針對(duì)直線加速器多葉準(zhǔn)直器性能與故障的保養(yǎng)方法

楊耕，戴振暉，朱琳，張白霖，李飛，蔡春雅，王學(xué)濤（通信作者）

廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射治療區(qū) （廣東 廣州 510006）

目前，臨床已將帶有多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）的直線加速器用于腫瘤患者的調(diào)強(qiáng)放射治療中。但由于獲得照射野需要葉片頻繁運(yùn)動(dòng)，從而使相關(guān)組件的磨損增加，導(dǎo)致MLC 具有較高的故障率。隨著使用年限的增加，MLC 故障率呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)[1]。MLC 的高故障率不僅令維保成本居高不下，更嚴(yán)重影響了臨床治療的實(shí)施與患者的療效。據(jù)直線加速器投入使用7年的故障統(tǒng)計(jì)顯示，MLC 成為影響直線加速器穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，其故障數(shù)占總故障數(shù)的66.4%（140/211），其中MLC 葉片螺母（NUT）和馬達(dá)更換占比達(dá)78%[2]。因此，降低MLC 故障率已然成為保障臨床調(diào)強(qiáng)放射治療工作正常運(yùn)行的迫切需求。本研究通過(guò)評(píng)估3種保養(yǎng)方法下MLC 的性能數(shù)據(jù)與故障發(fā)生情況，以期總結(jié)出恰當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)方法提升MLC 性能及減少故障次數(shù)，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般材料

選取我院瓦里安23EX 直線加速器的MLC 作為研究對(duì)象。瓦里安23EX 直線加速器的MLC 由60對(duì)葉片組成，其中全寬葉片20對(duì)，半寬葉片40對(duì)。MLC 葉片由刀狀葉片、NUT、絲桿、馬達(dá)及彈簧小球與軟電位器組成，其中馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絲桿，從而轉(zhuǎn)動(dòng)帶有NUT 的葉片位移；在馬達(dá)中存在呈圓周分布的4對(duì)發(fā)光二極管形成光柵編碼器，作為主傳感器，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)1圈發(fā)出4個(gè)脈沖，通過(guò)記錄脈沖數(shù)可以精確地獲得葉片的位移；葉片頂部插有彈簧小球，葉片移動(dòng)使彈簧小球在軟電位器上滑動(dòng)由此定位葉片位置，這個(gè)作為次級(jí)傳感器。在主、次級(jí)傳感器的配合下，實(shí)現(xiàn)葉片的精確位移。

1.2 故障分析

保養(yǎng)前，MLC 的A、B 面均頻繁報(bào)錯(cuò)葉片卡頓，且均未做導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)。

MLC 的葉片在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到來(lái)自葉片與上下軌道之間、葉片與葉片之間及NUT 與絲桿之間的諸多阻力，阻力過(guò)大會(huì)增加馬達(dá)和NUT 受力，進(jìn)而加劇馬達(dá)轉(zhuǎn)子與NUT 之間的磨損度。同時(shí)，較大的阻力還會(huì)導(dǎo)致葉片在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，這會(huì)損害馬達(dá)光柵編碼器的碼盤與光電盤，使馬達(dá)壽命下降。因此，阻力過(guò)大是導(dǎo)致MLC葉片NUT 和馬達(dá)故障次數(shù)多的根本原因。

1.3 方法

首先對(duì)MLC的A面進(jìn)行改進(jìn)保養(yǎng)、B面進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)，半年后對(duì)MLC進(jìn)行導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)，具體如下。（1）常規(guī)保養(yǎng)：首先，分別拆下B面MLC上面、下面的全部葉片，使用瓦里安公司提供的專用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片的軌道槽（圖1箭頭指示部分），并用紗布清潔葉片表面；對(duì)于MLC上面全部葉片的NUT進(jìn)行反沖測(cè)試（backlash），數(shù)值＞0.2則更換，對(duì)于MLC下面全部葉片的NUT進(jìn)行更換；最后，依序裝回葉片完成保養(yǎng)[3]。（2）改進(jìn)保養(yǎng)：在常規(guī)保養(yǎng)基礎(chǔ)上，額外使用瓦里安公司提供的專用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片的側(cè)面、頂部與滑軌，并擦干至無(wú)油狀物，并用毛刷和專用清潔液徹底清潔Carriage box 內(nèi)部導(dǎo)槽（圖2）。（3）導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)：首先，在改進(jìn)保養(yǎng)基礎(chǔ)上采用專用工具固定Carriage box，接著向 Carriage box 內(nèi)部導(dǎo)槽倒入鍍膜液，并利用熱風(fēng)槍加快鍍膜液揮發(fā)，然后采用紫外光硬化鍍膜層，待鍍膜層固化后采用專用清潔液清潔葉片，最后裝回所有部件[4]。

圖1 葉片

圖2 Carriage box 導(dǎo)槽內(nèi)部

1.4 效果評(píng)估

比較分別采用3種保養(yǎng)方法后MLC 的性能及故障次數(shù)。（1）性能：通過(guò)軟件終端測(cè)試獲得MLC的阻力和運(yùn)動(dòng)狀況，通常故障前可通過(guò)該終端日志文件的記錄和阻力相關(guān)測(cè)試了解組件運(yùn)行參數(shù)的漸變和偏差[5-6]，其中，阻力值通過(guò)PWM 測(cè)試獲得，統(tǒng)計(jì)PWM＞10的葉片數(shù)、PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，其中PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的理想狀態(tài)在8～12之間，超過(guò)理想狀態(tài)2倍被認(rèn)為阻力過(guò)大；運(yùn)行狀況通過(guò)在機(jī)架角度為90°與270°時(shí)，在AUTOCYCLE界面分別運(yùn)行計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)計(jì)劃值與實(shí)際值（PLANACT）＞0.01 mm 的葉片數(shù)、實(shí)際值與次級(jí)反饋值（ACT-SEC）＞0.05 mm 的葉片數(shù)，其中PLAN-ACT與ACT-SEC 分別要求＜0.1 mm 與1.25 mm。（2）故障次數(shù)：統(tǒng)計(jì)保養(yǎng)后時(shí)間周期為半年內(nèi)MLC 的每月故障次數(shù)和趨勢(shì)，已排除由非葉片組件造成的故障。

2 結(jié)果

2.1 性能

如表1所示，分別測(cè)試和統(tǒng)計(jì)了首次保養(yǎng)前、首次分組保養(yǎng)（A 面改進(jìn)保養(yǎng)，B 面常規(guī)保養(yǎng)）后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后的結(jié)果。PWM＞10的葉片數(shù)方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均減少。PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均降低。PLAN-ACT＞0.01 mm與ACT-SEC＞0.05 mm的葉片數(shù)方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均減少。

表1 MLC PWM 測(cè)試值與走位精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 故障次數(shù)

MLC 葉片為期1年的故障統(tǒng)計(jì)如圖3所示。常規(guī)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的B 面故障次數(shù)為9次；改進(jìn)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的A 面故障次數(shù)為5次；導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的總故障次數(shù)為5次。故障總次數(shù)的趨勢(shì)在分組保養(yǎng)后呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在導(dǎo)槽鍍膜保養(yǎng)后處于低位穩(wěn)定水平。

圖3 MLC 葉片為期1年的故障統(tǒng)計(jì)

3 討論

MLC 是臨床進(jìn)行精確放射治療不可或缺的重要硬件，其葉片的到位精度對(duì)滿足臨床高精度技術(shù)需求方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[7]。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃需要葉片進(jìn)行頻繁往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，這是造成MLC 故障率高的主要原因。此外，隨著MLC 使用時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片阻力增加，導(dǎo)致NUT松動(dòng)與馬達(dá)超負(fù)荷運(yùn)行，甚至絲桿變形，進(jìn)而影響葉片到位精度，最終致使MLC 頻繁報(bào)錯(cuò)。

本研究結(jié)果顯示，性能方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)（A 面改進(jìn)保養(yǎng)，B 面常規(guī)保養(yǎng)）后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后的葉片阻力及葉片到位精度均較好；表明適時(shí)保養(yǎng)可減小葉片阻力，保障葉片到位精度。本研究結(jié)果還顯示，故障次數(shù)方面，在分組保養(yǎng)后呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在導(dǎo)槽鍍膜保養(yǎng)后處于低位穩(wěn)定水平；具體而言，常規(guī)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的B 面故障次數(shù)較多，分析與MLC 本身壽命周期相關(guān)，而改進(jìn)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的A 面隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)故障次數(shù)有所增加，考慮與改進(jìn)保養(yǎng)中采用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片有關(guān)，潤(rùn)滑劑易吸附灰塵，從而導(dǎo)致葉片故障。因此，針對(duì)MLC 的保養(yǎng)，采用改進(jìn)保養(yǎng)方法短期內(nèi)能有效降低葉片阻力，但易吸附灰塵，可考慮縮短保養(yǎng)周期，或加做導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)，從而減少故障次數(shù)。

綜上所述，改進(jìn)保養(yǎng)、常規(guī)保養(yǎng)、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)均能降低葉片阻力，提高葉片到位精度，減少故障次數(shù)，尤其是導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)可以大幅度減少故障次數(shù)，并將故障次數(shù)維持在平穩(wěn)狀態(tài)，這為臨床放射治療工作的順利開(kāi)展以及放射治療精度的確保提供了可靠保障。