针对直线加速器多叶准直器性能与故障的保养方法

杨耕，戴振晖，朱琳，张白霖，李飞，蔡春雅，王学涛（通信作者）

广州中医药大学第二附属医院放射治疗区 （广东 广州 510006）

目前，临床已将带有多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）的直线加速器用于肿瘤患者的调强放射治疗中。但由于获得照射野需要叶片频繁运动，从而使相关组件的磨损增加，导致MLC 具有较高的故障率。随着使用年限的增加，MLC 故障率呈现逐渐递增的趋势[1]。MLC 的高故障率不仅令维保成本居高不下，更严重影响了临床治疗的实施与患者的疗效。据直线加速器投入使用7年的故障统计显示，MLC 成为影响直线加速器稳定运行的主要因素，其故障数占总故障数的66.4%（140/211），其中MLC 叶片螺母（NUT）和马达更换占比达78%[2]。因此，降低MLC 故障率已然成为保障临床调强放射治疗工作正常运行的迫切需求。本研究通过评估3种保养方法下MLC 的性能数据与故障发生情况，以期总结出恰当的保养方法提升MLC 性能及减少故障次数，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 一般材料

选取我院瓦里安23EX 直线加速器的MLC 作为研究对象。瓦里安23EX 直线加速器的MLC 由60对叶片组成，其中全宽叶片20对，半宽叶片40对。MLC 叶片由刀状叶片、NUT、丝杆、马达及弹簧小球与软电位器组成，其中马达驱动丝杆，从而转动带有NUT 的叶片位移；在马达中存在呈圆周分布的4对发光二极管形成光栅编码器，作为主传感器，马达旋转1圈发出4个脉冲，通过记录脉冲数可以精确地获得叶片的位移；叶片顶部插有弹簧小球，叶片移动使弹簧小球在软电位器上滑动由此定位叶片位置，这个作为次级传感器。在主、次级传感器的配合下，实现叶片的精确位移。

1.2 故障分析

保养前，MLC 的A、B 面均频繁报错叶片卡顿，且均未做导槽镀膜升级保养。

MLC 的叶片在运动过程中受到来自叶片与上下轨道之间、叶片与叶片之间及NUT 与丝杆之间的诸多阻力，阻力过大会增加马达和NUT 受力，进而加剧马达转子与NUT 之间的磨损度。同时，较大的阻力还会导致叶片在运动过程中出现抖动过大的现象，这会损害马达光栅编码器的码盘与光电盘，使马达寿命下降。因此，阻力过大是导致MLC叶片NUT 和马达故障次数多的根本原因。

1.3 方法

首先对MLC的A面进行改进保养、B面进行常规保养，半年后对MLC进行导槽镀膜升级保养，具体如下。（1）常规保养：首先，分别拆下B面MLC上面、下面的全部叶片，使用瓦里安公司提供的专用润滑剂润滑叶片的轨道槽（图1箭头指示部分），并用纱布清洁叶片表面；对于MLC上面全部叶片的NUT进行反冲测试（backlash），数值＞0.2则更换，对于MLC下面全部叶片的NUT进行更换；最后，依序装回叶片完成保养[3]。（2）改进保养：在常规保养基础上，额外使用瓦里安公司提供的专用润滑剂润滑叶片的侧面、顶部与滑轨，并擦干至无油状物，并用毛刷和专用清洁液彻底清洁Carriage box 内部导槽（图2）。（3）导槽镀膜升级保养：首先，在改进保养基础上采用专用工具固定Carriage box，接着向 Carriage box 内部导槽倒入镀膜液，并利用热风枪加快镀膜液挥发，然后采用紫外光硬化镀膜层，待镀膜层固化后采用专用清洁液清洁叶片，最后装回所有部件[4]。

图1 叶片

图2 Carriage box 导槽内部

1.4 效果评估

比较分别采用3种保养方法后MLC 的性能及故障次数。（1）性能：通过软件终端测试获得MLC的阻力和运动状况，通常故障前可通过该终端日志文件的记录和阻力相关测试了解组件运行参数的渐变和偏差[5-6]，其中，阻力值通过PWM 测试获得，统计PWM＞10的叶片数、PWM 平均值与标准差，其中PWM 平均值与标准差的理想状态在8～12之间，超过理想状态2倍被认为阻力过大；运行状况通过在机架角度为90°与270°时，在AUTOCYCLE界面分别运行计划，统计计划值与实际值（PLANACT）＞0.01 mm 的叶片数、实际值与次级反馈值（ACT-SEC）＞0.05 mm 的叶片数，其中PLAN-ACT与ACT-SEC 分别要求＜0.1 mm 与1.25 mm。（2）故障次数：统计保养后时间周期为半年内MLC 的每月故障次数和趋势，已排除由非叶片组件造成的故障。

2 结果

2.1 性能

如表1所示，分别测试和统计了首次保养前、首次分组保养（A 面改进保养，B 面常规保养）后、导槽镀膜升级保养后的结果。PWM＞10的叶片数方面，与首次保养前比较，分组保养后、导槽镀膜升级保养后均减少。PWM 平均值与标准差方面，与首次保养前比较，分组保养后、导槽镀膜升级保养后均降低。PLAN-ACT＞0.01 mm与ACT-SEC＞0.05 mm的叶片数方面，与首次保养前比较，分组保养后、导槽镀膜升级保养后均减少。

表1 MLC PWM 测试值与走位精度统计结果

2.2 故障次数

MLC 叶片为期1年的故障统计如图3所示。常规保养后半年内MLC 的B 面故障次数为9次；改进保养后半年内MLC 的A 面故障次数为5次；导槽镀膜升级保养后半年内MLC 的总故障次数为5次。故障总次数的趋势在分组保养后呈现先降后升的趋势，在导槽镀膜保养后处于低位稳定水平。

图3 MLC 叶片为期1年的故障统计

3 讨论

MLC 是临床进行精确放射治疗不可或缺的重要硬件，其叶片的到位精度对满足临床高精度技术需求方面发挥着至关重要的作用[7]。为实现复杂的调强放射治疗计划需要叶片进行频繁往复的运动，这是造成MLC 故障率高的主要原因。此外，随着MLC 使用时间的延长，叶片阻力增加，导致NUT松动与马达超负荷运行，甚至丝杆变形，进而影响叶片到位精度，最终致使MLC 频繁报错。

本研究结果显示，性能方面，与首次保养前比较，分组保养（A 面改进保养，B 面常规保养）后、导槽镀膜升级保养后的叶片阻力及叶片到位精度均较好；表明适时保养可减小叶片阻力，保障叶片到位精度。本研究结果还显示，故障次数方面，在分组保养后呈现先降后升的趋势，在导槽镀膜保养后处于低位稳定水平；具体而言，常规保养后半年内MLC 的B 面故障次数较多，分析与MLC 本身寿命周期相关，而改进保养后半年内MLC 的A 面随着使用时间的延长故障次数有所增加，考虑与改进保养中采用润滑剂润滑叶片有关，润滑剂易吸附灰尘，从而导致叶片故障。因此，针对MLC 的保养，采用改进保养方法短期内能有效降低叶片阻力，但易吸附灰尘，可考虑缩短保养周期，或加做导槽镀膜升级保养，从而减少故障次数。

综上所述，改进保养、常规保养、导槽镀膜升级保养均能降低叶片阻力，提高叶片到位精度，减少故障次数，尤其是导槽镀膜升级保养可以大幅度减少故障次数，并将故障次数维持在平稳状态，这为临床放射治疗工作的顺利开展以及放射治疗精度的确保提供了可靠保障。