基于维修统计和思维导图分析的直线加速器故障风险控制研究

孟华阳，孙雯雯，黄虎，马宝荣

山东第一医科大学第二附属医院 a.医学装备部；b.病理科，山东 泰安 271000

引言

医用直线加速器是利用微波电磁场加速电子，并且具有直线运动轨迹的加速装置[1]，是一种用来对肿瘤进行放射治疗的设备。按时接受放射治疗对肿瘤患者改善病情尤其重要，因此提高设备开机率具有重要意义。目前，医用直线加速器进口与国产品牌多样，系统复杂，且使用率高，出现故障频次高、故障类型呈现多样化。有针对性的维护管理方案与快速维修手段以及探索如何有效避免复杂故障成为提升加速器开机率的关键。我院购置的XHA600D加速器就是一款典型的国产低能机，提供一档6 MV的X射线，最大剂量率≥400 cGy/min。本文结合XHA600D医用电子直线加速器的结构原理，通过利用思维导图对加速器的3年维修故障统计、数据分析，探讨在设备使用时应注意的故障风险点，分析得出加速器日常管理中有效降低故障风险的控制措施；对典型故障风险重点关注，以期利用预防性维护等有效手段切实提升医用直线加速器的开机率，进而保证患者需求。

1 我院XHA600D医用电子直线加速器现状

1.1 我院医用电子直线加速器的基本结构

我院医用电子直线加速器的基本结构由加速管、脉冲控制器、电子枪、微波传输系统、真空系统、稳频、温控及充气系统、射线束引出系统、治疗头、治疗床等组成。

1.2 医用电子直线加速器的运行原理

三相市电通过主电源箱加到调压器和高压电源，高压电源将该电压升压，经过整流和滤波，产生高压的直流电压输出到脉冲调制器[2]；脉冲调制器将得到的直流高压转变为大功率脉冲供给磁控管，由磁控管震荡产生微波功率，经微波传输系统反馈入加速管，在加速管中建立起加速电场[3]；加速管电子枪阴极表面发射的电子，被阴极与阳极间的电场加速，注入加速管的加速腔，处于合适相位的电子受到微波电磁场的加速，能量不断增加，在加速管末端轰击重金属靶，发生韧致辐射，产生X射线[4]，见图1。

图1 加速器运行原理图

1.3 2018—2020年我院XHA600D医用电子直线加速器开机率计算

如表1所示，2018—2020年我院XHA600D直线加速器故障共58次，故障停机时间436 h。

表1 2018—2020年我院加速器故障用时统计

2 故障分析

2.1 XHA600D加速器故障日常监测数据统计

2018—2020年我院XHA600D直线加速器故障总共58次，其中多叶光栅（Multileaf Collimator，MLC）系统故障30次，故障占比近51.7%，故障率明显较高，见表1。

2.2 MLC系统故障详析

多叶光栅在治疗头内部，随着治疗定位与照射成野产生多种变化；不同患者治疗时需要随时变换成野位置，光栅电路板、机箱体、叶片等部件随之发生信号传输、机械运动等改变，使用频率较高、负荷较大，直接导致MLC系统故障率较高[5]。

如图2所示，2018—2020年MLC系统故障共30次，其中光栅电路板故障11次，占比37%，比例最高。分析原因：光栅电路板连线随着治疗头、箱体运动发生机械振动，长时间会发生线路连接不可靠等异常，导致光栅系统失电、失联后失控。除光栅电路板故障以外，箱体故障6次，占比20%，治疗头盘线故障5次，占比17%，二者故障占比相对较高。

图2 2018—2020年多叶光栅系统不同类型故障次数占比图

如图3所示，在MLC系统不同类型故障中治疗头盘线故障停机时间最长。分析原因：更换盘绕在机头内部的多头复杂线路，耗费人力物力，为分离MLC系统，起吊治疗机头，需要多人配合，使用三脚架、倒链等大型工具，精确定位固定、分离；机头吊起后，将多头线路沿固定孔道依次抽离后更换，再行定位安装机头等工序，耗时较长；机头布线是一项精细工作，线序及插头位置若安装错误，会造成更大的故障损失，安装时会放慢速度，精细安装。除盘线故障外，光栅电路板故障、箱体电机故障维修用时相对较长。此2种故障发生频次较多，增加了停机时长。

图3 多叶光栅系统不同故障停机时间对比图

2.3 基于思维导图研究归纳导致加速器故障风险的因素及在对应因素下发生故障的分析

2.3.1 电器元件老化、疲劳因素引发的加速器故障

（1）MLC系统故障导致通讯中断、无法成野等：① MLC电路板故障，以至于电流或信号传输不稳定，从而造成光栅失控，需维修线路或更换电路板[6]；② 治疗头内部线路故障，可导致多叶光栅通讯中断，需更换绕线盘线；③ 多叶光栅箱体故障，MLC控制箱体运动的电机保险管熔断或电机烧坏停止运行，直接导致箱体运动失灵，需更换保险管或相应电机；④ 多叶光栅叶片控制故障，一般是控制叶片移动的小电机故障停止运行，导致叶片运动失灵，需要更换对应的小电机[7]；⑤ 多叶光栅丝杆出现毛刺或变形，导致光栅叶片运行阻滞，光栅成野精度降低，需要更换丝杆；⑥ 多叶光栅激光器/限位开关/放大器故障，如叶片回退超时、激光线不通过、叶片激光线检测超时，可逐查配件失灵，更换后恢复正常[8]，见图4。

图4 加速器故障思维导图

（2）水循环系统复合管路漏水：冷却系统中循环水流入流出的复合管路漏水，由于复合管路使用年限较长，出现老化变形，进而在机械运动中撕裂渗水，更换复合管路后使用正常。

（3）床体、机架等运动故障：① 故障时报PSAM治疗床电机驱动不正常联锁，床体无法升降，观察升降驱动器报L85代码，代码指示为床体升降电机故障，更换升降电机后正常。诸如其他位置控制电机故障，予以更换对应电机，故障可解决。② 机架在某些角度旋转失灵,检测控制电位器异常,更换电位器后机架运动恢复正常[9]。

（4）灯丝故障，报MFIL磁控管灯丝故障联锁、UDRS低剂量率联锁：① 报MFIL联锁，磁控管灯丝焊点发热开焊，予以焊接维修后恢复正常。② 加速管电子枪灯丝故障或其直流电源变压器故障。如变压器引脚开焊断路、导致电源电压缺失，UDRS联锁报警，将灯丝电源焊接后，开机恢复正常[10]。

机器在使用中经常会有大电流，导致焊点发热，或者起初的焊接瑕疵，使用时间过久就会造成焊点发生虚焊脱落现象。

（5）GAS波导系统内六氟化硫气压不正常联锁之送气继电器故障：气体控制继电器触点吸合不稳定，发出噼啪声响，取下后维修触点后安装，开机自检正常，观察试用，短时间内再报故障，遂更换新继电器，开机自检使用正常[11]。电器元件老化、疲劳因素引发的故障风险点：水路、气路、电路老化形变，进一步因机械振动摩擦导致水路泄漏或电路短路、断路，直接造成故障联锁，或波及其他电气元件造成故障；使用频率较高的电机、继电器、电位器、传感器等疲劳损坏，可导致系统出现运动失灵、控制失灵等故障及相应联锁；光栅丝杆等机械传动部件磨损，导致运行阻滞等故障[12]。

2.3.2 人为因素引发的加速器故障

（1）铜管漏水造成配件损坏或水循环系统故障联锁：水负载及循环系统中所用蒸馏水使用时间过长，系统中水质变差，人为疏忽并未及时更换蒸馏水，从而导致系统出现因管路腐蚀漏水造成配件损坏或其他故障联锁。① 水质变差，冷却水管路接头腐蚀松动漏水进入微波传输系统，导致加速管等重要配件损坏；需要将管路接头更换后紧固且密封，更换其他故障配件并将系统换水。② 系统出现FLOW水流量故障联锁，可观测到水流量联锁板上RP1/RP2/RP3/RP4指示灯亮，且用示波器观测TP1/TP2/TP3/TP4水流量无信号，从而判断对应的冷却水路堵塞或水流量传感器故障，予以维修后并将系统换水[13]。

（2）GAS波导系统内六氟化硫气压不正常联锁之六氟化硫泄漏[14]：在工程师进行维修时，管路接头未按工艺要求进行密封加固，由于机头机械振动而造成机头铜管接头处松动漏气，导致系统气体压力低报警。需要将漏气处接头按照工艺要求紧固密封并调节气瓶压力至正常值后使用。

人为因素造成的故障风险点：对设备日常维护不到位，疏于检查巡视或常规工作不及时，如冷却系统换水不及时、散热风扇与过滤网清理不及时等，容易造成设备高温，进而导致相关元器件直接或间接发生故障；维修工作不细致或疏忽，管路接头连接不可靠，造成介质泄漏，引发一系列故障。

2.3.3 偶然因素引发的加速器故障

加速器运行过程中突然断电或者断电后瞬间送电。

（1）服务器、工控机故障：服务器、工控机运行过程中突然断电，如市电停运、UPS故障，一是导致系统缺失或程序错误，需要重装系统及更新应用程序；二是导致硬盘、主板或其他硬件故障，需要更换硬件后安装操作系统及应用程序[15]。

（2）突然失电后瞬间送电导致的故障：突然失电后瞬间送电对大型设备危害较大，过载的瞬时电流会造成加速器电路系统故障损坏，如电路板整流元件、稳压元件的损坏等，需要对设备进行彻底检修后方可继续使用[16]。偶然因素引发的故障风险点：加速器供电不可靠，或者电网切换无通知及预案，电路异常时造成数据丢失、电路元器件损坏等故障。

3 应对措施

根据XHA600D加速器故障思维导图分析，归纳出了引发加速器故障的风险点。针对故障风险点，在日常管理中采取了一系列控制措施。

（1）邀请厂家专家对操作技师、物理师、医工进一步加强设备使用及维护保养的培训指导；院内定期开展加速器使用安全培训及考核，强化学习个人职责，维护维修有监督、有落实，强调日常维护保养的重要性。

（2）优化管理措施，制定三级保养制度及保养计划，三级保养即厂家定期维护保养、医院工程师巡检保养、医院加速器使用人员日常检查保养。

制度中规定三级保养周期及内容为：① 厂家6个月一次大范围维保，包括滤网清洗、设备内部除尘、MLC丝杆润滑、电路继电器等元件触点检查、电路各处焊点检查、水电气路检查加固等[17]，尤其重点关注水电气路密封加固、MLC系统检查保养；② 院内医工季度巡检，包括设备状态检查、除尘、现场环境安全检查整改等；加强电网巡护与监测，进行UPS检查，制定相应预案，涵盖断电通知、电网异常时执行有效关机保护等措施；③ 加速器现场使用人员日常检查保养包括剂量监测、定期进行系统换水、记录机房温湿度、除尘等。加强对三级保养的监管与督导，严格落实保养周期与保养内容。加速器机房温度、湿度、防尘工作及备件准备尤其重要，设备使用现场要保持卫生、定期清洁，必备空调、除湿机来保持机房良好的温湿度条件[18]；及时发现问题，消除安全隐患，切实降低加速器的故障率。

（3） 保证对直线加速器设备实施常态检测、检查，如计量检测、状态检测、安全检查等。通过检测结果得出加速器的状态信息，可有效指导直线加速器的保养或提前维修。进一步落实维修记录，分析故障原因，总结解决故障的方法，提高设备维修效率。

4 实施效果

4.1 控制措施实施后2021年我院XHA600D医用电子直线加速器开机率

如表3所示，通过实行加速器故障风险控制的举措，2021年我院XHA600D直线加速器故障共4次，故障停机时间32 h。2021年总工作时间为2920 h，计算2021年加速器开机率为98.9%。

4.2 措施实施效果分析

根据表2结果可知，2018—2020年我院加速器故障共58次，年均19.3次；故障用时436 h，年均145.3 h。2021年我院加速器故障4次，故障用时32 h，与2018—2020年均对比，年均故障次数及用时均呈明显下降趋势（图5～6）；措施实施后故障率的降低即提高了加速器的开机率，2021年加速器开机率98.9%，较2018—2020年均95.0 % 提升了3.9%，处于较高水平。2018—2020年加速器故障类型有7种，2021年故障类型减少为MLC系统故障以及服务器故障2种，亦可见加速器故障风险控制措施效果明显。

表2 2018-2021年我院加速器故障统计数据对比结果

图5 年均故障次数对比趋势图

图6 年均故障停机时间对比趋势图

5 讨论与总结

医用直线加速器是用于放射治疗的大型系统设备，组成结构特别复杂。设备故障类型繁多，维修工程师需具备充分的加速器系统知识，遇到故障问题深入调查研究、系统归纳、善于总结分析，找出故障维修技巧加以利用；另外为更好地服务临床、不延误患者治疗，需要有针对性的维修与维护行为以及更完善的手段。

本文有针对性的措施可以合理地减小加速器的故障风险指数，从而降低设备的故障率。思维导图分析后，得出实行加速器风险控制的措施行之有效，切实提高了设备的开机率。

既往关于加速器故障的研究大部分是针对具体故障的案例分析与评价，可指导相似故障的维修工作，注重具体故障具体分析及改善，可较好地降低一类故障的发生率；另外有部分关于加速器故障的研究是通过研究加速器的设备结构，制定预防性维护的内容、方法、控制，从而降低矫正性维修次数，提高设备的完好率[19]。本文在以往对加速器故障研究的基础上，既从加速器结构、原理出发，又充分总结分析了加速器3年中的故障，样本充足，代表性强；采用思维导图创新分析了加速器的故障风险，统揽全局，针对性地提出且实施了一系列故障风险的控制措施；通过计算与数据对比得出了开机率明显提升的结论，验证了故障风险控制措施的有效性。

综上，对加速器故障的风险点进行准确归纳分析，提前维护干预、三级保养等应对措施可有效控制故障风险，切实提高设备的开机率。另外要注重研判，坚持对日常数据的统计与分析，进一步探索有效提高医用直线加速器开机率的方法、对策，保障医用直线加速器更加平稳地运行。形成有效的长期机制后，可将此类提高开机率的措施推广至其他大型医用设备，采用科学的方法，对具体设备进行具体分析，进一步研究并调整对策，得出每种设备的专一适用结论，持续服务临床，从而保证各方需求。