TomoTherapy Hi.Art放射治療系統(tǒng)水循環(huán)故障分析與排除

李益坤，胡俊，蔣凱，方興平，孫向東

1. 東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院秦淮醫(yī)療區(qū) 放療科，江蘇 南京 210002；2. 中核安科瑞醫(yī)療科技有限責(zé)任公司，天津 300399

引言

TomoTherapy Hi.Art是具有高度調(diào)制、快速實(shí)施特點(diǎn)的高集成放射治療設(shè)備[1]。調(diào)制器輸出的功率大約有50%是消耗在陽極上的，磁控管溫度維持在40℃±1℃時(shí)工作狀態(tài)最為穩(wěn)定，因此通過溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)維持設(shè)備正常工作溫度[2]。螺旋斷層放射治療系統(tǒng)（Helical Tomotherapy，HT）工作時(shí)機(jī)房內(nèi)溫度要求20～24℃[3]。HT采用內(nèi)部水循環(huán)的溫度控制系統(tǒng)（Temperature Control System，TCS）與外部風(fēng)冷系統(tǒng)共同作用維持設(shè)備溫度穩(wěn)定，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。TCS故障直接影響設(shè)備運(yùn)行，本文對(duì)常見TCS故障進(jìn)行分析，總結(jié)相應(yīng)維修方法及技巧，提高維修效率，對(duì)確保病人得到及時(shí)有效治療具有重要意義。

1 水循環(huán)工作原理

HT開機(jī)后，在TCS控制下水缸內(nèi)部加熱棒加熱，機(jī)器預(yù)熱20 min左右通過溫控器調(diào)整管道內(nèi)水流流量使設(shè)備維持在40℃，保證機(jī)器正常工作。TomoTherapy Hi.Art主要由7個(gè)部件產(chǎn)熱（圖1）：加速管靶（LINAC Target，LT)、加速管波導(dǎo)窗、加速管、磁控管、四端環(huán)流器、固態(tài)調(diào)制解調(diào)器、高壓發(fā)生器。TCS（圖2）由主水管、熱交換、旁路循環(huán)3部分構(gòu)成，在水泵驅(qū)動(dòng)下水流進(jìn)入主水管，在水缸內(nèi)經(jīng)加熱棒對(duì)水溫加熱，溫度控制器調(diào)節(jié)水流混合閥位置，使水溫維持在40℃±1℃；機(jī)器內(nèi)部各部件產(chǎn)生熱量經(jīng)回流水通過熱交換，在外部風(fēng)冷作用下降低回流水的溫度，保證磁控管維持穩(wěn)定工作狀態(tài)；旁路循環(huán)通過水壓閥調(diào)節(jié)水壓，避免水壓過高。調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)閥門使7個(gè)流量限制器水壓水流均工作在正常范圍（流量計(jì)正常狀態(tài)工作指示燈為綠色，異常為紅色），確保產(chǎn)熱部件熱量經(jīng)水流循環(huán)達(dá)到散熱效果。

圖1 TCS水流線路圖

圖2 TCS管線圖

2 故障維修實(shí)例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

治療病人中，機(jī)器水流報(bào)錯(cuò)“water flow fault”，機(jī)房內(nèi)有燒焦味，關(guān)閉機(jī)器待查。

2.1.2 故障分析

“water flow fault”報(bào)錯(cuò)并且機(jī)房內(nèi)有燒焦味，考慮到剛做過年度保養(yǎng)水管全部更換，首先檢查是否是接頭漏水引起電路元件短路而燒毀。拆掉機(jī)殼觀察四端環(huán)流器水管接口輕微滲水，并未發(fā)現(xiàn)明顯燒焦電路元件。更換接頭后滲水現(xiàn)象排除，開機(jī)故障依舊。通過Integrated System Test Tool (ISTT)查看日志，提示檢查TCS整個(gè)系統(tǒng)。在維修模式下，開機(jī)測量主水管壓力電壓為39.8 mV，在正常范圍內(nèi)（35～40 mV），觀察水流指示燈，有三個(gè)水流相關(guān)指示燈同時(shí)處于紅色故障提示狀態(tài)，測量AUX板J4接頭1腳（LT流量測量點(diǎn)）對(duì)地電壓為1.3 V，正常值為（1.75±0.1）V，調(diào)節(jié)LT支路水流閥門，測量點(diǎn)電壓始終無明顯變化。重新開機(jī)，測量發(fā)現(xiàn)LT反饋電壓值由1.95 V快速下降且維持在1.3 V，調(diào)節(jié)閥門并不能讓水壓穩(wěn)定至正常范圍。考慮到水壓正常，三路流量計(jì)同時(shí)報(bào)錯(cuò)，檢查機(jī)器背面TCS，發(fā)現(xiàn)溫度控制器無數(shù)值顯示，測量溫控板的輸入電壓230 AC正常，確定溫度控制器故障。

2.1.3 故障排除

分析電路圖（圖2），溫度控制器通過控制混合閥，將水溫維持在40℃左右。手動(dòng)模式下將混合閥調(diào)至中間位置，開機(jī)后調(diào)節(jié)圖1中各路對(duì)應(yīng)水閥至流量計(jì)工作指示燈為綠色，機(jī)器恢復(fù)正常，確認(rèn)溫度控制器故障。申請(qǐng)備件得知國內(nèi)無庫存，受全球新冠肺炎疫情影響備件最快一周到達(dá)。考慮病人停止治療而引起生物學(xué)效應(yīng)的改變，嘗試現(xiàn)場維修使機(jī)器恢復(fù)工作。拆開溫度控制器，檢查發(fā)現(xiàn)電路板電路中R1電阻（33 Ω）燒焦而斷路（圖3紅圈處），其余并無明顯問題。拆下電阻測量阻值為841 kΩ，更換該電阻裝機(jī)后，開機(jī)觀察溫度顯示屏顯示正常，測量輸入輸出均正常，機(jī)器恢復(fù)治療。第二天晨起開機(jī)水溫升至33℃時(shí)報(bào)錯(cuò)，故障現(xiàn)象與之前一樣，再次檢查溫度控制器電路板R1電阻斷路，測量阻值為514 kΩ，更換電阻后故障排除。經(jīng)過分析，晨起開機(jī)水加熱，溫度控制器電路板中RC電路起緩沖作用，超過負(fù)荷而燒毀。每天開機(jī)時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)混合閥至紅藍(lán)中間位置到水溫正常后，再切換至自動(dòng)溫控模式，確保備件到達(dá)前病人得到及時(shí)治療。一周后備件到達(dá)并更換，設(shè)置相關(guān)參數(shù)機(jī)器正常，該故障至此徹底解決。

圖3 溫度控制器電路板

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

治療出束 200 s內(nèi)報(bào)“Magnetron Over temperature”（磁控管超溫）多次，重啟故障依舊。

2.2.2 故障分析

磁控管超溫報(bào)錯(cuò)，說明系統(tǒng)溫度超40 ℃。首先檢查機(jī)器磁控管風(fēng)扇及TCS上四對(duì)熱交換器均正常，此時(shí)混合閥停在紅色擋塊位置，正常工作時(shí)不應(yīng)該停留在紅色擋塊位置。手動(dòng)調(diào)節(jié)紅藍(lán)擋塊至中間位置，改為自動(dòng)模式后，觀察混合閥位置無變化。測量混合閥供電24 V 正常，手動(dòng)調(diào)至紅色位置，溫度顯示40 ℃時(shí)控制電壓為10 V，40 ℃后控制電壓下降，排除供電電源及溫度控制器問題，判斷混合閥故障。

2.2.3 故障排除

混合閥由電路板驅(qū)動(dòng)電機(jī)，檢查電路板電容正常，電路板采用集成度較高的貼片無法判斷是否故障。更換整個(gè)混合閥需較長時(shí)間，且更換后還要調(diào)節(jié)溫度控制器。混合閥電路板壞的可能性較大，采用分部更換的方法，電路板更換后，檢驗(yàn)TCS壓力變化較小，不需要調(diào)整溫度控制器，機(jī)器正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

系統(tǒng)報(bào)“gun board logic error, water flow error”（燈絲邏輯錯(cuò)誤，水流錯(cuò)誤）。

2.3.2 故障分析

檢查發(fā)現(xiàn)供水管壓力約為63 PSI（Pounds Per Square Inch，磅力/平方英寸），隨機(jī)器旋轉(zhuǎn)波動(dòng)很大，最低時(shí)能到二十多PSI，檢查發(fā)現(xiàn)加速管銅管漏水。

2.3.3 故障排除

漏水銅管部位打毛，補(bǔ)上焊錫，重新加水排氣，故障排除。

3 討論與總結(jié)

TomoTherapy Hi.Art是將圖像引導(dǎo)、調(diào)強(qiáng)及自適應(yīng)兼容為一體的高集成放療設(shè)備，國內(nèi)裝機(jī)量逐年增加。醫(yī)療設(shè)備經(jīng)過長期使用，進(jìn)入故障頻發(fā)期，電子元器件性能不穩(wěn)定以及水路管路問題較多，特別是散熱系統(tǒng)[4]。TomoTherapy Hi.Art治療過程中射線連續(xù)出束，設(shè)備產(chǎn)熱量較高，TCS系統(tǒng)是保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。醫(yī)療設(shè)備日常使用中維護(hù)保養(yǎng)是關(guān)鍵，TomoTherapy Hi.Art使用中遇到故障要求工程師熟悉設(shè)備構(gòu)造，依據(jù)故障代碼，判斷故障的范圍和位置，逐一排查[5-11]。易坤山等[12]對(duì)螺旋斷層放射治療設(shè)備常見故障也有相應(yīng)總結(jié)，但絕大部分都需更換備件。在工作中經(jīng)常因?yàn)樗鲉栴}引起機(jī)器故障而停機(jī)，報(bào)修后需等待工程師到場檢修，TCS故障調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)有時(shí)可以解決。本研究對(duì)TomoTherapy Hi.Art的TCS系統(tǒng)詳細(xì)介紹，對(duì)常見故障進(jìn)行總結(jié)，為同行遇到相似問題提供解決方案，縮短停機(jī)時(shí)間。熟練掌握TCS系統(tǒng)并定期做好保養(yǎng)延長設(shè)備壽命[13-14]，定期開展相關(guān)質(zhì)控工作[15-16]，使設(shè)備真正發(fā)揮其作用，平時(shí)多關(guān)注壓力流量，若有問題能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，提高維修效率，對(duì)確保病人得到及時(shí)有效治療具有重要意義。工程師應(yīng)熟練掌握設(shè)備原理，找出可靠故障診斷與排除的方法，認(rèn)真做好維修記錄，積累維修經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作提供借鑒。