基于Pearson相關(guān)系數(shù)的影響加速器故障率的多因素分析

霍曉慶，王守宇，王曉春，吳鵬，劉波，許劉楊，路平，苗戰(zhàn)會(huì)

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 a.放射治療科；b.腫瘤內(nèi)科，河南 新鄉(xiāng) 453100

引言

醫(yī)用直線加速器是一種用于惡性腫瘤患者放射治療的大型精密設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及眾多領(lǐng)域[1-2]。2019年相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，在我國(guó)每百萬(wàn)人口擁有1.5臺(tái)醫(yī)用直線加速器，低于世界衛(wèi)生組織的要求（2～4臺(tái)），與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠（6～12臺(tái)）[3-4]。這就意味著我們的直線加速器大多數(shù)都在超負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，承擔(dān)了更多更重的放射治療任務(wù)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究加速器故障維修的文獻(xiàn)有很多，但都僅僅是對(duì)加速器某一部件故障進(jìn)行分析和解決問(wèn)題，沒(méi)有涉及加速器故障率的影響因素分析[5-8]；在眾多文獻(xiàn)中進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)分析的很少，其中譚庭強(qiáng)等[9]、魏緒國(guó)等[10]等多是對(duì)加速器故障類型，和維修費(fèi)用的相關(guān)分析，沒(méi)有涉及影響加速器故障率的相關(guān)因素；黃向宇[11]僅從加速器養(yǎng)護(hù)的角度去分析加速器如何養(yǎng)護(hù)；關(guān)于與加速器故障率有關(guān)的多因素分析的文章幾乎沒(méi)有。

為了減少故障，提高開(kāi)機(jī)率，本文擬通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，利用我院Precise直線加速器6.5年的故障次數(shù)、治療患者時(shí)間（負(fù)荷量）、機(jī)房溫濕度（指加速器機(jī)房的溫濕度）、內(nèi)水壓（指加速器內(nèi)循環(huán)水水壓）等數(shù)據(jù)分析影響醫(yī)用直線加速器故障率的因素，為設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、工作負(fù)荷量、保養(yǎng)計(jì)劃等提供科學(xué)的輔助決策和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

2013年7月至2019年12月期間Precise直線加速器（瑞典醫(yī)科達(dá)公司）自帶MOSAIQ網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)記錄的以及維修人員記錄的所有的運(yùn)行記錄及故障維修記錄，包括每天運(yùn)行時(shí)間、機(jī)房每天的溫濕度、故障發(fā)生次數(shù)、工程師保養(yǎng)次數(shù)等。

1.2 故障統(tǒng)計(jì)原則

共包括以下四項(xiàng)故障統(tǒng)計(jì)原則：① 影響加速器正常工作視為故障；② 短時(shí)間內(nèi)同一故障多次發(fā)生，在故障解決前視為1次故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；③ 經(jīng)判斷由同一個(gè)原因引起的多個(gè)連鎖或者故障現(xiàn)象視為1次故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；④ 經(jīng)過(guò)維修4 h內(nèi)能正常使用的為一般故障，4 h以內(nèi)不能正常使用的為大故障。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

（1）根據(jù)維修保養(yǎng)記錄的數(shù)據(jù)，從2013年7月開(kāi)始，以每個(gè)月為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)2013年7月至2019年12月共計(jì)78個(gè)月中每個(gè)月的故障次數(shù)，并利用SPASS 19.0軟件中的曲線估計(jì)功能得到線性模型對(duì)故障次數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（2）使用Excel軟件，以每個(gè)月為時(shí)間單位統(tǒng)計(jì)分析Precise直線加速患者治療時(shí)間、溫濕度平均值、內(nèi)水壓等影響因素。

（3）分別按照每個(gè)月、每2個(gè)月、每3個(gè)月、每半年為時(shí)間單位，使用Pearson相關(guān)分析法分析投入使用時(shí)間、患者治療時(shí)間、溫濕度平均值、內(nèi)水壓對(duì)故障次數(shù)的影響程度，其中，投入運(yùn)行時(shí)間指加速器自2013年7月開(kāi)始治療患者后的運(yùn)行時(shí)間；患者治療時(shí)間指加速器的負(fù)荷量即MOSAIQ網(wǎng)絡(luò)上記錄的每天開(kāi)機(jī)治療患者的時(shí)間。

（4）使用SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，Pearson相關(guān)系數(shù)r取值在-1與1之間，|r|≥0.8，高度相關(guān)；0.5≤|r|≤0.8，中度相關(guān)；0.3≤|r|≤0.5，低度相關(guān)；|r|≤0.3，相關(guān)程度極弱，可視為不相關(guān)，P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[12-13]。

2 結(jié)果

2.1 加速器故障次數(shù)與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系

圖1顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內(nèi)，故障發(fā)生次數(shù)為355次，經(jīng)過(guò)SPSS軟件進(jìn)行曲線估計(jì)得到線性函數(shù)模型：y=0.06x+2.26（y為故障發(fā)生次數(shù)單位為次，x為時(shí)間單位為月），模型r2=0.21，F(xiàn)=20.14。由函數(shù)可以得到隨著運(yùn)行投入時(shí)間的增加故障次數(shù)呈增加的變化趨勢(shì)。

圖1 Precise直線加速器故障發(fā)生次數(shù)與投入使用時(shí)間的關(guān)系及擬合曲線圖

2.2 直線加速器運(yùn)行環(huán)境

圖2顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內(nèi)，平均內(nèi)水壓在10 bar附近徘徊，平均內(nèi)水溫在（24±2）℃內(nèi)波動(dòng)。平均濕度呈周期性變化、每年的4～9月份（春夏）濕度較高，6月份往往最高在50% RH（相對(duì)濕度）左右，每年的10月份開(kāi)始到次年的3月份（秋冬）濕度較低，1月份往往最低在10% RH左右。

圖2 Precise直線加速器內(nèi)水壓、平均溫度、平均濕度變化圖

2.3 加速器故障次數(shù)與患者治療時(shí)間的關(guān)系

圖3顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內(nèi)，患者總治療時(shí)間為23496 h，故障發(fā)生次數(shù)355次。經(jīng)過(guò)SPSS軟件進(jìn)行曲線估計(jì)得到線性函數(shù)模型：y=0.02x-1.26（y為故障次數(shù)單位為次，x為患者治療時(shí)間單位為h），模型r2=0.14，F(xiàn)=11.87。由函數(shù)可以得到隨著負(fù)荷量的增加，加速器故障次數(shù)呈增加的變化趨勢(shì)。

圖3 Precise直線加速器故障次數(shù)與治療患者時(shí)間的關(guān)系及擬合曲線圖

2.4 投入運(yùn)行時(shí)間、患者治療時(shí)間、溫濕度平均值、內(nèi)水壓對(duì)故障次數(shù)的影響程度

表1顯示Precise直線加速器投入使用6.5年內(nèi)，不管是以每月為單位統(tǒng)計(jì)還是以每2、3和6個(gè)月統(tǒng)計(jì)，平均溫度、平均濕度、平均內(nèi)水壓與加速器故障率的Pearson相關(guān)性r<0.3，即平均溫度、平均濕度、平均內(nèi)水壓對(duì)故障次數(shù)沒(méi)有顯著性影響。治療患者時(shí)間和投入使用時(shí)間對(duì)故障發(fā)生次數(shù)Pearson相關(guān)性影響程度在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。其中以每6個(gè)月為時(shí)間單位，投入使用時(shí)間的Pearson相關(guān)系數(shù)r=0.853>0.8（P<0.001），投入使用時(shí)間與故障發(fā)生次數(shù)呈高度正相關(guān)。其余時(shí)間單位的治療時(shí)間和投入使用時(shí)間與故障次數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)r介于0.3和0.8之間，P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，患者治療時(shí)間和投入使用時(shí)間與加速器故障發(fā)生次數(shù)呈低度或中度正相關(guān)。五個(gè)因素當(dāng)中加速器投入使用時(shí)間對(duì)故障次數(shù)影響程度最大。統(tǒng)計(jì)單位不同，Pearson相關(guān)性也不同，統(tǒng)計(jì)單位越大Pearson相關(guān)性越大，以每6個(gè)月為時(shí)間段統(tǒng)計(jì)時(shí)，投入使用時(shí)間、治療患者時(shí)間的Pearson相關(guān)性因子最大，說(shuō)明故障次數(shù)發(fā)生有一定的時(shí)間滯后性。

表1 投入使用時(shí)間、治療患者時(shí)間、溫濕度平均值、內(nèi)水壓對(duì)故障次數(shù)的Pearson相關(guān)性影響程度表

3 討論

本科室Precise直線加速器在2013年7月至2019年12月這6.5年當(dāng)中，共治療調(diào)強(qiáng)患者6919人，適形電子線患者1619人，治療總射野數(shù)為685142野，平均每個(gè)工作日110人次，平均每天工作13.7 h，故障發(fā)生次數(shù)355次，平均每半年27次，平均每月5次。每年除了春節(jié)那一個(gè)月以外，基本上加速器都處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。從本研究來(lái)看，治療患者所用時(shí)間即加速器的負(fù)荷量對(duì)加速器故障率有顯著影響且呈正相關(guān)，這就提醒廣大放療相關(guān)工作者，越是患者量大越要注重對(duì)加速器的維修保養(yǎng)，以便盡可能的減少故障發(fā)生次數(shù)，減少因機(jī)器故障導(dǎo)致患者無(wú)法正常治療而對(duì)腫瘤放療生物效應(yīng)的影響[14-16]。

加速器投入運(yùn)行時(shí)間也是一個(gè)對(duì)故障率影響不容忽視的重要因素。隨著投入運(yùn)行時(shí)間的增加，加速器本身大量的元器件開(kāi)始老化，或者到達(dá)設(shè)計(jì)使用壽命，比如：磁控管、閘流管、MLC運(yùn)動(dòng)馬達(dá)等都有一定的使用壽命，隨著時(shí)間的推移以及工作負(fù)荷量累積，難免會(huì)出現(xiàn)故障，需要建立健全的保養(yǎng)維修機(jī)制，或者購(gòu)買機(jī)器維保來(lái)保障加速器有效運(yùn)行。

眾多文獻(xiàn)顯示外部環(huán)境因素（溫濕度、內(nèi)水壓）對(duì)大型醫(yī)療設(shè)備故障發(fā)生率有一定的影響[17-18]。本研究結(jié)果雖然表明平均溫度、平均濕度、內(nèi)水壓對(duì)本加速器在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上沒(méi)有顯著影響，但并不代表外部環(huán)境因素實(shí)際上對(duì)加速器故障次數(shù)沒(méi)有影響。由于存在環(huán)境因素對(duì)加速器故障次數(shù)產(chǎn)生影響的情況，所以進(jìn)行人為控制環(huán)境溫度，比如加速器處于地下室負(fù)二層，相對(duì)恒溫，且機(jī)房?jī)?nèi)中央空調(diào)一年四季運(yùn)行，機(jī)房的溫度每天均保持在24℃左右。處于加速器比較適宜的溫度，能夠減少因溫度過(guò)于變化對(duì)加速器故障次數(shù)帶來(lái)的影響，內(nèi)水壓也是一樣的道理。機(jī)房平均濕度雖然隨著季節(jié)變化周期性變化，但是仍需在春夏季節(jié)采用高功率工業(yè)除濕機(jī)，使機(jī)房濕度始終處于60%RH以下。

4 結(jié)論

使用單位總是希望加速器一直處在正常工作狀態(tài)，更好地為放療患者服務(wù)，但是加速器畢竟是集真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、MLC運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等眾多技術(shù)系統(tǒng)于一身的高端復(fù)雜設(shè)備，難免會(huì)發(fā)生故障[19-20]。實(shí)際上，本研究發(fā)現(xiàn)隨著加速器投入運(yùn)行時(shí)間增加，工作負(fù)荷量增加，加速器故障頻次也增加，此時(shí)要注意對(duì)機(jī)器進(jìn)行及時(shí)的保養(yǎng)和維修，確保病人得到及時(shí)、準(zhǔn)確的治療。

最后，由于直線加速器是大型醫(yī)療設(shè)備，科室條件有限，本研究?jī)H對(duì)科室擁有的一臺(tái)加速器進(jìn)行了詳細(xì)的研究，還需要廣大同行一起來(lái)研究更多種類的加速器的故障次數(shù)影響因素。