LinaTech-CC51動態多葉光柵常見故障維修分析三例

華小龍，孫宇濤

1.興化市人民醫院 放療科，江蘇 泰州 225700；2.醫科達（上海）醫療器械有限公司，上海 201208

引言

放療作為腫瘤三大治療手段之一，約有50%～70%的癌癥患者需要接受不同程度的放療，醫用加速器已成為現代放療領域的主流設備[1]，而光柵正是醫用加速器重要的組成部分。動態多葉光柵能夠為適形放療（Conformal Radiation Therapy，CRT）和調強放療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）提供規則及適形輻射野，并配合加速器X射線出束實現劑量強度調節，增加腫瘤的局部控制概率（Tumor Control Probability，TCP）和降低周圍正常組織的放射并發癥概率（Normal Tissue Complication Probablity，NTCP），提高放療增益比[2-3]，動態多葉光柵已成為現代精準放療中不可或缺的設備。LinaTech-CC51動態多葉光柵是該類設備中典型的代表，該型光柵為外置光柵，可通過不同的適配器安裝在各主流加速器機頭上，如醫科達Compact、Precise，西門子Primus，瓦里安2300C/D、2300EX，新華XHA600、600C等，將光柵參數寫入各計劃系統的物理參數模塊，如Pinnacle、XIO、Eclipse等，便可實現在不同品牌計劃系統進行計劃設計，然后將計劃文件導入光柵工作站來驅動光柵按指令運動，從而實現在不同加速器機型上實施放療，目前國內約有300余家用戶在應用該型光柵。該光柵有51對葉片，操作便捷、穩定性良好、故障反饋準確，與其他品牌型號光柵參數對比如表1所示。每個葉片由單獨的電機和絲桿及螺母套組合驅動，當病人量較大時，葉片驅動組件磨損程度加劇[4]，造成走位精度下降，甚至導致光柵故障。熟練掌握該設備的結構原理和故障檢修方法，有利于快速排除故障[5-6]。

表1 各品牌型號光柵參數對比表

1 LinaTech-CC51動態多葉光柵基本結構與工作原理

LinaTech-CC51動態多葉光柵主要由光柵工作站、通訊適配器、電源箱及光柵主體構成，見圖1。

圖1 LinaTech-CC51動態多葉光柵基本結構圖

光柵工作站為基于Windows XP的個人電腦，用于運行DMLC軟件，是光柵系統的控制中樞。DMLC軟件主要負責管理患者治療信息、下發葉片驅動指令、監管葉片運行動態以及提供報警信息。

光柵軟硬件連接方式為：電腦主板串口通過九芯短線與通訊適配器相連，通訊適配器通過九芯長線與電源箱J9口相連，電源箱J2口通過七芯長線，七芯短線與光柵主機航空插頭相連。光柵主機航空插頭引出的J14插頭插在A邊主控板的插頭上。光柵主體正面圖如圖2所示。

圖2 LinaTech-CC51動態多葉光柵主體正面圖

2 LinaTech-CC51動態多葉光柵常見故障

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

開機后，光柵軟件右下角出現紅色報錯信息“disconnected”，光柵軟件與硬件通訊故障，軟件無法控制光柵運動。

2.1.2 故障分析

出現此故障時，光柵軟件與硬件通訊中斷。故障可能原因為：① 電源問題；② 線纜內部斷裂；③ 串口通訊。

2.1.3 故障排除過程

排查流程如圖3所示。首先排查電源問題，系統共有三處電源指示燈，分別位于光柵電源箱、通訊適配器和光柵主機。當電源正常時，指示燈均為常綠。若電源箱指示燈不亮，需檢查電源按鈕是否在打開檔位以及市電輸入是否正常；若電源箱指示燈正常，則繼續檢查主機指示燈，若不亮，重新插拔各線纜插頭后開機復位。

圖3 故障排查分析流程圖

然后排查線纜內部通路，若有斷點，則更換該線纜。最后排查串口通訊[7]，逐漸縮小故障范圍，鎖定故障位置。本例中，發現電源箱中的Beam板有問題（圖4），導致通訊適配器與光柵主體的通訊丟失。更換Beam板，重新上電后復位，無報錯，故障解決。

圖4 Beam板正面圖

2.1.4 小結

通訊類故障通常是由電源問題、線纜松動、線纜內部斷裂等引起，應優先檢查各電源開關、市電供電環境，其次檢查光柵機頭與加速器外殼表面插口連接的七芯彈簧線。另外，線路彎折也可能導致以上故障，要注意理順各連接線纜，避免過度拉扯。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

光柵軟件報錯信息為“Blocked Leaf ID: Side B: 24”（圖5），該編號葉片卡死，無法繼續走位。

圖5 葉片卡死故障提示

2.2.2 故障分析

出現此故障后，葉片無法走位，治療中斷。葉片走位原理為伺服電機按照指令驅動絲桿轉動，絲桿通過葉片中的螺母套帶動葉片運動，從而實現軟件控制葉片走位。故障可能原因：① 電機通道故障；② 葉片間卡澀；③ 絲桿和螺母套磨損；④ 伺服電機故障。

2.2.3 故障排除過程

首先排查電機通道問題，在DMLC軟件中找到報卡葉片對應的電機通道，然后將該葉片的伺服電機插頭插在其他通道上，在軟件中更新通道編號。若仍報葉片卡，可排除電機通道問題。繼續檢查葉片機械部分，拆除伺服電機、絲桿和螺母套，用手拖拽葉片前后移動，觀察葉片間是否有機油灰塵等異物；檢查絲桿是否筆直，螺紋是否完整；檢查螺母套是否能順利在絲桿上旋轉滑動。若以上均正常，則檢查伺服電機，由于伺服電機長期高負荷運作，磨損嚴重，易出故障[8]。本例中，更換該葉片的伺服電機，重新上電并初始化，軟件無報錯，故障排除。

2.2.4 小結

葉片卡死在光柵日常使用中出現較頻繁，要減少該類故障，首先要勤保養擦拭，確保葉片間無過多油脂灰塵；其次，定期檢查葉片運動情況，加強對運動異常葉片及其驅動組件的保養，減少故障發生，同時也避免由葉片走位偏差導致的放療計劃質量保證γ通過率降低[9]，保障患者放療效果。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

軟件報錯信息為“Side A Step Motor Is Blocked”，光柵A邊步進電機卡死，無法繼續走位。

2.3.2 故障分析

此故障下，光柵停止運動，治療中斷。步進電機驅動原理為：光柵軟件發送運動指令至通訊模塊，經編碼后發送至控制模塊，再將運動指令發送至步進電機驅動板，然后驅動步進電機工作，結構如圖6所示。故障可能原因為：① 步進電機驅動板故障；② 電磁制動器驅動板故障；③ 電磁制動器故障；④ 聯軸器故障；⑤ 步進電機故障。

圖6 步進電機結構圖

2.3.3 故障排除方法

（1）首先用替換法檢查電氣問題。對調光柵A面和B面的步進電機驅動板后上電，若A面運行正常，B面卡死，則為步進電機驅動板問題；若情況沒變化，則繼續檢查兩邊電磁制動器驅動板，方法同上。若兩種驅動板均正常，則檢查機械問題。光柵上電時，電磁制動器釋放，會發出“咔”的聲響，由于A面和B面得到信號有時間差，故而兩個“咔”聲也有時間差，注意聽電磁制動器釋放時是否有兩次聲音。

（2）然后檢查聯軸器。釋放電磁制動器后，用手轉動聯軸器，感受兩面的阻力是否均勻且一致。若阻力不均勻或不一致，則需調校聯軸器和步進電機至合適的位置；若阻力均勻且一致，則為步進電機問題。本例中，更換步進電機后，重新上電，運行正常，故障排除。

2.3.4 小結

步進電機卡死是常見故障里較難處理的類型，對維修人員要求高，除了掌握設備原理外，還要有調校“手感”，即扎實的基本功，才能感受出聯軸器所受阻力變化，以便調校聯軸器和步進電機的最優位置。另外，工作人員在做日常保養時，也要留意電磁制動器和聯軸器是否有異響，做到早發現、早解決，將故障扼殺在萌芽中。

3 討論與總結

動態多葉光柵作為實現適形調強放療的核心部件，是放療科不可或缺的設備。值得一提的是，該型光柵軟件中內置了一套評估伺服電機壽命的算法，記錄各個伺服電機的運行時間和預警它們需要被更換的日期，可以讓工程師提前準備，防患未然。

本科室自2016年開展調強放療技術，平均每天治療患者70～80例，葉片驅動組件負荷量巨大，設備一旦發生故障，廠商工程師無法第一時間進行現場排查維修[10]。等待廠商工程師到達場地的時間較長，期間無其他設備可以替代，必然延誤患者的正常治療，發生可疑醫療器械不良事件，影響科室的日常治療秩序，甚至讓工作陷入停滯狀態，給科室造成高額的經濟損失[11]，易造成醫療糾紛。

本文將2017—2019年發生的故障進行了統計，見圖7。經分析發現，以上故障產生的原因多為使用人員對設備的性能和原理掌握不夠、維護保養不到位，長此以往，導致儀器發生故障[12]。

圖7 2017—2019年故障統計圖

為確保光柵保持良好的工作狀態，可通過預防性維護來進行預防。通過分析維修日志發現，葉片卡澀故障約每2個月發生一次，且大多由電機、絲桿和螺母套等零部件的磨損導致，因此我們制定了維護計劃表（圖8），有針對性地維保易損部位，降低設備故障率。

圖8 維護計劃表

結合參考文獻與該光柵故障現象進行分析，盡管光柵分為不同品牌型號，但它們的作用都是配合加速器出束實現劑量強度調節，增加TCP和降低NTCP，提高放射治療的增益比，且它們的運行原理與控制模式大同小異。同時，易發故障和造成故障的原因也類似，比如由于高負荷運動導致光柵電機碳刷等部件磨損，以及使用過程中可能造成的線纜連接松動等問題。因此，在面對光柵故障現象時，分析和定位故障點的思路相似，有較高的參考價值，幫助解決眼前具體問題。

目前光柵葉片驅動組件領域尚未有合理的通用預防維護準則，后續研究探索建立一種預測機制，對光柵易損零部件壽命進行監測[13]。對于到達預警值區間的零部件，工程師利用治療空閑時間進行批量更換，提高工作效率[14-17]。此外，應建立健全維護方案與獎勵機制，激勵技師和工程師的工作熱情，保證設備開機率及最佳的運行狀態，提升科室設備管理工作質量，促進科室更好地發展。