基于維修統計和思維導圖分析的直線加速器故障風險控制研究

孟華陽，孫雯雯，黃虎，馬寶榮

山東第一醫科大學第二附屬醫院 a.醫學裝備部；b.病理科，山東 泰安 271000

引言

醫用直線加速器是利用微波電磁場加速電子，并且具有直線運動軌跡的加速裝置[1]，是一種用來對腫瘤進行放射治療的設備。按時接受放射治療對腫瘤患者改善病情尤其重要，因此提高設備開機率具有重要意義。目前，醫用直線加速器進口與國產品牌多樣，系統復雜，且使用率高，出現故障頻次高、故障類型呈現多樣化。有針對性的維護管理方案與快速維修手段以及探索如何有效避免復雜故障成為提升加速器開機率的關鍵。我院購置的XHA600D加速器就是一款典型的國產低能機，提供一檔6 MV的X射線，最大劑量率≥400 cGy/min。本文結合XHA600D醫用電子直線加速器的結構原理，通過利用思維導圖對加速器的3年維修故障統計、數據分析，探討在設備使用時應注意的故障風險點，分析得出加速器日常管理中有效降低故障風險的控制措施；對典型故障風險重點關注，以期利用預防性維護等有效手段切實提升醫用直線加速器的開機率，進而保證患者需求。

1 我院XHA600D醫用電子直線加速器現狀

1.1 我院醫用電子直線加速器的基本結構

我院醫用電子直線加速器的基本結構由加速管、脈沖控制器、電子槍、微波傳輸系統、真空系統、穩頻、溫控及充氣系統、射線束引出系統、治療頭、治療床等組成。

1.2 醫用電子直線加速器的運行原理

三相市電通過主電源箱加到調壓器和高壓電源，高壓電源將該電壓升壓，經過整流和濾波，產生高壓的直流電壓輸出到脈沖調制器[2]；脈沖調制器將得到的直流高壓轉變為大功率脈沖供給磁控管，由磁控管震蕩產生微波功率，經微波傳輸系統反饋入加速管，在加速管中建立起加速電場[3]；加速管電子槍陰極表面發射的電子，被陰極與陽極間的電場加速，注入加速管的加速腔，處于合適相位的電子受到微波電磁場的加速，能量不斷增加，在加速管末端轟擊重金屬靶，發生韌致輻射，產生X射線[4]，見圖1。

圖1 加速器運行原理圖

1.3 2018—2020年我院XHA600D醫用電子直線加速器開機率計算

如表1所示，2018—2020年我院XHA600D直線加速器故障共58次，故障停機時間436 h。

表1 2018—2020年我院加速器故障用時統計

2 故障分析

2.1 XHA600D加速器故障日常監測數據統計

2018—2020年我院XHA600D直線加速器故障總共58次，其中多葉光柵（Multileaf Collimator，MLC）系統故障30次，故障占比近51.7%，故障率明顯較高，見表1。

2.2 MLC系統故障詳析

多葉光柵在治療頭內部，隨著治療定位與照射成野產生多種變化；不同患者治療時需要隨時變換成野位置，光柵電路板、機箱體、葉片等部件隨之發生信號傳輸、機械運動等改變，使用頻率較高、負荷較大，直接導致MLC系統故障率較高[5]。

如圖2所示，2018—2020年MLC系統故障共30次，其中光柵電路板故障11次，占比37%，比例最高。分析原因：光柵電路板連線隨著治療頭、箱體運動發生機械振動，長時間會發生線路連接不可靠等異常，導致光柵系統失電、失聯后失控。除光柵電路板故障以外，箱體故障6次，占比20%，治療頭盤線故障5次，占比17%，二者故障占比相對較高。

圖2 2018—2020年多葉光柵系統不同類型故障次數占比圖

如圖3所示，在MLC系統不同類型故障中治療頭盤線故障停機時間最長。分析原因：更換盤繞在機頭內部的多頭復雜線路，耗費人力物力，為分離MLC系統，起吊治療機頭，需要多人配合，使用三腳架、倒鏈等大型工具，精確定位固定、分離；機頭吊起后，將多頭線路沿固定孔道依次抽離后更換，再行定位安裝機頭等工序，耗時較長；機頭布線是一項精細工作，線序及插頭位置若安裝錯誤，會造成更大的故障損失，安裝時會放慢速度，精細安裝。除盤線故障外，光柵電路板故障、箱體電機故障維修用時相對較長。此2種故障發生頻次較多，增加了停機時長。

圖3 多葉光柵系統不同故障停機時間對比圖

2.3 基于思維導圖研究歸納導致加速器故障風險的因素及在對應因素下發生故障的分析

2.3.1 電器元件老化、疲勞因素引發的加速器故障

（1）MLC系統故障導致通訊中斷、無法成野等：① MLC電路板故障，以至于電流或信號傳輸不穩定，從而造成光柵失控，需維修線路或更換電路板[6]；② 治療頭內部線路故障，可導致多葉光柵通訊中斷，需更換繞線盤線；③ 多葉光柵箱體故障，MLC控制箱體運動的電機保險管熔斷或電機燒壞停止運行，直接導致箱體運動失靈，需更換保險管或相應電機；④ 多葉光柵葉片控制故障，一般是控制葉片移動的小電機故障停止運行，導致葉片運動失靈，需要更換對應的小電機[7]；⑤ 多葉光柵絲桿出現毛刺或變形，導致光柵葉片運行阻滯，光柵成野精度降低，需要更換絲桿；⑥ 多葉光柵激光器/限位開關/放大器故障，如葉片回退超時、激光線不通過、葉片激光線檢測超時，可逐查配件失靈，更換后恢復正常[8]，見圖4。

圖4 加速器故障思維導圖

（2）水循環系統復合管路漏水：冷卻系統中循環水流入流出的復合管路漏水，由于復合管路使用年限較長，出現老化變形，進而在機械運動中撕裂滲水，更換復合管路后使用正常。

（3）床體、機架等運動故障：① 故障時報PSAM治療床電機驅動不正常聯鎖，床體無法升降，觀察升降驅動器報L85代碼，代碼指示為床體升降電機故障，更換升降電機后正常。諸如其他位置控制電機故障，予以更換對應電機，故障可解決。② 機架在某些角度旋轉失靈,檢測控制電位器異常,更換電位器后機架運動恢復正常[9]。

（4）燈絲故障，報MFIL磁控管燈絲故障聯鎖、UDRS低劑量率聯鎖：① 報MFIL聯鎖，磁控管燈絲焊點發熱開焊，予以焊接維修后恢復正常。② 加速管電子槍燈絲故障或其直流電源變壓器故障。如變壓器引腳開焊斷路、導致電源電壓缺失，UDRS聯鎖報警，將燈絲電源焊接后，開機恢復正常[10]。

機器在使用中經常會有大電流，導致焊點發熱，或者起初的焊接瑕疵，使用時間過久就會造成焊點發生虛焊脫落現象。

（5）GAS波導系統內六氟化硫氣壓不正常聯鎖之送氣繼電器故障：氣體控制繼電器觸點吸合不穩定，發出噼啪聲響，取下后維修觸點后安裝，開機自檢正常，觀察試用，短時間內再報故障，遂更換新繼電器，開機自檢使用正常[11]。電器元件老化、疲勞因素引發的故障風險點：水路、氣路、電路老化形變，進一步因機械振動摩擦導致水路泄漏或電路短路、斷路，直接造成故障聯鎖，或波及其他電氣元件造成故障；使用頻率較高的電機、繼電器、電位器、傳感器等疲勞損壞，可導致系統出現運動失靈、控制失靈等故障及相應聯鎖；光柵絲桿等機械傳動部件磨損，導致運行阻滯等故障[12]。

2.3.2 人為因素引發的加速器故障

（1）銅管漏水造成配件損壞或水循環系統故障聯鎖：水負載及循環系統中所用蒸餾水使用時間過長，系統中水質變差，人為疏忽并未及時更換蒸餾水，從而導致系統出現因管路腐蝕漏水造成配件損壞或其他故障聯鎖。① 水質變差，冷卻水管路接頭腐蝕松動漏水進入微波傳輸系統，導致加速管等重要配件損壞；需要將管路接頭更換后緊固且密封，更換其他故障配件并將系統換水。② 系統出現FLOW水流量故障聯鎖，可觀測到水流量聯鎖板上RP1/RP2/RP3/RP4指示燈亮，且用示波器觀測TP1/TP2/TP3/TP4水流量無信號，從而判斷對應的冷卻水路堵塞或水流量傳感器故障，予以維修后并將系統換水[13]。

（2）GAS波導系統內六氟化硫氣壓不正常聯鎖之六氟化硫泄漏[14]：在工程師進行維修時，管路接頭未按工藝要求進行密封加固，由于機頭機械振動而造成機頭銅管接頭處松動漏氣，導致系統氣體壓力低報警。需要將漏氣處接頭按照工藝要求緊固密封并調節氣瓶壓力至正常值后使用。

人為因素造成的故障風險點：對設備日常維護不到位，疏于檢查巡視或常規工作不及時，如冷卻系統換水不及時、散熱風扇與過濾網清理不及時等，容易造成設備高溫，進而導致相關元器件直接或間接發生故障；維修工作不細致或疏忽，管路接頭連接不可靠，造成介質泄漏，引發一系列故障。

2.3.3 偶然因素引發的加速器故障

加速器運行過程中突然斷電或者斷電后瞬間送電。

（1）服務器、工控機故障：服務器、工控機運行過程中突然斷電，如市電停運、UPS故障，一是導致系統缺失或程序錯誤，需要重裝系統及更新應用程序；二是導致硬盤、主板或其他硬件故障，需要更換硬件后安裝操作系統及應用程序[15]。

（2）突然失電后瞬間送電導致的故障：突然失電后瞬間送電對大型設備危害較大，過載的瞬時電流會造成加速器電路系統故障損壞，如電路板整流元件、穩壓元件的損壞等，需要對設備進行徹底檢修后方可繼續使用[16]。偶然因素引發的故障風險點：加速器供電不可靠，或者電網切換無通知及預案，電路異常時造成數據丟失、電路元器件損壞等故障。

3 應對措施

根據XHA600D加速器故障思維導圖分析，歸納出了引發加速器故障的風險點。針對故障風險點，在日常管理中采取了一系列控制措施。

（1）邀請廠家專家對操作技師、物理師、醫工進一步加強設備使用及維護保養的培訓指導；院內定期開展加速器使用安全培訓及考核，強化學習個人職責，維護維修有監督、有落實，強調日常維護保養的重要性。

（2）優化管理措施，制定三級保養制度及保養計劃，三級保養即廠家定期維護保養、醫院工程師巡檢保養、醫院加速器使用人員日常檢查保養。

制度中規定三級保養周期及內容為：① 廠家6個月一次大范圍維保，包括濾網清洗、設備內部除塵、MLC絲桿潤滑、電路繼電器等元件觸點檢查、電路各處焊點檢查、水電氣路檢查加固等[17]，尤其重點關注水電氣路密封加固、MLC系統檢查保養；② 院內醫工季度巡檢，包括設備狀態檢查、除塵、現場環境安全檢查整改等；加強電網巡護與監測，進行UPS檢查，制定相應預案，涵蓋斷電通知、電網異常時執行有效關機保護等措施；③ 加速器現場使用人員日常檢查保養包括劑量監測、定期進行系統換水、記錄機房溫濕度、除塵等。加強對三級保養的監管與督導，嚴格落實保養周期與保養內容。加速器機房溫度、濕度、防塵工作及備件準備尤其重要，設備使用現場要保持衛生、定期清潔，必備空調、除濕機來保持機房良好的溫濕度條件[18]；及時發現問題，消除安全隱患，切實降低加速器的故障率。

（3） 保證對直線加速器設備實施常態檢測、檢查，如計量檢測、狀態檢測、安全檢查等。通過檢測結果得出加速器的狀態信息，可有效指導直線加速器的保養或提前維修。進一步落實維修記錄，分析故障原因，總結解決故障的方法，提高設備維修效率。

4 實施效果

4.1 控制措施實施后2021年我院XHA600D醫用電子直線加速器開機率

如表3所示，通過實行加速器故障風險控制的舉措，2021年我院XHA600D直線加速器故障共4次，故障停機時間32 h。2021年總工作時間為2920 h，計算2021年加速器開機率為98.9%。

4.2 措施實施效果分析

根據表2結果可知，2018—2020年我院加速器故障共58次，年均19.3次；故障用時436 h，年均145.3 h。2021年我院加速器故障4次，故障用時32 h，與2018—2020年均對比，年均故障次數及用時均呈明顯下降趨勢（圖5～6）；措施實施后故障率的降低即提高了加速器的開機率，2021年加速器開機率98.9%，較2018—2020年均95.0 % 提升了3.9%，處于較高水平。2018—2020年加速器故障類型有7種，2021年故障類型減少為MLC系統故障以及服務器故障2種，亦可見加速器故障風險控制措施效果明顯。

表2 2018-2021年我院加速器故障統計數據對比結果

圖5 年均故障次數對比趨勢圖

圖6 年均故障停機時間對比趨勢圖

5 討論與總結

醫用直線加速器是用于放射治療的大型系統設備，組成結構特別復雜。設備故障類型繁多，維修工程師需具備充分的加速器系統知識，遇到故障問題深入調查研究、系統歸納、善于總結分析，找出故障維修技巧加以利用；另外為更好地服務臨床、不延誤患者治療，需要有針對性的維修與維護行為以及更完善的手段。

本文有針對性的措施可以合理地減小加速器的故障風險指數，從而降低設備的故障率。思維導圖分析后，得出實行加速器風險控制的措施行之有效，切實提高了設備的開機率。

既往關于加速器故障的研究大部分是針對具體故障的案例分析與評價，可指導相似故障的維修工作，注重具體故障具體分析及改善，可較好地降低一類故障的發生率；另外有部分關于加速器故障的研究是通過研究加速器的設備結構，制定預防性維護的內容、方法、控制，從而降低矯正性維修次數，提高設備的完好率[19]。本文在以往對加速器故障研究的基礎上，既從加速器結構、原理出發，又充分總結分析了加速器3年中的故障，樣本充足，代表性強；采用思維導圖創新分析了加速器的故障風險，統攬全局，針對性地提出且實施了一系列故障風險的控制措施；通過計算與數據對比得出了開機率明顯提升的結論，驗證了故障風險控制措施的有效性。

綜上，對加速器故障的風險點進行準確歸納分析，提前維護干預、三級保養等應對措施可有效控制故障風險，切實提高設備的開機率。另外要注重研判，堅持對日常數據的統計與分析，進一步探索有效提高醫用直線加速器開機率的方法、對策，保障醫用直線加速器更加平穩地運行。形成有效的長期機制后，可將此類提高開機率的措施推廣至其他大型醫用設備，采用科學的方法，對具體設備進行具體分析，進一步研究并調整對策，得出每種設備的專一適用結論，持續服務臨床，從而保證各方需求。