SGS-I型立體定向放射治療系統故障及排除方法淺析

孫士釗，宋長龍

（廣東省農墾中心醫院，廣東 湛江 524000）

1 SGS-I型伽瑪刀基本機械電氣構造

伽瑪刀由主機機械系統、電氣控制系統、立體定位系統和放射治療計劃系統等4部分組成。

1.1 主機機械系統

主機由射線源裝置、屏蔽門、治療床、定位支架及活動床組成，如圖1所示。

圖1 伽瑪刀結構圖

1.1.1 射線源裝置

放射源裝置由放射源、源體、準直體、準直系統、驅動單元和屏蔽體組成。放射源裝置是60Co 源的載體，同時也是用來進行射線準直聚焦和旋轉照射的系統。

源體也叫源匣（放射源的載體），由耐蝕鑄鐵制成，可保持長期不生銹，它是一個半球殼體，制有36個安裝鈷源及預準直器的通向球心的孔，以引導射線束在球心聚焦。36個孔分成4組，每組9個，按螺旋線分布。源體左端裝有源體套筒，以1對軸承支承于屏蔽體上，由伺服電機驅動慢速旋轉。旋轉時，形成了30個射線束錐面，其幾何軌跡無一重疊，因此對患者正常組織損傷最小。

圖2 放射源結構圖

圖3 源匣結構示意圖

1.1.2 驅動裝置

源體是由源體伺服電機經渦輪、渦輪桿減速傳動進行驅動，準直體是由準直體伺服電機經渦輪、渦桿進行驅動，源體伺服電機尾部上安裝有編碼器，其信號可與準直體伺服電機尾部上的編碼器信號進行比較，使源體和準直體實現準直孔大小的選擇、屏蔽棒（用于關源）的位置或治療時的同步旋轉。

圖4 驅動裝置結構圖

1.1.3 屏蔽體

由鑄鐵制成，為半球形包圍著源體、準直體以及其中的治療空腔，內部安裝支承源體的套筒和1對軸承，右端以階梯環與屏蔽門框連接，屏蔽體一側開有階梯孔，包涵緯度14°～43°范圍，作為在裝取放射源時的通道并備有完全密合的屏蔽階梯塊，在非裝源時屏蔽射線。

屏蔽門分上下門扇，也是鑄鐵制成，它們是2個有水平轉軸的半圓柱體，關閉時相互以上下門沿的階梯縫嚙合，以防輻射泄漏。治療時，伺服電機經齒輪和蝸輪減速箱和1對齒輪后驅動兩扇門繞軸轉90°開啟，使病人頭部可隨治療床進入治療位置。治療結束，先退床，然后驅動機構反轉，屏蔽門再次緊密地關閉起來。由于屏蔽門及準直體處在射線關閉狀態，對機房和伽瑪刀操作位置同時具有防護輻射的功能，形成了雙重屏蔽，輻射泄漏大大減少。

圖5 屏蔽體結構圖

1.2 電氣控制系統

電氣控制系統由2臺可編程邏輯控制器、四軸電機控制器、Servo電機控制器、驅動器、變壓器等硬件和控制軟件組成。能夠對源體和準直體的同步跟蹤旋轉、準直器的選擇、屏蔽門的開啟和關閉、治療床的前進、后退和定位等功能實現自動控制，同時還可以對門與床安全聯鎖狀態、與外部設備安全聯鎖狀態及設備自身的狀態進行動態監測，具有輻照時間的雙計時器控制，準直器和定位精度的實時監控，故障報警等功能，此外還配備有視頻監視系統、對講系統、UPS供電系統、狀態指示和報警系統。

1.2.1 電源系統

電源系統由市電220VAC供給，內置在線式UPS，再經過各變換裝置變換成所需的各種交直流電壓。采用在線式UPS的原因是為了保證在外界電源斷電后，設備可正常運轉30min以上，使正在進行的治療過程不至于因外界突然停電而中斷。

1.2.2 控制臺和操作臺

控制臺包括：操作臺、控制計算機、輻射報警儀、對講和監視系統。

操作臺上裝備有控制按鈕、狀態指示燈、報警器、計時器等。治療和其他作業過程只能在操作臺啟動；在需要時，可在操作臺上中止治療和其他作業過程；當遇到緊急情況時，按急停開關可快速退出治療。治療過程中設備的狀態在操作臺的相關部位得到顯示，操作人員對整個治療過程情況一目了然。操作臺的布置見圖6。操作臺和頭部伽瑪刀主機、電控柜、監視器、對講裝置的聯系通過地下電纜連為一體。

圖6 控制臺面布置圖

1.2.3 計時器系統

SGS-I型伽瑪刀的輻照劑量控制由2個獨立的計時器組成，它們采用冗余組合，并且能獨立中止輻照過程。當系統開始輻照時，一個計時器正向計時，另一個計時器反向計時，計時值在操作臺的REMAINING TIME和ELAPSED TIME顯示器顯示。當一個計時器發生故障（即2個計時器的計時值相差大于5s）時，將中止當前的治療過程；當輻照被意外中止后，當前計時器的數值將分別被保存在計時器內，并在操作臺的REMAINING TIME和ELAPSED TIME顯示器顯示。

2 SGS-I型伽瑪刀常見故障分析及排除方法

2.1 設備準備治療階段故障分析

2.1.1 UPS電池報警

原因分析：電池充電不足。排除方法∶電池充好電以后再用。

2.1.2 UPS失效

原因分析：UPS出現不可逆損壞。排除方法：更換同型號UPS。

2.1.3 驅動器上電失敗

原因分析：峰值電流過載。排除方法：斷電后重新上電。

2.1.4 控制器或PLC通訊失敗

原因分析：操作過程中，啟動順序錯誤。排除方法：控制計算機啟動后，再啟動控制盒或使用控制盒重新啟動按鈕。

2.1.5 讀取治療數據錯誤

原因分析：治療數據文件格式錯誤或數據超出設備限制。排除方法：重新審定治療數據文件。

2.2 設備初始化過程中的故障分析

2.2.1 三維治療床X/Y/Z軸初始化失敗

原因分析：（1）設備未找到X/Y/Z軸初始位置。排除方法：斷電后，通過手輪將三維床的X軸搖到初始位置附近。（2）X/Y/Z軸零位開關失效。排除方法：更換或調整開關。

2.2.2 源體、準直體初始化失敗

原因分析：（1）源體、準直體不在初始位置附近。排除方法：在控制計算機上交互給出源體、準直體的大體方位，引導系統完成初始化。（2）源體、準直體零位開關失效。排除方法：更換或調整開關。

2.2.3 源匣不在零位

原因分析：（1）源匣在儲源罐中，但沒能觸發源匣零位開關。排除方法：用遙控操作將源匣拖回零位后，繼續初始化。（2）源匣零位開關失效。排除方法：更換或調整開關。

2.2.4 超時停頓

原因分析：某驅動電機因某種原因意外停止或沒有響應。排除方法：按下故障確認按鈕，自動退回主畫面，重新初始化設備。

2.3 治療過程中的故障分析

2.3.1 儲源罐門開啟故障

原因分析：儲源罐門有機械卡阻或電機驅動失效或罐門開位開關失效。排除方法：如果能重新初始化，則再執行治療程序。否則終止治療，用遙控關門。

2.3.2 設備沒有運行到規定位置

原因分析：（1）可能是三維床沒能運行到目標位置。（2）可能是源體未運行到目標位置。（3）可能是準直體跟蹤精度超差。排除方法：系統自動關閉射線束，按下故障確認按鈕，自動退回主控制畫面，重新初始化設備，并繼續治療。

2.3.3 計時器故障

原因分析：2個PLC計時相差超出5s。可能是PLC通信失效。排除方法：系統自動關閉射線束，按下故障確認按鈕，自動退回主控制畫面，重新初始化設備，并繼續治療。

2.3.4 準直體撞安全保護環

原因分析：可能是照射回轉角度超出限制。排除方法：審核和糾正治療數據，最好能先執行坐標檢查程序，然后執行治療程序。

2.3.5 準直體開度＞10°

原因分析：準直體執行開束時，理論開度為9°，超過10°則報警。排除方法：系統自動關閉射線束，按下故障確認按鈕，自動退回主控制畫面，重新初始化設備，并繼續治療。

2.4 結束治療過程中的故障分析

2.4.1 設備沒有能運行到規定的位置（準直體關束失敗）

原因分析：準直體驅動失效或有機械卡阻現象。排除方法：系統自動關閉射線束，按下故障確認按鈕，自動退回主控制畫面，重新初始化設備，并繼續執行程序。

2.4.2 設備沒有能運行到規定的位置（治療床回零位失敗）

原因分析：X和Y軸驅動失效或有機械卡阻現象。排除方法：系統自動關閉射線束，按下故障確認按鈕，自動退回主控制畫面，重新初始化設備，并繼續治療。

2.4.3 源匣解鎖失敗

原因分析：源匣解鎖驅動失效或有機械卡阻現象或解鎖開關失效。排除方法：試著用遙控盒操作源匣解鎖、源匣拖回儲源罐、關閉屏蔽門。

3 SGS-I型伽瑪刀故障處理程序和應急處理方法

3.1 應急處理方法

（1）故障特征：在治療過程中，上位控制計算機死機。應急處理方法：重新啟動計算機，并進入治療界面，但不能關閉控制盒上的電源開關，等待主控制器將當前靶點執行完畢后，系統重新初始化，并能自動接著下一個靶點繼續治療。

（2）故障特征：在治療過程中源體和準直體、治療床運動失控撞到并觸發安全保護環。應急處理方法：控制系統自動切斷所有電機驅動器電源，所有運動停止，以保護病人的人身安全為首要原則。通過監視系統觀察病人和設備各軸的位置情況，在控制盒上給驅動器上電，用遙控盒操作，首先關閉射束，再將X和Y移到中心位置，然后再啟動初始化程序，引導設備回到安全狀態。

（3）故障特征：出現故障后，用遙控盒操作失敗，用重新初始化方法也失敗。處理方法：首先關閉控制總電源，然后進入機房施行人工手操作，操作順序為用最快的速度關閉射束，用專用小車拖出病人，關閉機房門，在門上貼警示標志，通知廠家。

3.2 故障處理程序

3.2.1 在儲源罐門開啟之前的故障處理

由于放射源還在儲源罐中、儲源罐門關閉，設備處于環境劑量要求狀態，此時設備非常安全，操作人員都可以進入機房內觀察和處理故障，也可以通過重新啟動初始化，靠控制系統自動修復某些故障，然后繼續治療。

3.2.2 在儲源罐門開啟之后、開射束之前的故障處理

當控制程序啟動治療程序后，已經執行到開啟儲源罐門，并將源匣加載到源體上的情況時，被治療的病人在設備中，但只要射線束沒有開啟，對病人而言輻射防護是安全的。操作人員可以重新啟動初始化，靠控制系統自動修復某些故障，然后繼續治療。如果啟動初始化還不能修復故障，則啟動手動遙控程序，用手動遙控盒將源匣拖回儲源罐、關閉屏蔽門，撤出病人，報廠家修理。

3.2.3 在開啟射束之后的故障處理

當控制程序啟動治療程序后，首先，將源匣加載到源體上，之后將病人的病灶靶點移動到焦點處定位，然后，開啟射束進行回轉照射。此時的病人正在接受射線照射，所以處理故障要特別小心。第1原則是盡快和最大可能地關閉射束，第2原則是盡可能地將源匣回儲源罐、關屏蔽門，第3原則是保存已經治療時間。以上3原則控制系統可自動實現。步驟如下：

（1）在控制計算機上按“確認故障”，自動返回控制主畫面。

（2）選手動遙控功能，用手動遙控盒將準直體轉到關閉射束位。

（3）再按下“初始化”按鈕，重新初始化設備。

（4）如電動方式失敗。需操作人員進入治療室，手動關閉準直器，并將病人拖出治療室。

（5）出故障時，病人不可長時間停留在準直器打開狀態下，也應盡量縮短在準直器關閉狀態下的時間。

4 結語

以SGS-I型立體定向伽瑪射線全身治療系統為代表的國產SGS-I型立體定向放射治療系統相對穩定，機械工藝優良，常見故障較為普遍，通過適當的排障方法可以保證正常使用，提供安全有效的醫療服務。