的配合下，實現葉片的精確位移。

1.2 故障分析

保養前，MLC 的A、B 面均頻繁報錯葉片卡頓，且均未做導槽鍍膜升級保養。

MLC 的葉片在運動過程中受到來自葉片與上下軌道之間、葉片與葉片之間及NUT 與絲桿之間的諸多阻力，阻力過大會增加馬達和NUT 受力，進而加劇馬達轉子與NUT 之間的磨損度。同時，較大的阻力還會導致葉片在運動過程中出現抖動過大的現象，這會損害馬達光柵編碼器的碼盤與光電盤，使馬達壽命下降。因此，阻力過大是導致MLC葉片NUT 和馬達故障次數多的根本原因。

1.3 方法

首先對MLC的A面進行改進保養、B面進行常規保養，半年后對MLC進行導槽鍍膜升級保養，具體如下。（1）常規保養：首先，分別拆下B面MLC上面、下面的全部葉片，使用瓦里安公司提供的專用潤滑劑潤滑葉片的軌道槽（圖1箭頭指示部分），并用紗布清潔葉片表面；對于MLC上面全部葉片的NUT進行反沖測試（backlash），數值＞0.2則更換，對于MLC下面全部葉片的NUT進行更換；最后，依序裝回葉片完成保養[3]。（2）改進保養：在常規保養基礎上，額外使用瓦里安公司提供的專用潤滑劑潤滑葉片的側面、頂部與滑軌，并擦干至無油狀物，并用毛刷和專用清潔液徹底清潔Carriage box 內部導槽（圖2）。（3）導槽鍍膜升級保養：首先，在改進保養基礎上采用專用工具固定Carriage box，接著向 Carriage box 內部導槽倒入鍍膜液，并利用熱風槍加快鍍膜液揮發，然后采用紫外光硬化鍍膜層，待鍍膜層固化后采用專用清潔液清潔葉片，最后裝回所有部件[4]。

圖1 葉片

圖2 Carriage box 導槽內部

1.4 效果評估

比較分別采用3種保養方法后MLC 的性能及故障次數。（1）性能：通過軟件終端測試獲得MLC的阻力和運動狀況，通常故障前可通過該終端日志文件的記錄和阻力相關測試了解組件運行參數的漸變和偏差[5-6]，其中，阻力值通過PWM 測試獲得，統計PWM＞10的葉片數、PWM 平均值與標準差，其中PWM 平均值與標準差的理想狀態在8～12之間，超過理想狀態2倍被認為阻力過大；運行狀況通過在機架角度為90°與270°時，在AUTOCYCLE界面分別運行計劃，統計計劃值與實際值（PLANACT）＞0.01 mm 的葉片數、實際值與次級反饋值（ACT-SEC）＞0.05 mm 的葉片數，其中PLAN-ACT與ACT-SEC 分別要求＜0.1 mm 與1.25 mm。（2）故障次數：統計保養后時間周期為半年內MLC 的每月故障次數和趨勢，已排除由非葉片組件造成的故障。

2 結果

2.1 性能

如表1所示，分別測試和統計了首次保養前、首次分組保養（A 面改進保養，B 面常規保養）后、導槽鍍膜升級保養后的結果。PWM＞10的葉片數方面，與首次保養前比較，分組保養后、導槽鍍膜升級保養后均減少。PWM 平均值與標準差方面，與首次保養前比較，分組保養后、導槽鍍膜升級保養后均降低。PLAN-ACT＞0.01 mm與ACT-SEC＞0.05 mm的葉片數方面，與首次保養前比較，分組保養后、導槽鍍膜升級保養后均減少。

表1 MLC PWM 測試值與走位精度統計結果

2.2 故障次數

MLC 葉片為期1年的故障統計如圖3所示。常規保養后半年內MLC 的B 面故障次數為9次；改進保養后半年內MLC 的A 面故障次數為5次；導槽鍍膜升級保養后半年內MLC 的總故障次數為5次。故障總次數的趨勢在分組保養后呈現先降后升的趨勢，在導槽鍍膜保養后處于低位穩定水平。

圖3 MLC 葉片為期1年的故障統計

3 討論

MLC 是臨床進行精確放射治療不可或缺的重要硬件，其葉片的到位精度對滿足臨床高精度技術需求方面發揮著至關重要的作用[7]。為實現復雜的調強放射治療計劃需要葉片進行頻繁往復的運動，這是造成MLC 故障率高的主要原因。此外，隨著MLC 使用時間的延長，葉片阻力增加，導致NUT松動與馬達超負荷運行，甚至絲桿變形，進而影響葉片到位精度，最終致使MLC 頻繁報錯。

本研究結果顯示，性能方面，與首次保養前比較，分組保養（A 面改進保養，B 面常規保養）后、導槽鍍膜升級保養后的葉片阻力及葉片到位精度均較好；表明適時保養可減小葉片阻力，保障葉片到位精度。本研究結果還顯示，故障次數方面，在分組保養后呈現先降后升的趨勢，在導槽鍍膜保養后處于低位穩定水平；具體而言，常規保養后半年內MLC 的B 面故障次數較多，分析與MLC 本身壽命周期相關，而改進保養后半年內MLC 的A 面隨著使用時間的延長故障次數有所增加，考慮與改進保養中采用潤滑劑潤滑葉片有關，潤滑劑易吸附灰塵，從而導致葉片故障。因此，針對MLC 的保養，采用改進保養方法短期內能有效降低葉片阻力，但易吸附灰塵，可考慮縮短保養周期，或加做導槽鍍膜升級保養，從而減少故障次數。

綜上所述，改進保養、常規保養、導槽鍍膜升級保養均能降低葉片阻力，提高葉片到位精度，減少故障次數，尤其是導槽鍍膜升級保養可以大幅度減少故障次數，并將故障次數維持在平穩狀態，這為臨床放射治療工作的順利開展以及放射治療精度的確保提供了可靠保障。