螺旋断层放疗系统故障介绍及原因分析

黎 静，张晋建，文 婷，李志强，侯友贤，贾峻嵩，钟 毓，陈 静，王 彦，徐艳红

螺旋断层放疗系统故障介绍及原因分析

黎 静，张晋建，文 婷，李志强，侯友贤，贾峻嵩，钟 毓，陈 静，王 彦，徐艳红

目的：统计分析螺旋断层放疗系统的常见故障及原因，为及时维修、缩短停机时间提供依据。方法：对某院螺旋断层放疗系统21个月的故障数据进行统计和分析，得到机器出现的故障次数、常见故障部件的平均寿命及故障原因。结果：21个月内，机器共出现38次故障，停机53 d，开机率为91.7%。其中，磁控管故障18次（47%），MLC验证板7次（18.4%），靶6次（15.8%），加速管2次（5.3%），其他部件共计5次（13.5%）。靶的平均寿命为出束时间600 h，MLC验证板的平均寿命为出束时间458 h。故障出现的原因与出束时间和机房环境有很大关系。结论：螺旋断层放疗系统开机率稍低；常见故障部件寿命与出束时间成反比关系，温度和湿度过高会影响机器的正常运行；总结故障规律，提前申请部件，可以缩短停机时间。

螺旋断层放疗系统；停机时间；平均寿命；出束时间

0 引言

螺旋断层放疗系统（TomoTherapy Hi·Art，以下简称Hi·Art）是目前最先进的放疗设备之一，其集调强放疗、图像引导放疗、剂量引导放疗和自适应放疗技术于一身，具有靶区剂量均匀性好、适形度高、副反应小的优点[1]。全国现有9台Hi·Art投入临床使用，我院于2011年6月开展了螺旋断层放疗技术，至今共治疗患者900余人。针对Hi·Art在中国装机数量不多，使用和维护经验不足，本文统计了2011年6月1日至2013年2月28日期间我院Hi·Art的故障情况，得到常见故障部件的平均使用寿命，并分析了故障的主要原因。

1 结构和工作原理

1.1 Hi·Art结构

Hi·Art结构如图1所示。将6MV加速器集成在CT滑环机架上，其主要部件包括加速管、电子注入系统、磁控管、微波传输系统、脉冲调制系统、真空系统、冷却水循环系统、电源分配系统、数据采集系统等（如图2所示）。

图1 TomoTherapy Hi·Art结构

1.2 工作原理

Hi·Art的工作流程：由球管阴极灯丝发射的电子，在电场的作用下进入由磁控管提供微波功率源的波导管内进行加速，加速后的电子经波导窗引出轰击靶，产生能量为6MV的X线。X线经过准直器准直和MLC调制后，适形地对肿瘤进行360°的螺旋断层放射治疗。

图2 Hi·Art主要部件

2 故障情况介绍

统计Hi·Art从2011年6月1日至2013年2月28日期间的故障情况见表1。其中，故障次数是指需要停机维护或更换部件的次数，对于由操作不当或驻场工程师能在2 h内解决的小故障不在统计范围之内；停机时间是指机器由于维修而不能用于临床治疗的时间；开机率是指某台医学装备在某段时间内，能够正常开机使用的时间段与该时间段的比值[2]。

表1 Hi·Art故障情况统计（2011.6.1—2013.2.28）

从统计数据可知：21个月中，Hi·Art有38次故障。其中，磁控管占总故障次数比例最高，其次为MLC验证板、靶、加速管等。停机时间53 d，开机率91．7%，小于95%，开机率稍低[2-4]。

3 常见故障原因分析

Hi·Art常见的故障部件包括：磁控管、靶、MLC验证板、加速管等。医疗设备发生故障的原因多种多样，既与机器本身结构设计、部件制造工艺有关，还与使用时间、使用频率、操作技术、保养维护水平及使用环境等多种因素有关。本文主要探究Hi·Art常见故障与使用时间和机房环境的关系。

3.1 出束时间对部件的寿命有较大影响

出束时间（beam-on time）是指机器产生高压及至X线终止的时间，单位为出束小时。使用寿命与出束时间密切相关的部件包括靶、磁控管和MLC验证板等。

3.1.1 靶

靶是产生X线的重要部件之一。Hi·Art的靶为旋转靶，靠水流推动旋转，水流同时还起到冷却的作用。Hi·Art的靶使用寿命为3～4个月，平均寿命为600出束小时，其换靶频率与常规加速器数年一次的换靶频率相比要高得多[3-4]。Hi·Art靶的高故障率与其高工作强度密切相关，原因如下：（1）Hi·Art是360°螺旋照射，照射角度比常规加速器（通常为3～9个角度）的照射角度多，输出剂量高。（2）Hi·Art的治疗范围广，最大射野为160 cm×40 cm，能持续进床治疗全身多个靶点的肿瘤，而常规加速器的最大射野为40 cm×40 cm，治疗范围及靶点数都比较小。（3）常规加速器的输出剂量率一般为200～600 cGy/min，而Hi·Art的输出剂量率高达885 cGy/min[5]。以上原因造成了Hi·Art靶的工作强度比常规加速器的大，因而更换的频率更高。

3.1.2 磁控管

磁控管为加速管提供足够大的射频能量以建立加速场，使电子在轰击靶之前获得足够的动能。Hi· Art磁控管内部结构复杂精细，其工作状态直接影响到输出剂量率的稳定[6]。为了满足长时间、高剂量率和均匀的出束要求，Hi·Art的磁控管工作负荷较常规加速器的要大，因此更换的频率也较高[3]。

从统计数据中可知：前7次更换的磁控管，寿命较短，出束时间平均为145 h，而第8次以后，由于工程师使用了更先进的磁控管训练方法，显著地延长了磁控管的使用寿命，出束时间超过800 h以上，直到磁控管阴极灯丝的状态无法满足治疗要求才进行更换如图3所示。

图3 常见故障部件与出束时间的关系

3.1.3 MLC验证板

MLC验证板由前后2块组成，分别验证前后MLC叶片的到位精度，是精确放疗的重要保证。验证板内有光耦器件，受射线辐射后易损，其寿命基本由出束时间决定。MLC验证板的使用寿命曲线比较平稳，出束时间平均是458 h（如图3所示）。

3.2 温度和湿度影响机器的正常运行

温度和湿度影响机器部件的使用寿命已在多篇文献有过报道[6]。室温的升高会引起磁控管、加速管膨胀，造成管尺度发生变化，导致管工作频率发生变动，进而影响磁控管、加速管的正常工作。Hi·Art磁控管每季度故障次数与当季室温的关系如图4所示。将每个月的平均室温和故障次数使用Spearman秩相关统计方法进行统计分析，结果显示：r=0．339，P=0．133（P＞0．05），差异没有统计学意义，因此不能确定室温与故障次数存在相关关系。而这可能与样本量不足有关。从故障数据的分析中发现：在磁控管7个季度的18次故障中，平均每个季度故障2．57次，而在室温大于20℃的4个季度中，每个季度平均故障次数为3次。室温高于20℃的平均故障次数要高于室温低于20℃平均故障次数。

图4 Hi·Art磁控管每季度故障次数与室温的关系

室温对Hi·Art的正常运行也有影响。Hi·Art是通过蒸馏水循环实现系统冷却，保证工作水温恒定在38～40℃。当机器持续出束，水温升高，超过42℃时，机器的故障频率增加。当机房室温超过23℃时，机器水温将快速达到42℃，此时系统将自动终止出束，直至机器冷却到规定的工作温度后才恢复正常治疗。合适的机房温度有助于保证机器工作在适宜的温度下，减少因温度过高而造成机器故障的情况。

高湿度容易导致电路板打火，造成部件的损坏[7]。Hi·Art的MLC工作时，通过高压气体推动实现MLC叶片快速的开闭。该高压气体由空气压缩机产生，经过干冷机的干燥和冷却，再由管道输送到MLC控制端口进行MLC的开闭控制。由于广州春天湿度非常高，空气湿度甚至可以达到100%。如果没定时对干冷机的滤网进行更换而堵塞，将会导致自动排水功能受阻，造成干冷机输出高湿度的空气，大量的水分进入MLC的控制端口直接损坏MLC的相关部件。

4 结语

我院螺旋断层放疗中心21个月的统计数据显示：Hi·Art有53 d处于停机维修状态，开机率为91．7%，开机率稍低。

（1）开机率稍低与Hi·Art采用螺旋断层调强放射治疗原理有关。在治疗时，球管围绕肿瘤进行360°螺旋照射，出束时间较长，部件工作负荷较高，因此，为了提高开机率，首先，通过改进相关部件的工艺和质量，提高部件的寿命。从我中心统计数据及结果可知：靶的平均寿命为出束时间600 h，MLC验证板的平均寿命为出束时间458 h。如果部件的使用寿命提高，更换频率下降，开机率会得到相应的提高。其次，通过改进部件的训练方法来延长部件的使用寿命。磁控管在打火之后通过更先进的训练方法可以将使用寿命从平均145 h提高到800 h以上。

（2）开机率稍低也与配件运输时间有关。Hi·Art在中国只有北京一个售后服务机构，配件运送至医院会耽误1 d时间。可见，总结好故障规律，提前申请配件，减少运输时间，即可缩短停机时间。这些常见故障部件的故障规律也引起了北京售后服务机构的重视，对于磁控管、靶、MLC验证板等常见的故障部件在使用预期寿命之前就已经申请备件，以缩短配件的配送时间从而缩短设备停机时间。2013年3月至6月的停机时间统计结果显示，提前申请配件可以减少近2/3的停机时间，使开机率提高到97．2%。

螺旋断层放疗系统的发明，是放疗技术的一次伟大革命，其贡献可类比于X线机到CT机的飞跃，但同时也存在机器开机率稍低的问题。这需要科室和售后服务机构共同努力、相互协作、扬长避短，让Hi·Art更好地服务于临床，造福患者。

[1] 徐寿平．螺旋断层放疗系统原理及其应用[J]．医疗卫生装备，2008，29（12）：100-102．

[2] 王岚．大型医学装备效率指标的探讨[J]．中国卫生资源，2012，15（3）：200-202．

[3] 王忠明．医科达Precise加速器自主维修实践研究[J]．医疗卫生装备，2010，31（7）：105-106．

[4] 杨绍洲．加速器6年停机情况的回顾性分析[J]．生物医学工程与临床，2011，15（6）：588-590．

[5] 史斌斌．螺旋断层放疗系统靶损耗状况的监测方法[J]．中国医学物理学杂志，2012，29（5）：3 638-3 644，3 648．

[6] 邵伟新，周丽敏，苏剑斌．环境条件与医疗设备故障及维护[J]．武警医学，2007，18（9）：716-717．

[7] 胡杰．医用直线加速器14年的使用总结[J]．中国医疗器械杂志，2010，34（1）：66-68．

（收稿：2013-05-20 修回：2013-12-22）

Failures and reasons analyses of helical tomotherapy system

LIJing,ZHANG Jin-jian,WEN Ting,LIZhi-qiang,HOU You-xian, JIA Jun-song,ZHONG Yu,CHEN Jing,WANG Yan,XU Yan-hong
（Center for Helical Tomotherapy,Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Area Command,Guangzhou 510010,China）

Objective To analyze the common failures and reasons for the helical tomotherapy system for timely maintenance and reduced downtime.M ethods The failure data of the helical tomotherapy system in some hospital in the past 21 monthswere analyzed for the failure number,mean life of the common faulty components and the reasons for the failures.Results In the 21 months,there were 38 failures and 58 days downtime,with the operation rate of 91.7%.In the 38 failures,there were 18 ones in magnetron(47%),7 ones in MLC verification board(18.4%),6 ones in target(15.8%), 2 ones in accelerating tube(5.3%)and 5 ones in other components (13.5%).The mean life of the target was 600 h of beam-on time,and themean life of MLC verification board was 458 h of beam-on time.The failures usually were related to the beam-on time and the environment of machine room.Conclusion The operation rate of the helical tomotherapy system is slightly low;the service life of common faulty components is in inverse proportion to the beam-on time;high temperature and humidity may influence the operating of the machine;summarizing the rule of failures and applying the components at advancemay reduce the downtime.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（6）：119-121]

helical tomotherapy system;downtime;mean service life;beam-on time

R318；TH774

A

1003-8868（2014）06-0119-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.06.119

黎 静（1966—），男，博士，教授，主任医师，硕士研究生导师，主要从事肿瘤放射治疗方面的研究工作，E-mail：jameslijing@163.com。

510010广州，广州军区广州总医院电螺旋断层放疗中心（黎 静，张晋建，文 婷，李志强，侯友贤，贾峻嵩，钟 毓，陈 静，王 彦，徐艳红）