螺旋斷層放射治療設備常見故障處理及原因分析

李洪明 于 浪 孫顯松 王欣海 胡 克 張福泉 邱 杰*

螺旋斷層放射治療設備(TomoTherapy)集圖像引導調強放射治療、自適應放射治療等技術于一身，其硬件組成及劑量調制方式不同于常規加速器，因此具有靶區劑量均勻性好、適形度高、毒副反應小等優點[1]。本研究統計分析自2012年12月1日至2016年12月1日北京協和醫院放療科螺旋斷層放射治療設備的故障情況，為準確判斷故障、縮短停機時間以及提高開機率提供依據。

1 TomoTherapy結構與功能

TomoTherapy是一種全新的調強放射治療設備，采用直線加速器代替球管安裝在X射線計算機斷層成像(computed tomography，CT)滑環機架上，使用扇形束實施旋轉照射，機架旋轉一周有51個投射野，采用64片二元氣動多葉光柵調制照射野[2-3]；其兆伏級CT(megavoltage CT，MVCT)圖像與定位CT進行配準，可減少擺位誤差[4-6]。治療過程中，通過機架的旋轉，葉片開關狀態的改變以及治療床的運動實現高強度的劑量調制，配合圖像引導技術及自適應放射治療技術，提高腫瘤治療的精度，減輕不良反應。

2 TomoTherapy故障概況

TomoTherapy故障是指設備出束中斷，不能夠接續的情況。少數故障可自行處理，多數故障需工程師維修。截止到2016年12月1日設備總的故障情況見表1。

表1 設備故障統計

3 TomoTherapy故障案例

3.1 靶故障

(1)故障現象。靶徹底損壞前2～3周出現射線質變差，頻繁的出現劑量率不穩等。

(2)原因分析。靶是產生X射線的重要部件之一。2014年10月前，TomoTherapy應用開放的旋轉靶，升級后設備應用密封的固定靶，靶的故障均發生在應用旋轉靶期間。靶安裝在加速管末端，厚度約為l mm，直徑約為20 mm，外邊沿為鋸齒狀的鎢合金圓盤，內循環水直接沖刷驅動靶旋轉同時也為靶散熱。循環水應用的是去離子水，但隨著出束時間的增加，去離子水被電離并產生過氧化氫(H2O2)，H2O2對靶的氧化腐蝕是造成靶損耗的主要原因。固定靶至今未出現故障，這與循環水不和靶直接接觸，減少腐蝕有直接關系。對比常規加速器200～600 cGv/min的劑量率，TomoTherapy 850 cGv/min左右[7]的劑量率也是引起靶高故障的因素。治療過程中靶不間斷高強度的工作也加速了靶的損耗。因此TomoTherapy靶更換的頻率較高。靶損耗后導致其厚度變薄或出現凹槽，高速運動的電子撞擊靶面后會引起X射線質和量的變化。因此，在換靶前數周出現射線質變差和劑量率不穩等預警信號。新舊旋轉靶的對比如圖1所示。

圖1 新舊靶對比示圖

(3)處理方法。更換新靶，換靶需要移動加速管和排出循環水等準備工作，新靶需進行復雜的物理測試，需要很多時間，因此要提早判斷靶的損耗情況，申請新靶，擇期更換。

3.2 磁控管故障

(1)故障現象。劑量率過高或過低導致出束中斷；瞬時的高尖脈沖輸出等。

(2)原因分析。磁控管為加速管提供足夠大的射頻能量以建立加速場，使電子在轟擊靶之前獲得足夠的動能。磁控管內部結構復雜、精細，為了滿足長時間及高劑量率的出束要求必須保持良好的工作狀態，其工作狀態直接影響到輸出劑量率的穩定及磁控管的使用壽命，因此故障率較高[8-9]。

(3)處理方法。先執行3～5次設備配備的5 min預熱計劃，進行簡單的磁控管老練，再執行患者點計量驗證計劃，查看故障是否消失。若故障依舊，則執行Rot_Var計劃，將結果與金標準對比，確定磁控管的工作狀態。如磁控管打火不頻繁，可行專業的磁控管老練后繼續使用；如果打火頻繁，只能更換新磁控管并老練。

3.3 MLC故障

(1)故障現象。工作站報多葉準直器(multi-leaf collimator，MLC)leaf in wrong position等。

(2)原因分析。TomoTherapy采用64片二元氣動多葉光柵，葉片每20 ms開關一次，當葉片位置錯誤時首先要查看氣壓，正常氣壓應為60 psi，確定葉片的驅動力是否正常[10]。再檢查MLC驗證板，驗證板由前后2塊組成，分別驗證前后MLC葉片的到位精度，是精確放射治療的重要保證，驗證板內有光耦器件，受射線輻射后易損，因此長時間使用會導致其老化進而導致故障的出現。MLC葉片運動速度快并且急動急停，在治療計劃設計時MLC的調制起到至關重要的作用，其運動過于頻繁可引起葉片本身故障或MLC Controler出現編碼錯誤等。

(3)處理方法。先查看氣壓表確定動力方面有無問題，再查看MLC葉片是否整體移動，來排除MLC Controler故障。如聯鎖顯示單個葉片位置錯誤，可對比觀察問題葉片的運動速度，速度和(或)位置無異常，需更換MLC位置驗證版；速度和(或)位置出現明顯差異推測是葉片本身的問題，需要整體更換MLC組件。

3.4 溫度和濕度的影響

溫度和濕度對設備部件使用壽命的影響已有很多文獻報道[8]。溫度升高可造成部件尺寸發生變化，導致其工作頻率發生變動，影響部件的正常工作。室溫高時故障次數相對較多，且室溫＞20 ℃時故障次數明顯增多。TomoTherapy僅通過去離子水在設備內循環實現系統冷卻，與配備室外水冷機的常規加速器相比散熱效率略低，循環水溫＞44 ℃時設備將自動停止出束。因此溫度對設備故障有很大影響。季度故障次數與季度平均溫度的關系如圖2所示。

圖2 溫度濕度與設備故障關系曲線圖

高濕度增加電導，易導致電路板打火損壞部件[10-11]。MLC由氣泵壓縮空氣產生的高壓氣體提供動力，高濕度氣體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。因此，尤其注意對高壓氣體的干燥，定期檢查并更換干燥劑等，以減少高濕度對電子元件的損害。

3.5 其他故障

設備內部通訊錯誤通常選擇重啟設備的方法來解決，讓設備軟件方面重新搭建通訊，該方法能處理多數通訊錯誤。涉及服務器與設備之間的通訊問題可嘗試先重啟服務器，需采用再重啟設備的方法。重啟服務器需要嚴格的按照操作步驟，操作不當易造成數據的丟失引發醫療事故，需請專業人員進行此項操作。旋轉靶需要去離子水直接沖刷冷卻，靶的損耗易導致水質變差和水中氣泡的增加，引起其他部件水流過低、冷卻不足。劑量率故障與靶的損耗、磁控管打火等多種因素均有關，因此要定期檢查相應部件的損耗情況。劑量率不穩時可通過微調pfn、mgv等來解決；加裝劑量率控制系統(dose control system，DCS)后劑量率故障明顯減少，表明軟件的版本對設備故障有較大影響。鉛門故障多由驅動器引起，維修時需要更換鉛門驅動器。

4 結語

TomoTherapy設備48個月的維修數據顯示，其故障率高與其高劑量率、高工作負荷、設備軟硬件配置及溫度濕度等有直接關系。通過對常見故障現象、處理方法和故障原因的分析，可對部件工作狀態進行預判，提前申請配件，縮短停機時間，提高開機率，讓螺旋斷層放射治療設備更好地服務于臨床，造福患者。