医用质子重离子系统运维要点解析

刘 鹏，王 岚，朱春杰

（上海市质子重离子医院，上海市质子重离子临床技术研发中心，上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心，上海 201315）

0 引言

质子重离子射线装置在肿瘤治疗领域的应用得到了广泛认可。目前，在我国应用于临床使用的质子/重离子治疗中心已经有3家，分别建在山东、上海和台湾，在建和准备投资建设的质子或重离子中心超过70家[1]。我院引进的Siemens质子重离子设备（IONTRIS系统）是一套能同时产生质子和重离子2种射线的粒子治疗（particle therapy，PT）系统，价格昂贵，规模庞大。该治疗系统于2003年开始调研和技术论证，2014年建成并完成临床试验，2015年5月8日正式运行。我院的主要医疗工作都围绕着PT系统开展，因此该系统高效的运维将会对医院的整体运行起到关键作用。因此，本研究主要通过总结我院的运行经验，分析PT系统的运维要点，实现PT系统的高开机率，造福更多的肿瘤患者，同时为即将运行的同类质子或重离子治疗中心提供借鉴[2]。

1 PT系统运维的难点

PT系统包含了PT主系统和辅助系统，整个系统昂贵、庞大，目前世界上在运营的质子或重离子中心都只配备了一台PT系统[3]。影响PT系统运行的风险因素很多，包括离子源系统、射频系统、真空系统、水冷系统、束流诊断系统、磁铁系统、供电系统、压缩空气系统、供气系统、治疗系统、计划系统、束流应用监测系统、辐射监测系统、个人辐射安全联锁系统等，其中任何一个系统出现故障都会造成治疗中断。长时间中断治疗，不仅会影响肿瘤患者的治疗效果、造成医患关系的紧张，还会给医院正常运营造成舆论影响[4]，因此PT系统的运维非常重要。经过几年的摸索和探讨，我院后勤保障部门汇总了PT系统运维中的几个主要难点：

（1）辅助系统如水冷系统、供电系统、暖通系统等是PT系统正常运行的保障支持系统，其中水冷系统温度控制精度要求小于±0.5℃，治疗室温度控制精度要求小于±1℃，供电系统要求主电网波动不得超过150 ms，超过以上要求就会造成整个PT系统中断40 min以上，因此保障难度很大[5]。

（2）整个PT系统全长190 m，备件种类繁多，但是现场的存储条件只允许存储部分常用备件，因此备件的使用管理对于系统故障恢复起到关键性的作用，这也是保障管理的难点。

（3）PT主系统和附属供电、水冷、暖通等系统相对孤立，使得PT整体系统的后勤运维工作的管理难上加难。

（4）PT主系统和辅助系统每年都需要维护保养，而维护保养除了占用周末和节假日之外还需要占用一部分工作日，导致临床使用与设备的维护保养存在冲突。

（5）PT主系统的耗能比较高，辅助系统更是要求全年无间断开机保障，因此采取有效的措施来减少能耗、降低医院的运行成本是运维中的难点。

针对以上问题，有必要建立兼顾临床使用与设备维护保养的整套运维体系及完善的管理制度和流程，同时搭建设备设施运维管理平台系统，使PT系统运维更系统化、集成化、节约化。

2 提升PT系统运维的关键要素

2.1 专业运维工程师团队的组建

PT系统的运行除了需要厂家驻扎医院的维保团队之外，针对PT系统高标准的辅助系统保障如供电、水冷、暖通等系统的要求，医院还要组建一支专业性比较强的工程师团队，包括电气工程师、暖通工程师、自动化工程师、给排水工程师。另外，为了能够更好地监督和管理维保厂商对于PT主系统的运维执行情况，医院还要配备PT系统专业的加速器工程师。因此，运维工程师团队成员要具备跨系统的专业协调和解决能力，成为PT系统真正的复合型专业技术人才[6]。

运维工程师的主要岗位任务是独立处理PT系统及其辅助设备的技术难题。其主要工作内容分为以下几方面：（1）制订本专业的长期规划，熟悉核心技术，强化技术创新和研发能力，掌握更先进工艺技术标准。（2）执行PT系统及其附属设施的日常维保维修工作，制订岗位职责管理制度、应急预案；改造、升级、优化附属保障系统，优化运行参数。（3）编制运维的年度预算，定期评估预算执行情况，降低使用成本，落实细化预算管理。（4）与医院其他临床部门做好及时沟通，监督落实PT系统及其辅助系统的运维工作。（5）定期组织运维会议，及时向医院管理层上报设备的开机率和运维情况。

2.2 运维的风险管控

PT系统的运维风险因素众多，每一次的治疗中断都会影响全部住院患者治疗的安排，因此在发生停机故障时，运维团队要第一时间评估故障的严重程度和预估排除故障的时间，这个预估的时间对于临床治疗计划的安排非常关键。因此，后勤保障团队要做好运维的风险管控，要在停机故障发生前及时、快速作出预估。这就要求后勤保障团队要结合运行经验，采用“头脑风暴”方法，把所有可能发生并影响到PT系统停机的风险事件项目罗列出来，梳理风险类型，分析风险要素，利用“脆弱性风险评估”的方法，根据可能发生的概率（0、1、2、3、4 分别代表不可能发生、几乎不可能发生、可能发生、定期发生、时常发生）、对 PT 系统的影响（0、1、2、3、4分别代表不会造成中断、不太可能造成中断、可能造成中断、会造成中断、会造成重大中断）、风险内部应对（0、1、2、3、4分别代表不适用、完善的方案、人员材料备件齐全、只有人员、没有任何准备方案）、风险外部支持（0、1、2、3、4分别代表不适用、完善的方案、人员材料备件齐全、只有人员、没有任何准备方案）4个分数项，对风险事件进行评估，得出相对风险值（详见表1）。对于风险值相对较高的风险项目要实施风险管控，出具完善的实施方案，并对风险值排名前三的可能事件进行模拟演练。演练完成后要汇总意见进行后评估，运维的风险评估要每年进行一次。

表1 风险事件评估

风险管控实施方案中医院内部的反应速度一般是可控的，但是外部应急反应往往不可控，因此实施方案中要特别注意寻求外部资源支持依据（如合同约定），细化到资源来源的渠道，如维修高空管道漏水的时候要搭临时脚手架，那么脚手架的来源要清晰并且做到时间可控。

2.3 故障工单、停机时间占比与备件保障的分级管理

自2015年5月正式运行至2018年5月，PT系统共产生了2 025个故障工单，其中备件损坏造成的系统停机时间最长，见表2。由此可见，充足的备件供应在PT系统运维中起到非常重要的作用。但是由于PT系统庞大，包含几千种备件，这些备件不可能全部都存放在医院，而且大多数的备件价格又非常昂贵，因此需要对备件进行风险识别并分类，设定分级库房和优先级（见表3）。

表2 备件更换的工单占比与停机时间占比情况

表3 风险识别后的分级库房备件存储情况比较件

通过对历史故障工单的汇总分类与风险等级评估，我院优化了备件保障管理，把重要的备件全部存放在医院。通过采用库房分级存储的方式既降低了备件的库存和运输成本，又在故障发生时提高了备件及时响应的效率。

2.4 维护保养计划的合理制订

PT主系统及辅助系统的正常运行离不开维护保养，除了每日的夜间停机保养之外，运维团队还要协商进行一些周末保养以及几次年度大保养，主系统和辅助系统的保养尽量穿插在一起，减少保养停机次数。每年的下半年要制订下一年度的保养计划，并与临床科室和医务相关科室共同讨论通过后才能实施发布，以便于下一年度临床治疗的计划安排。

运维团队制订保养计划的原则是尽量把小保养放在周末、大保养放在大的节假日进行，尽可能地为临床提供设备治疗时间，减少患者排队入院的等待时间，缩短住院天数，服务临床、服务患者[7]。

2.5 PT主系统与辅助系统的集成管理

搭建一套重大医疗设施智能化运维平台，把PT主系统及辅助系统，包括水冷、供电、纯水、HVAC（空调）、BA（楼宇控制）、门禁、消防、PSS（个人安全防护）、辐射监测等系统全部纳入集成管理，形成九大系统监控、九大综合管理、大数据决策系统和BIM（建筑信息模型）技术应用相结合的运维管理平台。其中大数据决策系统可以实现PT主系统和辅助系统的开机率计算，工艺冷却水和变配电的故障诊断，PT系统故障统计、备件更换分类、故障工单分析等功能。与大数据决策相结合的还有手机移动端远程应用，它可以进行故障报修和消息推送，大大方便了保障团队的日常运维。大数据决策系统主界面如图1所示。

图1 大数据决策系统主界面

PT主系统和辅助系统集成管理的优势在于实现了多系统统一管理、数据统一采集上传、远程访问，尤其是PT故障报修系统的集成应用，实现了无纸化操作，使得故障信息登记的准确性、故障信息通报的速度都得到显著提高；节省了治疗师大量的信息流转时间，减少了工作量，提升了临床科室对设备信息化管理的满意度[8]。

2.6 PT系统及辅助设备的节能管理

上海市节能和应对气候变化“十三五”规划里面明确提出了市级医疗机构“十三五”节能目标：能源消费总量35万t标准煤，碳排放总量65.2万t标准煤，单位建筑面积能耗下降5%（基数65.3 kgce/m2），因此，对于我院这种配置大型医用质子重离子射线装置的医院，在做好基础运维的前提下，积极进行节能管理，不仅是响应国家政策，也是为医院创收，降低了医院运行成本。

PT治疗系统的额定功率为5 000 kWh，其附属冷却水系统额定功率为8 000 kWh，此外还有空调通风系统、照明系统等，整套系统的年耗电量非常大。PT主系统及辅助系统的节能管理工作主要围绕着统筹系统运行时间和提升员工工作效率来开展。在完成同样治疗量的情况下，减少开机时间，实行周末关机，可以有效实现节能降耗的目的[9]。

目前，PT主系统及其辅助系统每周开机时间是17 h×6 d，而不是按照患者治疗量来运行的。在规定的开机时间内，以日常质量保证（quality assurance，QA）和临床治疗的使用时间为基础，制订临床治疗计划，综合考虑设备开机运行的成本，完成当天治疗量后进行关机或关闭一些能耗比较高的系统（如磁铁系统），以实现节能目的。此外，在周末的非临床治疗期间，PT系统的主磁铁系统可以完全关闭，用于冷却磁铁的水冷系统也关机，实现节能降耗。

3 结果

3.1 提高PT系统开机率

组建专业化的运维工程师团队，进行电压补偿装置、外电网检测系统、应急定压装置升级改造等，解决了一些运维当中的技术难题；通过运维的风险管控和备件保障分级管理，提升了故障应急的处理响应速度，减少了整体系统停机时间；搭建PT主系统与辅助系统的集成管理平台，使整体系统运行更智能化、系统化，提升了设备运维管理水平和工作效率。经过一系列的运维要点、要素的分析和管理，最终使得我院PT主系统开机率提高了0.97%，辅助系统始终保持在99.9%的高开机率（如图2所示）。

图2 PT主系统及辅助系统开机率统计

3.2 提升PT设备管理效率和质量

通过一系列的技术改造和搭建集成管理平台，设备管理的应急响应速度得到提升，设备运行的基础数据维护标准更加统一，设备质量控制和分析更加全面和直观。通过集成平台开展全员设备管理，建立了一个全员参与的设备运维活动，使设备性能达到最优，尤其是在设备维护管理方面，降低了设备故障率。此外，做好设备定期保养和应急维修保养工作，可以改善设备的运行状况，延长设备的使用寿命。

4 结语

目前，从我院PT系统运行3 a多的情况来看，按照一年平均280个治疗日来计算，设备的开机率达到95%的情况下，仍有平均14 d的故障停机，也就是说在每位患者一个月的疗程期内患者平均中断1.15 d的治疗，这对于肿瘤患者来说是难以接受的。因此对于配备单台大型质子重离子设备的治疗中心来说，高开机率非常重要[10]。

PT系统运维体系具有集成、集中、方便、高效等优点，它可以使医院后勤设备的管理更加智能化。因此，建立一套完善的PT系统运维体系，可以提升设备运行的管理水平、提高故障处理的效率、降低医院的运行成本，同时也可以减少患者入院等待和患者住院的时间，从而减轻肿瘤患者的经济负担。