TomoTherapy Hi.Art放射治疗系统水循环故障分析与排除

李益坤，胡俊，蒋凯，方兴平，孙向东

1. 东部战区总医院秦淮医疗区 放疗科，江苏 南京 210002；2. 中核安科瑞医疗科技有限责任公司，天津 300399

引言

TomoTherapy Hi.Art是具有高度调制、快速实施特点的高集成放射治疗设备[1]。调制器输出的功率大约有50%是消耗在阳极上的，磁控管温度维持在40℃±1℃时工作状态最为稳定，因此通过温度控制系统调节冷却系统维持设备正常工作温度[2]。螺旋断层放射治疗系统（Helical Tomotherapy，HT）工作时机房内温度要求20～24℃[3]。HT采用内部水循环的温度控制系统（Temperature Control System，TCS）与外部风冷系统共同作用维持设备温度稳定，以保证设备正常运行。TCS故障直接影响设备运行，本文对常见TCS故障进行分析，总结相应维修方法及技巧，提高维修效率，对确保病人得到及时有效治疗具有重要意义。

1 水循环工作原理

HT开机后，在TCS控制下水缸内部加热棒加热，机器预热20 min左右通过温控器调整管道内水流流量使设备维持在40℃，保证机器正常工作。TomoTherapy Hi.Art主要由7个部件产热（图1）：加速管靶（LINAC Target，LT)、加速管波导窗、加速管、磁控管、四端环流器、固态调制解调器、高压发生器。TCS（图2）由主水管、热交换、旁路循环3部分构成，在水泵驱动下水流进入主水管，在水缸内经加热棒对水温加热，温度控制器调节水流混合阀位置，使水温维持在40℃±1℃；机器内部各部件产生热量经回流水通过热交换，在外部风冷作用下降低回流水的温度，保证磁控管维持稳定工作状态；旁路循环通过水压阀调节水压，避免水压过高。调节对应阀门使7个流量限制器水压水流均工作在正常范围（流量计正常状态工作指示灯为绿色，异常为红色），确保产热部件热量经水流循环达到散热效果。

图1 TCS水流线路图

图2 TCS管线图

2 故障维修实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

治疗病人中，机器水流报错“water flow fault”，机房内有烧焦味，关闭机器待查。

2.1.2 故障分析

“water flow fault”报错并且机房内有烧焦味，考虑到刚做过年度保养水管全部更换，首先检查是否是接头漏水引起电路元件短路而烧毁。拆掉机壳观察四端环流器水管接口轻微渗水，并未发现明显烧焦电路元件。更换接头后渗水现象排除，开机故障依旧。通过Integrated System Test Tool (ISTT)查看日志，提示检查TCS整个系统。在维修模式下，开机测量主水管压力电压为39.8 mV，在正常范围内（35～40 mV），观察水流指示灯，有三个水流相关指示灯同时处于红色故障提示状态，测量AUX板J4接头1脚（LT流量测量点）对地电压为1.3 V，正常值为（1.75±0.1）V，调节LT支路水流阀门，测量点电压始终无明显变化。重新开机，测量发现LT反馈电压值由1.95 V快速下降且维持在1.3 V，调节阀门并不能让水压稳定至正常范围。考虑到水压正常，三路流量计同时报错，检查机器背面TCS，发现温度控制器无数值显示，测量温控板的输入电压230 AC正常，确定温度控制器故障。

2.1.3 故障排除

分析电路图（图2），温度控制器通过控制混合阀，将水温维持在40℃左右。手动模式下将混合阀调至中间位置，开机后调节图1中各路对应水阀至流量计工作指示灯为绿色，机器恢复正常，确认温度控制器故障。申请备件得知国内无库存，受全球新冠肺炎疫情影响备件最快一周到达。考虑病人停止治疗而引起生物学效应的改变，尝试现场维修使机器恢复工作。拆开温度控制器，检查发现电路板电路中R1电阻（33 Ω）烧焦而断路（图3红圈处），其余并无明显问题。拆下电阻测量阻值为841 kΩ，更换该电阻装机后，开机观察温度显示屏显示正常，测量输入输出均正常，机器恢复治疗。第二天晨起开机水温升至33℃时报错，故障现象与之前一样，再次检查温度控制器电路板R1电阻断路，测量阻值为514 kΩ，更换电阻后故障排除。经过分析，晨起开机水加热，温度控制器电路板中RC电路起缓冲作用，超过负荷而烧毁。每天开机时手动调节混合阀至红蓝中间位置到水温正常后，再切换至自动温控模式，确保备件到达前病人得到及时治疗。一周后备件到达并更换，设置相关参数机器正常，该故障至此彻底解决。

图3 温度控制器电路板

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

治疗出束 200 s内报“Magnetron Over temperature”（磁控管超温）多次，重启故障依旧。

2.2.2 故障分析

磁控管超温报错，说明系统温度超40 ℃。首先检查机器磁控管风扇及TCS上四对热交换器均正常，此时混合阀停在红色挡块位置，正常工作时不应该停留在红色挡块位置。手动调节红蓝挡块至中间位置，改为自动模式后，观察混合阀位置无变化。测量混合阀供电24 V 正常，手动调至红色位置，温度显示40 ℃时控制电压为10 V，40 ℃后控制电压下降，排除供电电源及温度控制器问题，判断混合阀故障。

2.2.3 故障排除

混合阀由电路板驱动电机，检查电路板电容正常，电路板采用集成度较高的贴片无法判断是否故障。更换整个混合阀需较长时间，且更换后还要调节温度控制器。混合阀电路板坏的可能性较大，采用分部更换的方法，电路板更换后，检验TCS压力变化较小，不需要调整温度控制器，机器正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

系统报“gun board logic error, water flow error”（灯丝逻辑错误，水流错误）。

2.3.2 故障分析

检查发现供水管压力约为63 PSI（Pounds Per Square Inch，磅力/平方英寸），随机器旋转波动很大，最低时能到二十多PSI，检查发现加速管铜管漏水。

2.3.3 故障排除

漏水铜管部位打毛，补上焊锡，重新加水排气，故障排除。

3 讨论与总结

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，国内装机量逐年增加。医疗设备经过长期使用，进入故障频发期，电子元器件性能不稳定以及水路管路问题较多，特别是散热系统[4]。TomoTherapy Hi.Art治疗过程中射线连续出束，设备产热量较高，TCS系统是保证设备正常运转的关键。医疗设备日常使用中维护保养是关键，TomoTherapy Hi.Art使用中遇到故障要求工程师熟悉设备构造，依据故障代码，判断故障的范围和位置，逐一排查[5-11]。易坤山等[12]对螺旋断层放射治疗设备常见故障也有相应总结，但绝大部分都需更换备件。在工作中经常因为水流问题引起机器故障而停机，报修后需等待工程师到场检修，TCS故障调节相应参数有时可以解决。本研究对TomoTherapy Hi.Art的TCS系统详细介绍，对常见故障进行总结，为同行遇到相似问题提供解决方案，缩短停机时间。熟练掌握TCS系统并定期做好保养延长设备寿命[13-14]，定期开展相关质控工作[15-16]，使设备真正发挥其作用，平时多关注压力流量，若有问题能及时发现，提高维修效率，对确保病人得到及时有效治疗具有重要意义。工程师应熟练掌握设备原理，找出可靠故障诊断与排除的方法，认真做好维修记录，积累维修经验，为以后的工作提供借鉴。