螺旋斷層放療系統故障分析與維修

王文保，張陵，劉娟，方興平，閆婧，楊覓

1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 腫瘤中心放療部，江蘇 南京 210008；2.中核安科銳（天津）醫療科技有限責任公司，天津 300399

引言

螺旋斷層放療系統（Tomo Therapy，TOMO）是將6 MV加速器集成在CT機架中，并通過CT圖像引導，主要進行扇形束流調強治療，其可實施調強放療、圖像引導放療、劑量引導放療和自適應放療技術，是目前最先進的設備之一。TOMO機器利用相關參數自動調節功能、磁控管的自動調節機制保證了穩定的劑量輸出，使其具有良好的靶區劑量均勻性。TOMO采用二元氣動多葉光柵（Multi-Leaf Collimator，MLC）系統調制照射野，葉片運動速度達250 cm/s，具有調制能力強、適形度高等優點[1]。大型醫用機器因功能、結構等方面更具復雜性[2]，內部參數等軟件故障和零部件損壞等都會影響TOMO的正常使用。本文針對磁控管故障導致的劑量率不穩定、MLC系統報錯故障進行分析，并給出具體排除方法，以為同行在處理相關維修、保養機器時提供參考。

1 基本原理

1.1 TOMO磁控管結構及工作原理

磁控管是TOMO的核心部件之一，其主要結構包括陽極及振蕩系統、陰極及加熱燈絲、磁鐵、冷卻設施、調頻機構等。磁控管實質上是一個置于恒定磁場中的二極管，可以通過采用穩頻措施和改善微波傳輸系統控制磁控管頻率的穩定程度。管內電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場控制下，與高頻電磁場發生相互作用，將從恒定電場中獲得的能量轉變成微波能量。電子進入加速管形成射線，并經過劑量檢測反饋給機載計算機（On Board Computer，OBC），傳遞控制信號給磁控管，從而實現對輸出頻率的實時調整，進而實現劑量率穩定[3-4]，見圖1。

圖1 螺旋斷層治療裝置磁控管工作示意圖

1.2 MLC組成及工作原理

MLC可以通過計算機控制MLC各個葉片的運動，形成臨床所需的不規則形狀射野進行照射。相對于鉛擋塊，MLC具有適形性好、可節約時間和經濟成本的優點，同時避免了因更換鉛擋塊導致的相關問題[5]。TOMO的MLC系統是由2組64片互鎖設計的氣動二元葉片和MLC驗證板組成。葉片運動的動力來自清潔高壓空氣，空氣的增壓、干燥、清潔與空氣壓縮機、干冷機及過濾器等TOMO附屬設備密切相關。在治療中，患者治療計劃參數經前處理計算機傳輸給MLC控制板，控制MLC運動。實際MLC葉片運動情況由MLC驗證板校驗及反饋控制板調控（圖2），任一個葉片位置和指令存在偏差，則MLC停止運動并報錯[6]。

圖2 螺旋斷層治療裝置MLC各部件側面圖

2 故障案例

2.1 故障一：磁控管故障導致的劑量率不穩定

2.1.1 故障現象

機器使用過程中出現“The Dose Control System has encountered an interrupt.The hardware may require service.”提示，詳細的報錯描述為“DCS：Number of consecutive dropped pulses 161 exceeds limit of 160”。該報錯為機器曝光時，機器劑量控制系統（Dose Control System，DCS）中的射線實際測量值與機器內設置的相關參數偏差過大，即劑量率不穩定。復位后續接即可繼續治療，但報錯頻繁。

2.1.2 故障分析

TOMO出現此類報錯，首先考慮與機器的DCS相關參數有關。機器內部有參數自動調節功能，如DCS參數與磁控管性能匹配出現誤差，調節能力變弱或消失，即出現此報錯頻率升高，最終導致機器無法工作；其次是硬件方面，如磁控管“老化”。由于長時間處在高電壓、強電流狀態下，并且電場和磁場的場強不斷變化，故磁控管部件容易“老化”[4]，從而導致對電子的加速不夠，最終造成機器輸出劑量不穩定。

2.1.3 故障排除及維修

首先校準機器的DCS相關參數。校準結束后，需要將機器計算機內的DCS參數更改成最新校準的結果，再觀察機器運行情況。當DCS參數校準后，機器的輸出值仍達不到標準時，就需排查磁控管。而磁控管故障典型的現象是報錯頻率升高，符合本次報錯特點。此時需要工程師在SERVICE PC上使用校準軟件嘗試性輸出射線，同時使用故障排查軟件監控機器的狀態。通過監控波形觀察到參數曲線的異常變化，表明磁控管給電子的加速不足，確定控管部分出現問題。經拆機查看，磁控管確有打火現象，造成磁控管無法為電子提供足夠的加速能力；同時更換磁控管后，機器恢復正常。

2.2 案例二：MLC故障

2.2.1 故障現象

機器治療中出現“MLC leaf is in wrong position”提示，詳細報錯描述為“final leaf activational error puts the occurrences over the tolerance”或“final leaf positional fault”。該報錯為特定的某個葉片位置錯誤，在得到指令之后未能及時運動到指定位置。該故障出現時，機器處于shutdown狀態，治療師經過重啟機器，可繼續使用，但報錯頻率逐漸升高。

2.2.2 故障分析

TOMO出現MLC報錯的概率較高，這與MLC運動頻繁，葉片運動速度快且急動急停有關。MLC葉片未到達指定位置，首先考慮并查看氣體壓力是否穩定、葉片有無損壞等；其次考慮MLC電路板老化或損壞而導致的故障。

2.2.3 故障排除及維修

初步排查上述可能存在故障的位置。① 查看供氣氣壓及MLC葉片情況。機器的供氣氣壓正常，機器內部沒有漏氣現象；拆開檢查機器，各個葉片位置正常，齊整，由此判斷MLC的葉片是處于正常狀態。② MLC電路板的檢查。采取交換MLC兩側的電路板的方法，重啟之后，機器在治療中仍出現該報錯，由此判斷與電路板無關。③ MLC其他組件的檢查。MLC每個葉片運動都是氣體推動的，葉片的運動故障，也可能是內部推動葉片運動的緩沖器故障。在排除了供氣氣壓、電路板及MLC本身的故障（手動推時葉片運動流暢）后，可考慮更換緩沖器。

更換緩沖器時，切斷機器與空壓機之間的氣體連接，發現開關處有大量水流出，往前一級（空壓機及干冷機）查看時發現干冷機未工作。因此斷定：氣體壓縮時未經干燥除濕，導致輸送到機器的氣體濕度較大。高濕度氣體高速打入設備內部會加劇MLC電板的損壞，如果大量的水分進入MLC的控制端口會損壞MLC的相關控制部件[1]。此次MLC報錯，通過排查干冷機故障及其修復，更換備件得以解決，MLC恢復正常狀態。

3 討論與總結

TOMO是在圖像引導下以360°螺旋照射方式治療，有照射范圍大、劑量分布好的優點。但也存在故障率高的情況，多為劑量率、磁控管、MLC等[7]故障，從而造成治療中斷。醫療設備發生故障的原因較多，既與機器本身結構設計、部件制造工藝等因素有關，還與使用時間、使用頻率、操作技術、保養維護水平及使用環境等因素有關[8]。

磁控管內部結構復雜、精細，是機器提供長時間及穩定劑量率出束的保證，在日常工作中必須保持其良好的工作狀態[7]。磁控管故障維修需熟悉磁控管的組成及工作原理，出現故障可快速找到問題所在。同時，要做好磁控管的維護保養，如定期“交換”磁控管及對更換的磁控管進行訓練，使其達到最佳狀態[9-11]。

MLC是當前放射治療機器中的精密性組件，結構復雜。MLC葉片及電路板長時間使用容易老化，高壓空氣的壓力穩定性和干燥程度都可能導致故障的發生[12]。而MLC運動的高精準度及良好的工作狀態決定了整個治療方案的實施效果。日常中對MLC系統工作狀態的觀察、維護保養及附屬設備的檢查[13]，是降低MLC故障率的有效方法。

綜上所述，在TOMO機器的使用過程中，工作人員必須按規范操作，對于機器的不正常表現要及時發現、記錄、處理或報修；每天查看機房溫度、濕度，打掃機房環境，保證機房良好通風，做好控制環境溫濕度等工作[14]。維修工程師對機器的維護保養需做到科學、規范、全面，并做好配件提前準備和及時升級機器的硬軟件等針對性的預防措施[15-17]。日常工作中維修人員需多總結維修經驗、多參加培訓交流活動、多查閱最新文獻獲取最前沿技術進展，培養能夠及時處理故障的能力[18]。同時應將保養維護與迅速處理故障相結合，才能有效降低機器故障發生率，提高機器使用率，使設備更好地為患者服務。