醫用質子重離子系統運維要點解析

劉 鵬，王 嵐，朱春杰

（上海市質子重離子醫院，上海市質子重離子臨床技術研發中心，上海質子重離子放射治療工程技術研究中心，上海 201315）

0 引言

質子重離子射線裝置在腫瘤治療領域的應用得到了廣泛認可。目前，在我國應用于臨床使用的質子/重離子治療中心已經有3家，分別建在山東、上海和臺灣，在建和準備投資建設的質子或重離子中心超過70家[1]。我院引進的Siemens質子重離子設備（IONTRIS系統）是一套能同時產生質子和重離子2種射線的粒子治療（particle therapy，PT）系統，價格昂貴，規模龐大。該治療系統于2003年開始調研和技術論證，2014年建成并完成臨床試驗，2015年5月8日正式運行。我院的主要醫療工作都圍繞著PT系統開展，因此該系統高效的運維將會對醫院的整體運行起到關鍵作用。因此，本研究主要通過總結我院的運行經驗，分析PT系統的運維要點，實現PT系統的高開機率，造福更多的腫瘤患者，同時為即將運行的同類質子或重離子治療中心提供借鑒[2]。

1 PT系統運維的難點

PT系統包含了PT主系統和輔助系統，整個系統昂貴、龐大，目前世界上在運營的質子或重離子中心都只配備了一臺PT系統[3]。影響PT系統運行的風險因素很多，包括離子源系統、射頻系統、真空系統、水冷系統、束流診斷系統、磁鐵系統、供電系統、壓縮空氣系統、供氣系統、治療系統、計劃系統、束流應用監測系統、輻射監測系統、個人輻射安全聯鎖系統等，其中任何一個系統出現故障都會造成治療中斷。長時間中斷治療，不僅會影響腫瘤患者的治療效果、造成醫患關系的緊張，還會給醫院正常運營造成輿論影響[4]，因此PT系統的運維非常重要。經過幾年的摸索和探討，我院后勤保障部門匯總了PT系統運維中的幾個主要難點：

（1）輔助系統如水冷系統、供電系統、暖通系統等是PT系統正常運行的保障支持系統，其中水冷系統溫度控制精度要求小于±0.5℃，治療室溫度控制精度要求小于±1℃，供電系統要求主電網波動不得超過150 ms，超過以上要求就會造成整個PT系統中斷40 min以上，因此保障難度很大[5]。

（2）整個PT系統全長190 m，備件種類繁多，但是現場的存儲條件只允許存儲部分常用備件，因此備件的使用管理對于系統故障恢復起到關鍵性的作用，這也是保障管理的難點。

（3）PT主系統和附屬供電、水冷、暖通等系統相對孤立，使得PT整體系統的后勤運維工作的管理難上加難。

（4）PT主系統和輔助系統每年都需要維護保養，而維護保養除了占用周末和節假日之外還需要占用一部分工作日，導致臨床使用與設備的維護保養存在沖突。

（5）PT主系統的耗能比較高，輔助系統更是要求全年無間斷開機保障，因此采取有效的措施來減少能耗、降低醫院的運行成本是運維中的難點。

針對以上問題，有必要建立兼顧臨床使用與設備維護保養的整套運維體系及完善的管理制度和流程，同時搭建設備設施運維管理平臺系統，使PT系統運維更系統化、集成化、節約化。

2 提升PT系統運維的關鍵要素

2.1 專業運維工程師團隊的組建

PT系統的運行除了需要廠家駐扎醫院的維保團隊之外，針對PT系統高標準的輔助系統保障如供電、水冷、暖通等系統的要求，醫院還要組建一支專業性比較強的工程師團隊，包括電氣工程師、暖通工程師、自動化工程師、給排水工程師。另外，為了能夠更好地監督和管理維保廠商對于PT主系統的運維執行情況，醫院還要配備PT系統專業的加速器工程師。因此，運維工程師團隊成員要具備跨系統的專業協調和解決能力，成為PT系統真正的復合型專業技術人才[6]。

運維工程師的主要崗位任務是獨立處理PT系統及其輔助設備的技術難題。其主要工作內容分為以下幾方面：（1）制訂本專業的長期規劃，熟悉核心技術，強化技術創新和研發能力，掌握更先進工藝技術標準。（2）執行PT系統及其附屬設施的日常維保維修工作，制訂崗位職責管理制度、應急預案；改造、升級、優化附屬保障系統，優化運行參數。（3）編制運維的年度預算，定期評估預算執行情況，降低使用成本，落實細化預算管理。（4）與醫院其他臨床部門做好及時溝通，監督落實PT系統及其輔助系統的運維工作。（5）定期組織運維會議，及時向醫院管理層上報設備的開機率和運維情況。

2.2 運維的風險管控

PT系統的運維風險因素眾多，每一次的治療中斷都會影響全部住院患者治療的安排，因此在發生停機故障時，運維團隊要第一時間評估故障的嚴重程度和預估排除故障的時間，這個預估的時間對于臨床治療計劃的安排非常關鍵。因此，后勤保障團隊要做好運維的風險管控，要在停機故障發生前及時、快速作出預估。這就要求后勤保障團隊要結合運行經驗，采用“頭腦風暴”方法，把所有可能發生并影響到PT系統停機的風險事件項目羅列出來，梳理風險類型，分析風險要素，利用“脆弱性風險評估”的方法，根據可能發生的概率（0、1、2、3、4 分別代表不可能發生、幾乎不可能發生、可能發生、定期發生、時常發生）、對 PT 系統的影響（0、1、2、3、4分別代表不會造成中斷、不太可能造成中斷、可能造成中斷、會造成中斷、會造成重大中斷）、風險內部應對（0、1、2、3、4分別代表不適用、完善的方案、人員材料備件齊全、只有人員、沒有任何準備方案）、風險外部支持（0、1、2、3、4分別代表不適用、完善的方案、人員材料備件齊全、只有人員、沒有任何準備方案）4個分數項，對風險事件進行評估，得出相對風險值（詳見表1）。對于風險值相對較高的風險項目要實施風險管控，出具完善的實施方案，并對風險值排名前三的可能事件進行模擬演練。演練完成后要匯總意見進行后評估，運維的風險評估要每年進行一次。

表1 風險事件評估

風險管控實施方案中醫院內部的反應速度一般是可控的，但是外部應急反應往往不可控，因此實施方案中要特別注意尋求外部資源支持依據（如合同約定），細化到資源來源的渠道，如維修高空管道漏水的時候要搭臨時腳手架，那么腳手架的來源要清晰并且做到時間可控。

2.3 故障工單、停機時間占比與備件保障的分級管理

自2015年5月正式運行至2018年5月，PT系統共產生了2 025個故障工單，其中備件損壞造成的系統停機時間最長，見表2。由此可見，充足的備件供應在PT系統運維中起到非常重要的作用。但是由于PT系統龐大，包含幾千種備件，這些備件不可能全部都存放在醫院，而且大多數的備件價格又非常昂貴，因此需要對備件進行風險識別并分類，設定分級庫房和優先級（見表3）。

表2 備件更換的工單占比與停機時間占比情況

表3 風險識別后的分級庫房備件存儲情況比較件

通過對歷史故障工單的匯總分類與風險等級評估，我院優化了備件保障管理，把重要的備件全部存放在醫院。通過采用庫房分級存儲的方式既降低了備件的庫存和運輸成本，又在故障發生時提高了備件及時響應的效率。

2.4 維護保養計劃的合理制訂

PT主系統及輔助系統的正常運行離不開維護保養，除了每日的夜間停機保養之外，運維團隊還要協商進行一些周末保養以及幾次年度大保養，主系統和輔助系統的保養盡量穿插在一起，減少保養停機次數。每年的下半年要制訂下一年度的保養計劃，并與臨床科室和醫務相關科室共同討論通過后才能實施發布，以便于下一年度臨床治療的計劃安排。

運維團隊制訂保養計劃的原則是盡量把小保養放在周末、大保養放在大的節假日進行，盡可能地為臨床提供設備治療時間，減少患者排隊入院的等待時間，縮短住院天數，服務臨床、服務患者[7]。

2.5 PT主系統與輔助系統的集成管理

搭建一套重大醫療設施智能化運維平臺，把PT主系統及輔助系統，包括水冷、供電、純水、HVAC（空調）、BA（樓宇控制）、門禁、消防、PSS（個人安全防護）、輻射監測等系統全部納入集成管理，形成九大系統監控、九大綜合管理、大數據決策系統和BIM（建筑信息模型）技術應用相結合的運維管理平臺。其中大數據決策系統可以實現PT主系統和輔助系統的開機率計算，工藝冷卻水和變配電的故障診斷，PT系統故障統計、備件更換分類、故障工單分析等功能。與大數據決策相結合的還有手機移動端遠程應用，它可以進行故障報修和消息推送，大大方便了保障團隊的日常運維。大數據決策系統主界面如圖1所示。

圖1 大數據決策系統主界面

PT主系統和輔助系統集成管理的優勢在于實現了多系統統一管理、數據統一采集上傳、遠程訪問，尤其是PT故障報修系統的集成應用，實現了無紙化操作，使得故障信息登記的準確性、故障信息通報的速度都得到顯著提高；節省了治療師大量的信息流轉時間，減少了工作量，提升了臨床科室對設備信息化管理的滿意度[8]。

2.6 PT系統及輔助設備的節能管理

上海市節能和應對氣候變化“十三五”規劃里面明確提出了市級醫療機構“十三五”節能目標：能源消費總量35萬t標準煤，碳排放總量65.2萬t標準煤，單位建筑面積能耗下降5%（基數65.3 kgce/m2），因此，對于我院這種配置大型醫用質子重離子射線裝置的醫院，在做好基礎運維的前提下，積極進行節能管理，不僅是響應國家政策，也是為醫院創收，降低了醫院運行成本。

PT治療系統的額定功率為5 000 kWh，其附屬冷卻水系統額定功率為8 000 kWh，此外還有空調通風系統、照明系統等，整套系統的年耗電量非常大。PT主系統及輔助系統的節能管理工作主要圍繞著統籌系統運行時間和提升員工工作效率來開展。在完成同樣治療量的情況下，減少開機時間，實行周末關機，可以有效實現節能降耗的目的[9]。

目前，PT主系統及其輔助系統每周開機時間是17 h×6 d，而不是按照患者治療量來運行的。在規定的開機時間內，以日常質量保證（quality assurance，QA）和臨床治療的使用時間為基礎，制訂臨床治療計劃，綜合考慮設備開機運行的成本，完成當天治療量后進行關機或關閉一些能耗比較高的系統（如磁鐵系統），以實現節能目的。此外，在周末的非臨床治療期間，PT系統的主磁鐵系統可以完全關閉，用于冷卻磁鐵的水冷系統也關機，實現節能降耗。

3 結果

3.1 提高PT系統開機率

組建專業化的運維工程師團隊，進行電壓補償裝置、外電網檢測系統、應急定壓裝置升級改造等，解決了一些運維當中的技術難題；通過運維的風險管控和備件保障分級管理，提升了故障應急的處理響應速度，減少了整體系統停機時間；搭建PT主系統與輔助系統的集成管理平臺，使整體系統運行更智能化、系統化，提升了設備運維管理水平和工作效率。經過一系列的運維要點、要素的分析和管理，最終使得我院PT主系統開機率提高了0.97%，輔助系統始終保持在99.9%的高開機率（如圖2所示）。

圖2 PT主系統及輔助系統開機率統計

3.2 提升PT設備管理效率和質量

通過一系列的技術改造和搭建集成管理平臺，設備管理的應急響應速度得到提升，設備運行的基礎數據維護標準更加統一，設備質量控制和分析更加全面和直觀。通過集成平臺開展全員設備管理，建立了一個全員參與的設備運維活動，使設備性能達到最優，尤其是在設備維護管理方面，降低了設備故障率。此外，做好設備定期保養和應急維修保養工作，可以改善設備的運行狀況，延長設備的使用壽命。

4 結語

目前，從我院PT系統運行3 a多的情況來看，按照一年平均280個治療日來計算，設備的開機率達到95%的情況下，仍有平均14 d的故障停機，也就是說在每位患者一個月的療程期內患者平均中斷1.15 d的治療，這對于腫瘤患者來說是難以接受的。因此對于配備單臺大型質子重離子設備的治療中心來說，高開機率非常重要[10]。

PT系統運維體系具有集成、集中、方便、高效等優點，它可以使醫院后勤設備的管理更加智能化。因此，建立一套完善的PT系統運維體系，可以提升設備運行的管理水平、提高故障處理的效率、降低醫院的運行成本，同時也可以減少患者入院等待和患者住院的時間，從而減輕腫瘤患者的經濟負擔。