SGS-I型立体定向放射治疗系统故障及排除方法浅析

2022-11-24孙士钊宋长龙

中国设备工程 2022年21期

关键词：计时器射线自动

孙士钊，宋长龙

（广东省农垦中心医院，广东湛江 524000）

1 SGS-I型伽玛刀基本机械电气构造

伽玛刀由主机机械系统、电气控制系统、立体定位系统和放射治疗计划系统等4部分组成。

1.1 主机机械系统

主机由射线源装置、屏蔽门、治疗床、定位支架及活动床组成，如图1所示。

图1 伽玛刀结构图

1.1.1 射线源装置

放射源装置由放射源、源体、准直体、准直系统、驱动单元和屏蔽体组成。放射源装置是60Co 源的载体，同时也是用来进行射线准直聚焦和旋转照射的系统。

源体也叫源匣（放射源的载体），由耐蚀铸铁制成，可保持长期不生锈，它是一个半球壳体，制有36个安装钴源及预准直器的通向球心的孔，以引导射线束在球心聚焦。36个孔分成4组，每组9个，按螺旋线分布。源体左端装有源体套筒，以1对轴承支承于屏蔽体上，由伺服电机驱动慢速旋转。旋转时，形成了30个射线束锥面，其几何轨迹无一重叠，因此对患者正常组织损伤最小。

图2 放射源结构图

图3 源匣结构示意图

1.1.2 驱动装置

源体是由源体伺服电机经涡轮、涡轮杆减速传动进行驱动，准直体是由准直体伺服电机经涡轮、涡杆进行驱动，源体伺服电机尾部上安装有编码器，其信号可与准直体伺服电机尾部上的编码器信号进行比较，使源体和准直体实现准直孔大小的选择、屏蔽棒（用于关源）的位置或治疗时的同步旋转。

图4 驱动装置结构图

1.1.3 屏蔽体

由铸铁制成，为半球形包围着源体、准直体以及其中的治疗空腔，内部安装支承源体的套筒和1对轴承，右端以阶梯环与屏蔽门框连接，屏蔽体一侧开有阶梯孔，包涵纬度14°～43°范围，作为在装取放射源时的通道并备有完全密合的屏蔽阶梯块，在非装源时屏蔽射线。

屏蔽门分上下门扇，也是铸铁制成，它们是2个有水平转轴的半圆柱体，关闭时相互以上下门沿的阶梯缝啮合，以防辐射泄漏。治疗时，伺服电机经齿轮和蜗轮减速箱和1对齿轮后驱动两扇门绕轴转90°开启，使病人头部可随治疗床进入治疗位置。治疗结束，先退床，然后驱动机构反转，屏蔽门再次紧密地关闭起来。由于屏蔽门及准直体处在射线关闭状态，对机房和伽玛刀操作位置同时具有防护辐射的功能，形成了双重屏蔽，辐射泄漏大大减少。

图5 屏蔽体结构图

1.2 电气控制系统

电气控制系统由2台可编程逻辑控制器、四轴电机控制器、Servo电机控制器、驱动器、变压器等硬件和控制软件组成。能够对源体和准直体的同步跟踪旋转、准直器的选择、屏蔽门的开启和关闭、治疗床的前进、后退和定位等功能实现自动控制，同时还可以对门与床安全联锁状态、与外部设备安全联锁状态及设备自身的状态进行动态监测，具有辐照时间的双计时器控制，准直器和定位精度的实时监控，故障报警等功能，此外还配备有视频监视系统、对讲系统、UPS供电系统、状态指示和报警系统。

1.2.1 电源系统

电源系统由市电220VAC供给，内置在线式UPS，再经过各变换装置变换成所需的各种交直流电压。采用在线式UPS的原因是为了保证在外界电源断电后，设备可正常运转30min以上，使正在进行的治疗过程不至于因外界突然停电而中断。

1.2.2 控制台和操作台

控制台包括：操作台、控制计算机、辐射报警仪、对讲和监视系统。

操作台上装备有控制按钮、状态指示灯、报警器、计时器等。治疗和其他作业过程只能在操作台启动；在需要时，可在操作台上中止治疗和其他作业过程；当遇到紧急情况时，按急停开关可快速退出治疗。治疗过程中设备的状态在操作台的相关部位得到显示，操作人员对整个治疗过程情况一目了然。操作台的布置见图6。操作台和头部伽玛刀主机、电控柜、监视器、对讲装置的联系通过地下电缆连为一体。

图6 控制台面布置图

1.2.3 计时器系统

SGS-I型伽玛刀的辐照剂量控制由2个独立的计时器组成，它们采用冗余组合，并且能独立中止辐照过程。当系统开始辐照时，一个计时器正向计时，另一个计时器反向计时，计时值在操作台的REMAINING TIME和ELAPSED TIME显示器显示。当一个计时器发生故障（即2个计时器的计时值相差大于5s）时，将中止当前的治疗过程；当辐照被意外中止后，当前计时器的数值将分别被保存在计时器内，并在操作台的REMAINING TIME和ELAPSED TIME显示器显示。

2 SGS-I型伽玛刀常见故障分析及排除方法

2.1 设备准备治疗阶段故障分析

2.1.1 UPS电池报警

原因分析：电池充电不足。排除方法∶电池充好电以后再用。

2.1.2 UPS失效

原因分析：UPS出现不可逆损坏。排除方法：更换同型号UPS。

2.1.3 驱动器上电失败

原因分析：峰值电流过载。排除方法：断电后重新上电。

2.1.4 控制器或PLC通讯失败

原因分析：操作过程中，启动顺序错误。排除方法：控制计算机启动后，再启动控制盒或使用控制盒重新启动按钮。

2.1.5 读取治疗数据错误

原因分析：治疗数据文件格式错误或数据超出设备限制。排除方法：重新审定治疗数据文件。

2.2 设备初始化过程中的故障分析

2.2.1 三维治疗床X/Y/Z轴初始化失败

原因分析：（1）设备未找到X/Y/Z轴初始位置。排除方法：断电后，通过手轮将三维床的X轴摇到初始位置附近。（2）X/Y/Z轴零位开关失效。排除方法：更换或调整开关。

2.2.2 源体、准直体初始化失败

原因分析：（1）源体、准直体不在初始位置附近。排除方法：在控制计算机上交互给出源体、准直体的大体方位，引导系统完成初始化。（2）源体、准直体零位开关失效。排除方法：更换或调整开关。

2.2.3 源匣不在零位

原因分析：（1）源匣在储源罐中，但没能触发源匣零位开关。排除方法：用遥控操作将源匣拖回零位后，继续初始化。（2）源匣零位开关失效。排除方法：更换或调整开关。

2.2.4 超时停顿

原因分析：某驱动电机因某种原因意外停止或没有响应。排除方法：按下故障确认按钮，自动退回主画面，重新初始化设备。

2.3 治疗过程中的故障分析

2.3.1 储源罐门开启故障

原因分析：储源罐门有机械卡阻或电机驱动失效或罐门开位开关失效。排除方法：如果能重新初始化，则再执行治疗程序。否则终止治疗，用遥控关门。

2.3.2 设备没有运行到规定位置

原因分析：（1）可能是三维床没能运行到目标位置。（2）可能是源体未运行到目标位置。（3）可能是准直体跟踪精度超差。排除方法：系统自动关闭射线束，按下故障确认按钮，自动退回主控制画面，重新初始化设备，并继续治疗。

2.3.3 计时器故障

原因分析：2个PLC计时相差超出5s。可能是PLC通信失效。排除方法：系统自动关闭射线束，按下故障确认按钮，自动退回主控制画面，重新初始化设备，并继续治疗。

2.3.4 准直体撞安全保护环

原因分析：可能是照射回转角度超出限制。排除方法：审核和纠正治疗数据，最好能先执行坐标检查程序，然后执行治疗程序。

2.3.5 准直体开度＞10°

原因分析：准直体执行开束时，理论开度为9°，超过10°则报警。排除方法：系统自动关闭射线束，按下故障确认按钮，自动退回主控制画面，重新初始化设备，并继续治疗。

2.4 结束治疗过程中的故障分析

2.4.1 设备没有能运行到规定的位置（准直体关束失败）

原因分析：准直体驱动失效或有机械卡阻现象。排除方法：系统自动关闭射线束，按下故障确认按钮，自动退回主控制画面，重新初始化设备，并继续执行程序。

2.4.2 设备没有能运行到规定的位置（治疗床回零位失败）

原因分析：X和Y轴驱动失效或有机械卡阻现象。排除方法：系统自动关闭射线束，按下故障确认按钮，自动退回主控制画面，重新初始化设备，并继续治疗。

2.4.3 源匣解锁失败

原因分析：源匣解锁驱动失效或有机械卡阻现象或解锁开关失效。排除方法：试着用遥控盒操作源匣解锁、源匣拖回储源罐、关闭屏蔽门。

3 SGS-I型伽玛刀故障处理程序和应急处理方法

3.1 应急处理方法

（1）故障特征：在治疗过程中，上位控制计算机死机。应急处理方法：重新启动计算机，并进入治疗界面，但不能关闭控制盒上的电源开关，等待主控制器将当前靶点执行完毕后，系统重新初始化，并能自动接着下一个靶点继续治疗。

（2）故障特征：在治疗过程中源体和准直体、治疗床运动失控撞到并触发安全保护环。应急处理方法：控制系统自动切断所有电机驱动器电源，所有运动停止，以保护病人的人身安全为首要原则。通过监视系统观察病人和设备各轴的位置情况，在控制盒上给驱动器上电，用遥控盒操作，首先关闭射束，再将X和Y移到中心位置，然后再启动初始化程序，引导设备回到安全状态。

（3）故障特征：出现故障后，用遥控盒操作失败，用重新初始化方法也失败。处理方法：首先关闭控制总电源，然后进入机房施行人工手操作，操作顺序为用最快的速度关闭射束，用专用小车拖出病人，关闭机房门，在门上贴警示标志，通知厂家。

3.2 故障处理程序

3.2.1 在储源罐门开启之前的故障处理

由于放射源还在储源罐中、储源罐门关闭，设备处于环境剂量要求状态，此时设备非常安全，操作人员都可以进入机房内观察和处理故障，也可以通过重新启动初始化，靠控制系统自动修复某些故障，然后继续治疗。

3.2.2 在储源罐门开启之后、开射束之前的故障处理

当控制程序启动治疗程序后，已经执行到开启储源罐门，并将源匣加载到源体上的情况时，被治疗的病人在设备中，但只要射线束没有开启，对病人而言辐射防护是安全的。操作人员可以重新启动初始化，靠控制系统自动修复某些故障，然后继续治疗。如果启动初始化还不能修复故障，则启动手动遥控程序，用手动遥控盒将源匣拖回储源罐、关闭屏蔽门，撤出病人，报厂家修理。

3.2.3 在开启射束之后的故障处理

当控制程序启动治疗程序后，首先，将源匣加载到源体上，之后将病人的病灶靶点移动到焦点处定位，然后，开启射束进行回转照射。此时的病人正在接受射线照射，所以处理故障要特别小心。第1原则是尽快和最大可能地关闭射束，第2原则是尽可能地将源匣回储源罐、关屏蔽门，第3原则是保存已经治疗时间。以上3原则控制系统可自动实现。步骤如下：

（1）在控制计算机上按“确认故障”，自动返回控制主画面。

（2）选手动遥控功能，用手动遥控盒将准直体转到关闭射束位。

（3）再按下“初始化”按钮，重新初始化设备。

（4）如电动方式失败。需操作人员进入治疗室，手动关闭准直器，并将病人拖出治疗室。

（5）出故障时，病人不可长时间停留在准直器打开状态下，也应尽量缩短在准直器关闭状态下的时间。