TomoTherapy Hi.Art放射治疗系统故障分析与排除

李益坤，周 彬，曹晓卉，孙向东

（东部战区总医院放疗科，南京 210002）

0 引言

TomoTherapy Hi.Art是由数据采集系统（data acquisitionsystem，DAS）、数据接收系统（datareceiverserver，DRS）、前处理计算机（on-board computer，OBC）、静止部分控制系统（stationary controller，STC）组成的具有高度调制、快速实施的高集成放射治疗设备。TomoTherapy Hi.Art在设计时进行了大范围优化[1]，2组64片互插式气动二元多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC），MLC 最大射野宽为 5 cm×40 cm。子野是射野的基本组成元素，一个子野就是通过MLC在特定的机架角度调制的射线的面积，MLC工作状态决定整个治疗方案的实施效果，确保其良好的工作状态至关重要。

TomoTherapy Hi.Art软件参数设置不当或硬件损坏都可能造成设备无法正常工作。现将设备使用中遇到的MLC硬件故障及OBC未启动软件设置故障分别进行分析总结，使设备真正发挥其作用[2]。

1 MLC工作原理

MLC由高为10cm的高纯度锥形钨构成，靠近源端厚为2 mm，远端厚为3 mm，在等中心处的投影宽度为6.25mm。为减少漏射，叶片采用凸部为0.15mm、凹部为0.3 mm的凸凹槽设计[3]，叶片通过凹凸状结构互锁，减少叶片间漏射，从而使室内泄漏和散射辐射水平远低于常规放射治疗室内的辐射水平[4]。在治疗过程中叶片只有开和关2种状态，叶片在20 ms内就完成打开和关闭运动，从而通过控制叶片运动序列和关闭时间实现对子野强度的调制，可见MLC质控工作尤为重要[5-7]。DRS接收治疗计划信息经OBC传输到MLC控制板，MLC控制板将信号传输给前验证板（Front LVA）及后验证板（Rear LVA），通过电磁阀来控制叶片开关，如图1所示。前后验证板分别由2组光学传感器采集对应叶片（见表1）的位置状态（0代表叶片关闭，1代表叶片打开），验证板通过光耦信号确认MLC叶片位置并直接把位置信息反馈到OBC，OBC由MLC控制板控制叶片的运动。OBC发出的MLC运动指令与从验证板得到的信息进行比对，位置一致则MLC运动正常，任一个叶片位置和OBC发出的指令存在偏差，则MLC停止运动并报错。

图1 MLC控制部分连接图

表1 控制板接口对应的MLC序号

2 故障维修实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

2.1.2 故障分析

通过IntegratedSystemTestTool（ISTT）查看日志，硬件设备提示“activational error，leaf#41 should be in transit to 1，but is still at 0”。对于MLC叶片位置状态报错，首先排查驱动叶片的空压机压力是否正常，经检查，空压机气压均在正常范围。拆开机架外壳，观察leaf#41叶片位置与其他叶片略有不同（如图2所示），考虑此次故障leaf#41在J1，对调前后验证板，重新开机故障依旧，可排除MLC控制板的问题。每片叶片都由独立的电磁阀控制，通过运行test MUTF软件测试MLC各个叶片的运动状态，发现leaf#41未运动，测量电磁阀供电电压12 VDC正常，因此怀疑直动式电磁阀（MAC 44C-L00-GDKA-1KE）故障。而该患者治疗计划在执行过程中恰好使用leaf#41，电磁阀故障引起leaf#41未运动从而导致该故障。

2.1.3 故障排除

更换leaf#41对应电磁阀线圈后，重新开机，该患者验证计划顺利执行，故障排除。

图2 故障叶片

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

TomoTherapy Hi.Art晨起开机时，自检提示“MLC初始化失败”。

2.2.2 故障分析

该专业的学生来源有普招和专升本，生源不一样，评价系统也随之变化。改变以前以结果为导向的评价制度，建立以学习过程为导向的评价制度，学生不必在临近期末时突击复习迎接考试。由仅期末对课程知识点试卷考核转变为增加教学过程中的知识运用与转化的综合素质考核。期末考试成绩占60%～70%，考勤、平时作业及围绕思考分析题而进行的文献查阅，独立思考、分析推理、归纳总结，公开答辩等引起学生主动学习的过程考核占30%～40%。学生积极思考主动学习的学风逐渐建立。

查看log文件，提示“MLC leaf 1 2 3 4 in wrong position”，查看机架后方右上角压力表，显示压力低于50 psi（压力正常范围58～62 psi，1 psi=6.89 kPa），由此判断故障出在空压机。

2.2.3 故障排除

空压机压力偏低，多因为空压机断电停止工作造成的。检查空压机电源开关，重启空压机，查看压力表压力在正常范围，故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

在患者治疗过程中MLC出现连锁报错，机器重启后MLC报错频繁，治疗中断。

2.3.2 故障分析

查看 log文件，提示“MLC over travelled”，首先运行test MUTF命令检测到固定的叶片报错。MLC叶片依靠空压机快速推动叶片开或关，运动速度极快，特氟龙柱体（MLC bump）起到缓冲并阻止叶片运动的作用。MLC bump老化易受叶片冲击而造成柱体断裂，叶片位置错误引起“MLC over travelled”。悬吊MLC机头，清楚看到MLC bump部分缓冲柱体已断裂变形，叶片停止位置不正确，导致故障发生。

2.3.3 故障排除

更换新的MLC bump后，测试MLC运行正常，MLC over travelled故障排除。

2.4 故障四

2.4.1 故障现象

TomoTherapy Hi.Art开机提示“Internal communication problem，Restart the system.”（网络连接错误，请重启），且多次重启均未成功。

2.4.2 故障分析

通过网线经交换机RDS（relational database service）接入系统，设置维修计算机IP地址192.168.10.100，禁用防火墙。开机后暂不开UPS，等待RDS启动后在维修计算机命令提示符中键入“ping 192.168.10.3”并按“Enter”键，4条回复信息均提示回复失败，OBC并未启动。测量OBC面板上P5V、P12V、N12V、P15V、N15V、P24V、N10V对地电压，均在正常范围。关闭系统将OBC的J5连接PS2键盘，J28连接VGA（video graphics array）显示器后开机，系统进入“System BIOS Configuration”界面并提示“No bootable device available”，判断OBC主板电池掉电导致CMOS（complementary metal oxide semiconducter）数据丢失。

2.4.3 故障排除

测量OBC主板电池电压为3.5 V，在正常范围，重启故障依旧。进入BIOS设置界面，根据提示键入“S”进入 BIOS 配置界面，发现“Date：＞Jan 01，1900”，确认数据丢失。重新设置BIOS各项参数并保存设置，机器启动成功，故障排除。值得注意的是，OBC通常会安装TomoTherapy VxWorks，极少情况下Ethernet Enable/Base必须改为340 h才能在治疗机上通信，加载成功后该值应设置为300 h。

3 小结

TomoTherapy Hi.Art是将图像引导、调强及自适应兼容为一体的高集成放疗设备。二元气动MLC运动状态相对简单，最容易实现理想的调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT），但MLC长期使用易老化，故障率明显升高。TomoTherapy Hi.Art没有各部分维修电路图，MLC故障报错后，通过查看log文件快速定位故障位置，通过互换相应电路板排除电路板自身问题，通过test MUTF命令查看每片MLC叶片状态，准确判断问题原因。MLC故障修复后需进行相关物理测试，测试通过后方可进行患者治疗。

TomoTherapy Hi.Art日常使用中维护保养是关键[8]。工程师应熟悉设备保养情况，定期查看各部件工作状况，熟练掌握设备原理并找出故障排除方法[9]，认真做好维修记录，积累维修经验，为以后的工作提供借鉴。