針對(duì)直線加速器多葉準(zhǔn)直器性能與故障的保養(yǎng)方法

楊耕，戴振暉，朱琳，張白霖，李飛，蔡春雅，王學(xué)濤（通信作者）

廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射治療區(qū) （廣東 廣州 510006）

目前，臨床已將帶有多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）的直線加速器用于腫瘤患者的調(diào)強(qiáng)放射治療中。但由于獲得照射野需要葉片頻繁運(yùn)動(dòng)，從而使相關(guān)組件的磨損增加，導(dǎo)致MLC 具有較高的故障率。隨著使用年限的增加，MLC 故障率呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)[1]。MLC 的高故障率不僅令維保成本居高不下，更嚴(yán)重影響了臨床治療的實(shí)施與患者的療效。據(jù)直線加速器投入使用7年的故障統(tǒng)計(jì)顯示，MLC 成為影響直線加速器穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，其故障數(shù)占總故障數(shù)的66.4%（140/211），其中MLC 葉片螺母（NUT）和馬達(dá)更換占比達(dá)78%[2]。因此，降低MLC 故障率已然成為保障臨床調(diào)強(qiáng)放射治療工作正常運(yùn)行的迫切需求。本研究通過評(píng)估3種保養(yǎng)方法下MLC 的性能數(shù)據(jù)與故障發(fā)生情況，以期總結(jié)出恰當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)方法提升MLC 性能及減少故障次數(shù)，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般材料

選取我院瓦里安23EX 直線加速器的MLC 作為研究對(duì)象。瓦里安23EX 直線加速器的MLC 由60對(duì)葉片組成，其中全寬葉片20對(duì)，半寬葉片40對(duì)。MLC 葉片由刀狀葉片、NUT、絲桿、馬達(dá)及彈簧小球與軟電位器組成，其中馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絲桿，從而轉(zhuǎn)動(dòng)帶有NUT 的葉片位移；在馬達(dá)中存在呈圓周分布的4對(duì)發(fā)光二極管形成光柵編碼器，作為主傳感器，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)1圈發(fā)出4個(gè)脈沖，通過記錄脈沖數(shù)可以精確地獲得葉片的位移；葉片頂部插有彈簧小球，葉片移動(dòng)使彈簧小球在軟電位器上滑動(dòng)由此定位葉片位置，這個(gè)作為次級(jí)傳感器。在主、次級(jí)傳感器的配合下，實(shí)現(xiàn)葉片的精確位移。

1.2 故障分析

保養(yǎng)前，MLC 的A、B 面均頻繁報(bào)錯(cuò)葉片卡頓，且均未做導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)。

MLC 的葉片在運(yùn)動(dòng)過程中受到來自葉片與上下軌道之間、葉片與葉片之間及NUT 與絲桿之間的諸多阻力，阻力過大會(huì)增加馬達(dá)和NUT 受力，進(jìn)而加劇馬達(dá)轉(zhuǎn)子與NUT 之間的磨損度。同時(shí)，較大的阻力還會(huì)導(dǎo)致葉片在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)抖動(dòng)過大的現(xiàn)象，這會(huì)損害馬達(dá)光柵編碼器的碼盤與光電盤，使馬達(dá)壽命下降。因此，阻力過大是導(dǎo)致MLC葉片NUT 和馬達(dá)故障次數(shù)多的根本原因。

1.3 方法

首先對(duì)MLC的A面進(jìn)行改進(jìn)保養(yǎng)、B面進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)，半年后對(duì)MLC進(jìn)行導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)，具體如下。（1）常規(guī)保養(yǎng)：首先，分別拆下B面MLC上面、下面的全部葉片，使用瓦里安公司提供的專用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片的軌道槽（圖1箭頭指示部分），并用紗布清潔葉片表面；對(duì)于MLC上面全部葉片的NUT進(jìn)行反沖測(cè)試（backlash），數(shù)值＞0.2則更換，對(duì)于MLC下面全部葉片的NUT進(jìn)行更換；最后，依序裝回葉片完成保養(yǎng)[3]。（2）改進(jìn)保養(yǎng)：在常規(guī)保養(yǎng)基礎(chǔ)上，額外使用瓦里安公司提供的專用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片的側(cè)面、頂部與滑軌，并擦干至無油狀物，并用毛刷和專用清潔液徹底清潔Carriage box 內(nèi)部導(dǎo)槽（圖2）。（3）導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)：首先，在改進(jìn)保養(yǎng)基礎(chǔ)上采用專用工具固定Carriage box，接著向 Carriage box 內(nèi)部導(dǎo)槽倒入鍍膜液，并利用熱風(fēng)槍加快鍍膜液揮發(fā)，然后采用紫外光硬化鍍膜層，待鍍膜層固化后采用專用清潔液清潔葉片，最后裝回所有部件[4]。

圖1 葉片

圖2 Carriage box 導(dǎo)槽內(nèi)部

1.4 效果評(píng)估

比較分別采用3種保養(yǎng)方法后MLC 的性能及故障次數(shù)。（1）性能：通過軟件終端測(cè)試獲得MLC的阻力和運(yùn)動(dòng)狀況，通常故障前可通過該終端日志文件的記錄和阻力相關(guān)測(cè)試了解組件運(yùn)行參數(shù)的漸變和偏差[5-6]，其中，阻力值通過PWM 測(cè)試獲得，統(tǒng)計(jì)PWM＞10的葉片數(shù)、PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，其中PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的理想狀態(tài)在8～12之間，超過理想狀態(tài)2倍被認(rèn)為阻力過大；運(yùn)行狀況通過在機(jī)架角度為90°與270°時(shí)，在AUTOCYCLE界面分別運(yùn)行計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)計(jì)劃值與實(shí)際值（PLANACT）＞0.01 mm 的葉片數(shù)、實(shí)際值與次級(jí)反饋值（ACT-SEC）＞0.05 mm 的葉片數(shù)，其中PLAN-ACT與ACT-SEC 分別要求＜0.1 mm 與1.25 mm。（2）故障次數(shù)：統(tǒng)計(jì)保養(yǎng)后時(shí)間周期為半年內(nèi)MLC 的每月故障次數(shù)和趨勢(shì)，已排除由非葉片組件造成的故障。

2 結(jié)果

2.1 性能

如表1所示，分別測(cè)試和統(tǒng)計(jì)了首次保養(yǎng)前、首次分組保養(yǎng)（A 面改進(jìn)保養(yǎng)，B 面常規(guī)保養(yǎng)）后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后的結(jié)果。PWM＞10的葉片數(shù)方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均減少。PWM 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均降低。PLAN-ACT＞0.01 mm與ACT-SEC＞0.05 mm的葉片數(shù)方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后均減少。

表1 MLC PWM 測(cè)試值與走位精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 故障次數(shù)

MLC 葉片為期1年的故障統(tǒng)計(jì)如圖3所示。常規(guī)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的B 面故障次數(shù)為9次；改進(jìn)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的A 面故障次數(shù)為5次；導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的總故障次數(shù)為5次。故障總次數(shù)的趨勢(shì)在分組保養(yǎng)后呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在導(dǎo)槽鍍膜保養(yǎng)后處于低位穩(wěn)定水平。

圖3 MLC 葉片為期1年的故障統(tǒng)計(jì)

3 討論

MLC 是臨床進(jìn)行精確放射治療不可或缺的重要硬件，其葉片的到位精度對(duì)滿足臨床高精度技術(shù)需求方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[7]。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃需要葉片進(jìn)行頻繁往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，這是造成MLC 故障率高的主要原因。此外，隨著MLC 使用時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片阻力增加，導(dǎo)致NUT松動(dòng)與馬達(dá)超負(fù)荷運(yùn)行，甚至絲桿變形，進(jìn)而影響葉片到位精度，最終致使MLC 頻繁報(bào)錯(cuò)。

本研究結(jié)果顯示，性能方面，與首次保養(yǎng)前比較，分組保養(yǎng)（A 面改進(jìn)保養(yǎng)，B 面常規(guī)保養(yǎng)）后、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)后的葉片阻力及葉片到位精度均較好；表明適時(shí)保養(yǎng)可減小葉片阻力，保障葉片到位精度。本研究結(jié)果還顯示，故障次數(shù)方面，在分組保養(yǎng)后呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在導(dǎo)槽鍍膜保養(yǎng)后處于低位穩(wěn)定水平；具體而言，常規(guī)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的B 面故障次數(shù)較多，分析與MLC 本身壽命周期相關(guān)，而改進(jìn)保養(yǎng)后半年內(nèi)MLC 的A 面隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)故障次數(shù)有所增加，考慮與改進(jìn)保養(yǎng)中采用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑葉片有關(guān)，潤(rùn)滑劑易吸附灰塵，從而導(dǎo)致葉片故障。因此，針對(duì)MLC 的保養(yǎng)，采用改進(jìn)保養(yǎng)方法短期內(nèi)能有效降低葉片阻力，但易吸附灰塵，可考慮縮短保養(yǎng)周期，或加做導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)，從而減少故障次數(shù)。

綜上所述，改進(jìn)保養(yǎng)、常規(guī)保養(yǎng)、導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)均能降低葉片阻力，提高葉片到位精度，減少故障次數(shù)，尤其是導(dǎo)槽鍍膜升級(jí)保養(yǎng)可以大幅度減少故障次數(shù)，并將故障次數(shù)維持在平穩(wěn)狀態(tài)，這為臨床放射治療工作的順利開展以及放射治療精度的確保提供了可靠保障。