基于Pearson相关系数的影响加速器故障率的多因素分析

霍晓庆，王守宇，王晓春，吴鹏，刘波，许刘杨，路平，苗战会

新乡医学院第一附属医院 a.放射治疗科；b.肿瘤内科，河南 新乡 453100

引言

医用直线加速器是一种用于恶性肿瘤患者放射治疗的大型精密设备，其结构复杂，涉及众多领域[1-2]。2019年相关文献统计显示，在我国每百万人口拥有1.5台医用直线加速器，低于世界卫生组织的要求（2～4台），与发达国家相比还远远不够（6～12台）[3-4]。这就意味着我们的直线加速器大多数都在超负荷的运转，承担了更多更重的放射治疗任务。当前，国内外学者研究加速器故障维修的文献有很多，但都仅仅是对加速器某一部件故障进行分析和解决问题，没有涉及加速器故障率的影响因素分析[5-8]；在众多文献中进行故障统计分析的很少，其中谭庭强等[9]、魏绪国等[10]等多是对加速器故障类型，和维修费用的相关分析，没有涉及影响加速器故障率的相关因素；黄向宇[11]仅从加速器养护的角度去分析加速器如何养护；关于与加速器故障率有关的多因素分析的文章几乎没有。

为了减少故障，提高开机率，本文拟通过统计学的方法，利用我院Precise直线加速器6.5年的故障次数、治疗患者时间（负荷量）、机房温湿度（指加速器机房的温湿度）、内水压（指加速器内循环水水压）等数据分析影响医用直线加速器故障率的因素，为设备运行环境、工作负荷量、保养计划等提供科学的辅助决策和数据支撑。

1 材料和方法

1.1 材料和设备

2013年7月至2019年12月期间Precise直线加速器（瑞典医科达公司）自带MOSAIQ网络信息系统记录的以及维修人员记录的所有的运行记录及故障维修记录，包括每天运行时间、机房每天的温湿度、故障发生次数、工程师保养次数等。

1.2 故障统计原则

共包括以下四项故障统计原则：① 影响加速器正常工作视为故障；② 短时间内同一故障多次发生，在故障解决前视为1次故障进行统计；③ 经判断由同一个原因引起的多个连锁或者故障现象视为1次故障进行统计；④ 经过维修4 h内能正常使用的为一般故障，4 h以内不能正常使用的为大故障。

1.3 统计方法

（1）根据维修保养记录的数据，从2013年7月开始，以每个月为时间节点，统计2013年7月至2019年12月共计78个月中每个月的故障次数，并利用SPASS 19.0软件中的曲线估计功能得到线性模型对故障次数变化趋势进行预测。

（2）使用Excel软件，以每个月为时间单位统计分析Precise直线加速患者治疗时间、温湿度平均值、内水压等影响因素。

（3）分别按照每个月、每2个月、每3个月、每半年为时间单位，使用Pearson相关分析法分析投入使用时间、患者治疗时间、温湿度平均值、内水压对故障次数的影响程度，其中，投入运行时间指加速器自2013年7月开始治疗患者后的运行时间；患者治疗时间指加速器的负荷量即MOSAIQ网络上记录的每天开机治疗患者的时间。

（4）使用SPSS 19.0软件统计分析，Pearson相关系数r取值在-1与1之间，|r|≥0.8，高度相关；0.5≤|r|≤0.8，中度相关；0.3≤|r|≤0.5，低度相关；|r|≤0.3，相关程度极弱，可视为不相关，P<0.05有统计学意义[12-13]。

2 结果

2.1 加速器故障次数与运行时间的关系

图1显示Precise直线加速器投入使用6.5年内，故障发生次数为355次，经过SPSS软件进行曲线估计得到线性函数模型：y=0.06x+2.26（y为故障发生次数单位为次，x为时间单位为月），模型r2=0.21，F=20.14。由函数可以得到随着运行投入时间的增加故障次数呈增加的变化趋势。

图1 Precise直线加速器故障发生次数与投入使用时间的关系及拟合曲线图

2.2 直线加速器运行环境

图2显示Precise直线加速器投入使用6.5年内，平均内水压在10 bar附近徘徊，平均内水温在（24±2）℃内波动。平均湿度呈周期性变化、每年的4～9月份（春夏）湿度较高，6月份往往最高在50% RH（相对湿度）左右，每年的10月份开始到次年的3月份（秋冬）湿度较低，1月份往往最低在10% RH左右。

图2 Precise直线加速器内水压、平均温度、平均湿度变化图

2.3 加速器故障次数与患者治疗时间的关系

图3显示Precise直线加速器投入使用6.5年内，患者总治疗时间为23496 h，故障发生次数355次。经过SPSS软件进行曲线估计得到线性函数模型：y=0.02x-1.26（y为故障次数单位为次，x为患者治疗时间单位为h），模型r2=0.14，F=11.87。由函数可以得到随着负荷量的增加，加速器故障次数呈增加的变化趋势。

图3 Precise直线加速器故障次数与治疗患者时间的关系及拟合曲线图

2.4 投入运行时间、患者治疗时间、温湿度平均值、内水压对故障次数的影响程度

表1显示Precise直线加速器投入使用6.5年内，不管是以每月为单位统计还是以每2、3和6个月统计，平均温度、平均湿度、平均内水压与加速器故障率的Pearson相关性r<0.3，即平均温度、平均湿度、平均内水压对故障次数没有显著性影响。治疗患者时间和投入使用时间对故障发生次数Pearson相关性影响程度在0.01水平（双侧）上显著相关。其中以每6个月为时间单位，投入使用时间的Pearson相关系数r=0.853>0.8（P<0.001），投入使用时间与故障发生次数呈高度正相关。其余时间单位的治疗时间和投入使用时间与故障次数的Pearson相关系数r介于0.3和0.8之间，P<0.05有统计学意义，患者治疗时间和投入使用时间与加速器故障发生次数呈低度或中度正相关。五个因素当中加速器投入使用时间对故障次数影响程度最大。统计单位不同，Pearson相关性也不同，统计单位越大Pearson相关性越大，以每6个月为时间段统计时，投入使用时间、治疗患者时间的Pearson相关性因子最大，说明故障次数发生有一定的时间滞后性。

表1 投入使用时间、治疗患者时间、温湿度平均值、内水压对故障次数的Pearson相关性影响程度表

3 讨论

本科室Precise直线加速器在2013年7月至2019年12月这6.5年当中，共治疗调强患者6919人，适形电子线患者1619人，治疗总射野数为685142野，平均每个工作日110人次，平均每天工作13.7 h，故障发生次数355次，平均每半年27次，平均每月5次。每年除了春节那一个月以外，基本上加速器都处于超负荷运转。从本研究来看，治疗患者所用时间即加速器的负荷量对加速器故障率有显著影响且呈正相关，这就提醒广大放疗相关工作者，越是患者量大越要注重对加速器的维修保养，以便尽可能的减少故障发生次数，减少因机器故障导致患者无法正常治疗而对肿瘤放疗生物效应的影响[14-16]。

加速器投入运行时间也是一个对故障率影响不容忽视的重要因素。随着投入运行时间的增加，加速器本身大量的元器件开始老化，或者到达设计使用寿命，比如：磁控管、闸流管、MLC运动马达等都有一定的使用寿命，随着时间的推移以及工作负荷量累积，难免会出现故障，需要建立健全的保养维修机制，或者购买机器维保来保障加速器有效运行。

众多文献显示外部环境因素（温湿度、内水压）对大型医疗设备故障发生率有一定的影响[17-18]。本研究结果虽然表明平均温度、平均湿度、内水压对本加速器在统计学意义上没有显著影响，但并不代表外部环境因素实际上对加速器故障次数没有影响。由于存在环境因素对加速器故障次数产生影响的情况，所以进行人为控制环境温度，比如加速器处于地下室负二层，相对恒温，且机房内中央空调一年四季运行，机房的温度每天均保持在24℃左右。处于加速器比较适宜的温度，能够减少因温度过于变化对加速器故障次数带来的影响，内水压也是一样的道理。机房平均湿度虽然随着季节变化周期性变化，但是仍需在春夏季节采用高功率工业除湿机，使机房湿度始终处于60%RH以下。

4 结论

使用单位总是希望加速器一直处在正常工作状态，更好地为放疗患者服务，但是加速器毕竟是集真空系统、控制系统、MLC运动系统、冷却系统等众多技术系统于一身的高端复杂设备，难免会发生故障[19-20]。实际上，本研究发现随着加速器投入运行时间增加，工作负荷量增加，加速器故障频次也增加，此时要注意对机器进行及时的保养和维修，确保病人得到及时、准确的治疗。

最后，由于直线加速器是大型医疗设备，科室条件有限，本研究仅对科室拥有的一台加速器进行了详细的研究，还需要广大同行一起来研究更多种类的加速器的故障次数影响因素。