LinaTech-CC51动态多叶光栅常见故障维修分析三例

华小龙，孙宇涛

1.兴化市人民医院 放疗科，江苏 泰州 225700；2.医科达（上海）医疗器械有限公司，上海 201208

引言

放疗作为肿瘤三大治疗手段之一，约有50%～70%的癌症患者需要接受不同程度的放疗，医用加速器已成为现代放疗领域的主流设备[1]，而光栅正是医用加速器重要的组成部分。动态多叶光栅能够为适形放疗（Conformal Radiation Therapy，CRT）和调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）提供规则及适形辐射野，并配合加速器X射线出束实现剂量强度调节，增加肿瘤的局部控制概率（Tumor Control Probability，TCP）和降低周围正常组织的放射并发症概率（Normal Tissue Complication Probablity，NTCP），提高放疗增益比[2-3]，动态多叶光栅已成为现代精准放疗中不可或缺的设备。LinaTech-CC51动态多叶光栅是该类设备中典型的代表，该型光栅为外置光栅，可通过不同的适配器安装在各主流加速器机头上，如医科达Compact、Precise，西门子Primus，瓦里安2300C/D、2300EX，新华XHA600、600C等，将光栅参数写入各计划系统的物理参数模块，如Pinnacle、XIO、Eclipse等，便可实现在不同品牌计划系统进行计划设计，然后将计划文件导入光栅工作站来驱动光栅按指令运动，从而实现在不同加速器机型上实施放疗，目前国内约有300余家用户在应用该型光栅。该光栅有51对叶片，操作便捷、稳定性良好、故障反馈准确，与其他品牌型号光栅参数对比如表1所示。每个叶片由单独的电机和丝杆及螺母套组合驱动，当病人量较大时，叶片驱动组件磨损程度加剧[4]，造成走位精度下降，甚至导致光栅故障。熟练掌握该设备的结构原理和故障检修方法，有利于快速排除故障[5-6]。

表1 各品牌型号光栅参数对比表

1 LinaTech-CC51动态多叶光栅基本结构与工作原理

LinaTech-CC51动态多叶光栅主要由光栅工作站、通讯适配器、电源箱及光栅主体构成，见图1。

图1 LinaTech-CC51动态多叶光栅基本结构图

光栅工作站为基于Windows XP的个人电脑，用于运行DMLC软件，是光栅系统的控制中枢。DMLC软件主要负责管理患者治疗信息、下发叶片驱动指令、监管叶片运行动态以及提供报警信息。

光栅软硬件连接方式为：电脑主板串口通过九芯短线与通讯适配器相连，通讯适配器通过九芯长线与电源箱J9口相连，电源箱J2口通过七芯长线，七芯短线与光栅主机航空插头相连。光栅主机航空插头引出的J14插头插在A边主控板的插头上。光栅主体正面图如图2所示。

图2 LinaTech-CC51动态多叶光栅主体正面图

2 LinaTech-CC51动态多叶光栅常见故障

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

开机后，光栅软件右下角出现红色报错信息“disconnected”，光栅软件与硬件通讯故障，软件无法控制光栅运动。

2.1.2 故障分析

出现此故障时，光栅软件与硬件通讯中断。故障可能原因为：① 电源问题；② 线缆内部断裂；③ 串口通讯。

2.1.3 故障排除过程

排查流程如图3所示。首先排查电源问题，系统共有三处电源指示灯，分别位于光栅电源箱、通讯适配器和光栅主机。当电源正常时，指示灯均为常绿。若电源箱指示灯不亮，需检查电源按钮是否在打开档位以及市电输入是否正常；若电源箱指示灯正常，则继续检查主机指示灯，若不亮，重新插拔各线缆插头后开机复位。

图3 故障排查分析流程图

然后排查线缆内部通路，若有断点，则更换该线缆。最后排查串口通讯[7]，逐渐缩小故障范围，锁定故障位置。本例中，发现电源箱中的Beam板有问题（图4），导致通讯适配器与光栅主体的通讯丢失。更换Beam板，重新上电后复位，无报错，故障解决。

图4 Beam板正面图

2.1.4 小结

通讯类故障通常是由电源问题、线缆松动、线缆内部断裂等引起，应优先检查各电源开关、市电供电环境，其次检查光栅机头与加速器外壳表面插口连接的七芯弹簧线。另外，线路弯折也可能导致以上故障，要注意理顺各连接线缆，避免过度拉扯。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

光栅软件报错信息为“Blocked Leaf ID: Side B: 24”（图5），该编号叶片卡死，无法继续走位。

图5 叶片卡死故障提示

2.2.2 故障分析

出现此故障后，叶片无法走位，治疗中断。叶片走位原理为伺服电机按照指令驱动丝杆转动，丝杆通过叶片中的螺母套带动叶片运动，从而实现软件控制叶片走位。故障可能原因：① 电机通道故障；② 叶片间卡涩；③ 丝杆和螺母套磨损；④ 伺服电机故障。

2.2.3 故障排除过程

首先排查电机通道问题，在DMLC软件中找到报卡叶片对应的电机通道，然后将该叶片的伺服电机插头插在其他通道上，在软件中更新通道编号。若仍报叶片卡，可排除电机通道问题。继续检查叶片机械部分，拆除伺服电机、丝杆和螺母套，用手拖拽叶片前后移动，观察叶片间是否有机油灰尘等异物；检查丝杆是否笔直，螺纹是否完整；检查螺母套是否能顺利在丝杆上旋转滑动。若以上均正常，则检查伺服电机，由于伺服电机长期高负荷运作，磨损严重，易出故障[8]。本例中，更换该叶片的伺服电机，重新上电并初始化，软件无报错，故障排除。

2.2.4 小结

叶片卡死在光栅日常使用中出现较频繁，要减少该类故障，首先要勤保养擦拭，确保叶片间无过多油脂灰尘；其次，定期检查叶片运动情况，加强对运动异常叶片及其驱动组件的保养，减少故障发生，同时也避免由叶片走位偏差导致的放疗计划质量保证γ通过率降低[9]，保障患者放疗效果。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

软件报错信息为“Side A Step Motor Is Blocked”，光栅A边步进电机卡死，无法继续走位。

2.3.2 故障分析

此故障下，光栅停止运动，治疗中断。步进电机驱动原理为：光栅软件发送运动指令至通讯模块，经编码后发送至控制模块，再将运动指令发送至步进电机驱动板，然后驱动步进电机工作，结构如图6所示。故障可能原因为：① 步进电机驱动板故障；② 电磁制动器驱动板故障；③ 电磁制动器故障；④ 联轴器故障；⑤ 步进电机故障。

图6 步进电机结构图

2.3.3 故障排除方法

（1）首先用替换法检查电气问题。对调光栅A面和B面的步进电机驱动板后上电，若A面运行正常，B面卡死，则为步进电机驱动板问题；若情况没变化，则继续检查两边电磁制动器驱动板，方法同上。若两种驱动板均正常，则检查机械问题。光栅上电时，电磁制动器释放，会发出“咔”的声响，由于A面和B面得到信号有时间差，故而两个“咔”声也有时间差，注意听电磁制动器释放时是否有两次声音。

（2）然后检查联轴器。释放电磁制动器后，用手转动联轴器，感受两面的阻力是否均匀且一致。若阻力不均匀或不一致，则需调校联轴器和步进电机至合适的位置；若阻力均匀且一致，则为步进电机问题。本例中，更换步进电机后，重新上电，运行正常，故障排除。

2.3.4 小结

步进电机卡死是常见故障里较难处理的类型，对维修人员要求高，除了掌握设备原理外，还要有调校“手感”，即扎实的基本功，才能感受出联轴器所受阻力变化，以便调校联轴器和步进电机的最优位置。另外，工作人员在做日常保养时，也要留意电磁制动器和联轴器是否有异响，做到早发现、早解决，将故障扼杀在萌芽中。

3 讨论与总结

动态多叶光栅作为实现适形调强放疗的核心部件，是放疗科不可或缺的设备。值得一提的是，该型光栅软件中内置了一套评估伺服电机寿命的算法，记录各个伺服电机的运行时间和预警它们需要被更换的日期，可以让工程师提前准备，防患未然。

本科室自2016年开展调强放疗技术，平均每天治疗患者70～80例，叶片驱动组件负荷量巨大，设备一旦发生故障，厂商工程师无法第一时间进行现场排查维修[10]。等待厂商工程师到达场地的时间较长，期间无其他设备可以替代，必然延误患者的正常治疗，发生可疑医疗器械不良事件，影响科室的日常治疗秩序，甚至让工作陷入停滞状态，给科室造成高额的经济损失[11]，易造成医疗纠纷。

本文将2017—2019年发生的故障进行了统计，见图7。经分析发现，以上故障产生的原因多为使用人员对设备的性能和原理掌握不够、维护保养不到位，长此以往，导致仪器发生故障[12]。

图7 2017—2019年故障统计图

为确保光栅保持良好的工作状态，可通过预防性维护来进行预防。通过分析维修日志发现，叶片卡涩故障约每2个月发生一次，且大多由电机、丝杆和螺母套等零部件的磨损导致，因此我们制定了维护计划表（图8），有针对性地维保易损部位，降低设备故障率。

图8 维护计划表

结合参考文献与该光栅故障现象进行分析，尽管光栅分为不同品牌型号，但它们的作用都是配合加速器出束实现剂量强度调节，增加TCP和降低NTCP，提高放射治疗的增益比，且它们的运行原理与控制模式大同小异。同时，易发故障和造成故障的原因也类似，比如由于高负荷运动导致光栅电机碳刷等部件磨损，以及使用过程中可能造成的线缆连接松动等问题。因此，在面对光栅故障现象时，分析和定位故障点的思路相似，有较高的参考价值，帮助解决眼前具体问题。

目前光栅叶片驱动组件领域尚未有合理的通用预防维护准则，后续研究探索建立一种预测机制，对光栅易损零部件寿命进行监测[13]。对于到达预警值区间的零部件，工程师利用治疗空闲时间进行批量更换，提高工作效率[14-17]。此外，应建立健全维护方案与奖励机制，激励技师和工程师的工作热情，保证设备开机率及最佳的运行状态，提升科室设备管理工作质量，促进科室更好地发展。