直線加速器及附屬設備的故障分析及維護管理*

蔣培源 解傳濱 戴相昆 徐壽平* 曲寶林 俞 偉

大型三級甲等醫院放射治療科的醫用直線加速器和附屬設備類型多，故障類型各不相同，由于接診患者眾多且工作量大，作為設備依賴型科室，一旦發生設備故障會影響整體工作流程。當患者在治療期間遇到長時間的停機故障，勢必會耽誤患者療程，甚至對劑量分割模式造成干擾，進而影響療效，增加工作人員壓力。

由于各類型加速器廠家的管理制度和維修效率不盡相同，提供的維修工單和故障統計不足以滿足用戶的管理需求，而用戶更需要符合科室工作流程的故障記錄方式，并制定以停機時長為主導的故障響應預案，將其納入到放射治療流程質量控制中，以加強對設備故障和維護保養的管理[1]。為此，本研究統計2015年1月至2018年3月期間在用加速器故障情況，探討醫用直線加速器及附屬設備的維護管理辦法。

1 加速器及外圍設備故障特點

加速器及附屬設備的故障特點因場地不同而多有差異，故障輕重緩急的程度是影響停機時長的關鍵。作為設備使用人員，最先面對故障的通常是物理師或治療師，對故障進行判斷甄別的經驗有限，但是可以通過工作流程的優化和科學的管控措施來減少不必要的停機時長[2]。如果故障能暫時恢復，可以擇期維修；如果故障嚴重，短時間無法恢復，就要盡早停機報修，推遲或調整工作日程，及時減小損失。

1.1 故障情況分類

收集解放軍總醫院2015年1月至2018年3月期間加速器故障情況，對故障現象進行匯總(見表1)。

1.2 加速器故障分析

加速器在日常使用中的故障大體分為:機械、束流、線纜、元器件和(或)電路板、軟件及外設等故障。同樣的故障現象可能涉及多個類別，如多葉準直器(multi-leave collimators，MLC)故障在各型加速器均較常見，可能涉及到機械、線纜、電路板及軟件等多個類別。

醫科達加速器MLC故障可能由光路灰塵、反光點耗損、反光鏡破裂、攝像頭性能下降、燈泡損壞、馬達驅動板有故障等導致，可以在維修模式下采取調整視頻線、移動葉片、更換燈泡、調光圈、對調馬達驅動板等措施暫時性應對[3-6]。

瓦里安加速器的MLC故障通常由葉片或Carriage導軌積灰、“T”形螺母或馬達損壞導致，偶爾會由軟電位器、二次反饋板故障以及MLC controller故障導致，個別情況還可能存在Headtransceiver板、馬達驅動板、電源及電源分配板、線纜、光纖、interconnect板等故障。在MLC的Hyperterminal軟件診斷界面里能看到故障日志，可以根據反饋的信息做相應調試，如重啟MLC電源并做初始化自檢、重啟MLC controller、更換“T”形螺母、清潔Carriage導軌和葉片、清潔或更換軟電位器、更換馬達，或者測量并調節電源分配板或二次反饋板5 V的DC電壓，對調二次反饋板和馬達驅動板等[7-9]。

表1 加速器及附屬設備故障情況分類匯總(例)

Tomotherapy加速器的MLC是由壓縮氣體驅動，做高頻高速的開和(或)合動作，bumper、到位驗證板以及MLC控制單元容易損壞，次級準直器Jaw的驅動也容易出現故障，MLC和Jaw均向機載控制電腦(On-Board Computer，OBC)反饋信息，OBC故障也可能導致MLC不能正常工作[10]。Cyberknife有12個固定孔徑準直器，放置在Xchange臺上，執行計劃前機械臂按預定軌跡自動更換，更換前后會通過2個線性電位器來識別準直器的口徑(M6機型由2個數字編碼開關識別)，識別信息都經由氣動工具更換控制單元(pneumatics tool changer control unit，PTCU)和Iris準直器控制單元(iris collimator control unit，ICCU)來處理并傳給系統，若機械臂不能自動更換固定準直器，或者更換后系統不能識別準直器而無法執行計劃，多是由線性電位器或數字編碼開關損壞、PTCU的供電電源耗損、PTCU或ICCU模塊故障以及機械臂故障等導致。

加速器的常見故障多有相關聯鎖提示，可以憑經驗進行初步調試。醫科達加速器要先查看機器狀態是否正常，檢查電源柜空氣開關及水氣參數，檢查高壓、真空以及束流參數，初始化或重啟機器，然后根據獲得的信息做相應調試，如發現機器狀態不對，先查看是否由聯鎖觸發，再對應聯鎖提示去尋找問題。瓦里安加速器在維修模式下可以觀察聯鎖，及時記錄各電位器和束流參數，要注意查看部分電路板的指示燈，檢查調制柜開關及Console伺服開關狀態，必要時拆開機殼測量部分直流電壓，對調電路板，測量線纜通斷等。其中，瓦里安加速器由于有大量的穿機架線纜將機架和靜態部分連接，線纜之間排列緊密，極易出現線纜磨損故障。

本研究收集的3年故障記錄中，更換頻率最高的是w14a、w14b、w13及w109線纜，這些線纜承載著JAW位置、機架位置反饋、防碰撞、靶盤位置及伺服電路等信號，發生故障時相應可能出現HWFACARRFOILEXQ1EXQ2等聯鎖，或者機架停轉、床不動、Touchguard無法消除等現象，而這些線纜磨損故障最顯著的特點是，通常機架在某些角度時才出現異常，或者隨著機架旋轉偶爾出現。這種情況應首先懷疑線纜磨損，直接查找故障信號對應線纜通道的阻值，必要時可用合格的空腳暫時替代，減少停機時長[11-12]。

Tomotherapy模塊化程度比較高，出現故障時調試手段不多，多數情況下通過模塊化更換硬件解決，維修簡便、效率較高，如果故障明顯，反復重啟不能恢復，則盡早停機報修。CyberKnife束流系統較小，結構相對簡單，部分故障可以暫時忽略，如自動更換準直器的故障可以手動更換替代，PTCU和UPS以及呼吸門控的報錯通常可以重啟暫時恢復使用。

1.3 附屬設備故障

容易導致停機的附屬設備包括外水、氣、監控及空調等，有些可能不屬于加速器標準配置，或者協議保修到期后不再追加保修狀態，時間一長容易被忽略，附屬設備運行不良直接影響加速器運行。加速器射頻與束流系統能耗高、散熱量大，需要維持恒溫來工作，一般使用循環水來交換熱量，循環水會保持一定的壓力和流速，也需要散熱。瓦里安和醫科達的加速器有外循環水路，通過調節外循環水的流量來調節內循環水的水溫，外循環水水溫則由水冷機控制。如果水冷機停轉，加速器可能無法開機，如果在工作狀態下水冷機停轉，內循環水會迅速升溫報警停機。水冷機與加速器分離，多置于設備層，需要定期檢查氟壓、水壓和水量及機油量。

Tomotherapy和CyberKnife加速器都只有一路循環水，其中Tomotherapy加速器循環水的熱量由內置的風冷系統實現散熱，這需要機房內的空調持續制冷，最好在機器后面單獨設置空調室內機，來降低機器散熱區域的溫度。同時，由于加速器的束流系統需要40 ℃左右的恒溫才能正常工作，開機如果水溫低，需要等待升溫后才能執行預熱程序。但Tomotherapy系統不能控制外設空調，如果機房內維持在低溫狀態，會增加開機時的等待時間，要求在關機時手動將外設空調關閉，等下次開機水溫升到40 ℃后再啟動空調。CyberKnife體型小，循環水較少，但水管細水壓高，容易出現接頭損壞脫落故障，也會造成意外停機。

瓦里安和Tomotherapy加速器都需要壓縮空氣供應。瓦里安加速器的靶盤由壓縮空氣驅動，氣體由一個外置的小型空氣壓縮機提供，多放置在設備層，如果壓縮機停轉，氣壓不足以驅動靶盤轉動，加速器將無法切換能量，報出CARR聯鎖。如果壓縮機長時間未檢查，氣罐可能積水，積水進入到管道內可能造成加速器氣缸積水損壞，甚至漏水的嚴重故障，定期檢查壓縮機手動排氣可以避免此種情況。Tomotherapy加速器的MLC完全由壓縮空氣驅動，其氣動單元需要至少60 psi的壓力，并且壓縮空氣必須干燥潔凈。如果醫院無統一供應的壓縮空氣，就要額外配置空氣壓縮機和干冷機，這些氣體供應設備都不在加速器保修范圍內，空氣壓縮機要定期加機油，干冷機要定期換濾芯，如維護不良，可能對MLC的壽命造成影響[13]。

加速器對機房內溫濕度要求較高，要求恒溫恒濕并且通風良好，空調要不間斷工作，尤其是氣溫高的季節，空調要持續運行，空調的室外機多置于設備層，與水冷機、氣體壓縮機和其他設備的室外機一并放置。這些室外機需定期檢查，及時清理背面的積灰，保持設備層通風順暢。此外，加速器機房多位于地下，在梅雨季節濕度高，容易對束流監測電離室造成影響。如果空調系統不能滿足濕度要求，則需額外裝配除濕機，除濕機產生的冷凝水需要及時排出。

2 加速器故障響應預案

根據設備的故障特點，結合科室工作流程，對故障期間每一個環節進行評估，制定故障響應預案，并根據停機時長將故障分級、提前安排和分流患者。

2.1 故障停機耗時環節

(1)故障甄別。當發現故障時，由現場使用者(物理師或治療師)結合加速器運行狀況和經驗故障進行簡單的甄別，記錄故障現象，如機架不轉、MLC葉片卡住、出現某聯鎖或報錯、聽到了異常聲音等，并嘗試排查問題，如根據聯鎖或報錯進入維修模式查看機械或束流參數，在安全前提下超越聯鎖測試，重啟測試等，拍照或截圖以記錄報錯和相關參數。故障甄別和記錄的時間最好在20 min之內，如果無法自行排查，則立即聯系醫院設備科或廠家售后。

(2)聯系溝通。聯系工程師時首先要將觀察到的故障現象描述清楚，必要的話可發送照片或短視頻進行說明，配合工程師在其指導下查看機器參數或實施調試判斷。如果與工程師溝通后能估算停機時長，則立即通報相關同事或上級，及時調整工作日程。聯系溝通的時間最好在30～60 min內完成。

(3)等待維修。如果醫院有設備科支持或有公司駐場工程師，此環節可以忽略。一般情況下加速器售后工程師能在數小時內到場，具體時間受加速器廠家管理制度和醫院對加速器的維保支持程度影響，如果本地無售后支持，可能要等1～2 d，在等待期間內盡可能準備好可能要用的工具和機器附屬配件，為現場維修節省時間；如果維修將在非工作時間進行，安排好人員留守；如果故障可能影響到束流參數，物理師需提前準備好質量控制工具。

表2 故障停機耗時

(4)現場維修。工程師到場后首先會確認故障，必要時會根據手冊進行檢測判斷，也經常用到假設猜測、對調相同零配件、分段測試信號等手段，修復的時間在3 h到2 d不等，受工程師經驗和水平影響。如果需要更換現場不常備的零配件，工程師會向公司發出申請，由物流配送，配送時長通常在3～6 h，如果無本地倉庫或國內無庫存，會在次日甚至數日后才能送達。更換零配件后還會根據情況進行必要的校準、調試以及物理質量控制，必要時需物理師到場，時間在數小時到數日不等。故障停機耗時環節見表2。

2.2 故障響應預案

由于加速器系統復雜，故障種類較多，停機耗時不確切，加之綜合醫院放療科多為門診患者，加速器發生故障停機會影響到治療日程，且腫瘤患者身體條件差，長時間等待會影響其情緒甚至增加痛苦，故可按停機時長進行故障的分級，隨時間的延續做相應對策[14]。

(1)停機＞3 h仍未恢復正常，屬于輕微故障，暫停或推遲半天日程，通知門診患者不再繼續等待。

(2)停機＞6 h仍無法估計后續時間，當天工作日程暫停，留出至少6 h維修。

(3)停機＞3日，甚至后續停機時間仍不能估算，故障較嚴重，可考慮為部分患者重新設計放射治療計劃，轉移到其他加速器進行治療，通報至科室從源頭做好患者的分流準備。

(4)停機＞7日或更長時間，則由科室管理層協調，將更多患者轉移到其他加速器，必要時重新調整劑量方案，分流后續患者，并按醫院制度作為醫療不良事件進行上報。如果故障停機時間能夠估算，則直接按照預估時間做相應的臨床對策。

維修完成后，現場值守人員要匯總記錄，包括故障日期、故障現象、停機時長、故障原因、維修內容、更換的零配件等。如果是附屬設備故障可以歸屬到相應加速器一同記錄。因人為原因操作不當(不熟悉或誤觸)導致的3 h以內的停機可不作故障對待，不作記錄。但對于故障可屏蔽(超越聯鎖、短路信號或對調電路板)暫時不停機的情況，應按故障記錄，停機時長為0，待工作日程完成后及時維修。擇期的維護保養不影響工作日程，不算故障，但應及時記錄。具體流程如圖1所示。

3 結論

鑒于不同廠家售后服務水平不同，醫院對每臺設備維保的支持程度也有差異，建立符合科室流程和工作習慣的故障響應預案，可以減小這些差異性所致的影響[15]。與加速器廠家提供的維修記錄相比，符合科室工作流程的故障記錄更便于科學管理，其整合了放療科各加速器及其附屬設備的所有維修及保養內容，一定程度上反映了每臺加速器的運行狀況，可在故障發生的第一時間為使用人員提供參考，通過每次故障發生的原因和前后次故障間的聯系，在下次可能出現故障前及時維護保養。如醫科達加速器MLC的馬達驅動板壽命由累積工作量決定，故結合該機器負荷情況以及故障機記錄中既往的更換周期，提前準備好新配件，下次再出現故障時只需即時更換，極大縮短故障停機時間。

圖1 基于停機時長的故障響應預案框圖

作為第一時間面對故障的使用人員，尤其是物理師和治療師，需要有一定經驗來對故障初步判斷和甄別。故障響應預案的實施能讓設備使用人員更多的參與到維護管理中，按照加速器實際運行情況定制保養策略，不斷積累經驗，從而形成良性循環，進而可降低設備的故障率，最終將使科室管理更加有效，并造福于臨床治療患者[16]。