多叶准直器 瓦里安 21EX 直线加速器多叶准直器维护与维修
配备多叶准直器(mulli-leafcollimator,MLC)系统的直线加速器能使照射野最大限度地接近肿瘤形状,从而达到最大限度地杀死肿瘤细胞,同时最小程度影响正常组织的目的。由于MLC比挡铅的操作方法更简单快速,目前配有MLC的直线加速器在全国各地的放疗科应用越来越广泛。
因多叶准直器被安装在医用电子直线加速器的照射机头上,所以部件受辐射比较严重,加上MLC是由许多精密的电子元件组成的,结构比较复杂,并且由于长时间工作和电路板上堆积的灰尘,导致了加速器的MLC很容易出现故障。
为了更好地了解和使用MLC,降低治疗过程中MLC的故障率,本文通过简要介绍MLC的基本结构、构成及工作过程,总结在使用过程中的日常维护及在维护过程中应注意的事项,并对我科的一次真实故障排查过程进行了详尽说明,通过描述其排查过程总结了MLC在使用中遇到类似问题的解决办法,以供同行参考。
1MLC的基本结构、系统构成、工作过程
1.1基本结构MLC是一个放疗加速器的附加装置,此装置和第一及第二准直器联合使用可以设计出照射野的形状。Varian21EX直线加速器是由60对厚度为2~3mm的薄铅片组成的。其中外面20对在等中心处投影为25px,里面40对在等中心处的投影为12.5px。它们的叶片相连面为凹凸结构,具有结合紧密、防漏效果好等特点。
1.2系统构成MLC系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统又由3个部分构成:(1)工作站计算机,它运行于WindowsNT平台,可以为用户提供选择计划界面;(2)控制计算机,提供电动机驱动控制、MLC与加速器连接接口等功能;(3)工作头部分,它用来产生适形辐射野,安装于加速器准直器上,包括MLC驱动部分和机械传动系统,主要有铅叶、螺丝杆、螺母、球形刷等。
软件系统主要包括自检程序、故障诊断程序、叶片位置监测、叶片控制逻辑、MLC控制文件等。
1.3工作过程(1)主控制系统发出处方指令后,多叶准直器接收;(2)通过带有高精度光电编码器的电动机计算旋转的圈数,确定出多叶准直器的位置参数;(3)通过软电位器反馈位置信号,滑动的软电位器位于每个叶片的尾部,电位器的运动端与每个叶片相连;(4)对光电编码器读出的位置参数和电位器反馈的位置信号进行比对;(5)当光电编码器读出的位置参数和电位器反馈的位置信号相对应时,形成照射野的形状,出束治疗。
2MLC的维护与注意事项
2.1日常维护(1)定期检查通信线路的电缆有无磨损或弯曲,各线路接口是否松动。(2)定期进行防尘、除尘工作。在治疗室安装过滤器,尽量保持机器特别是准直器部分外罩的密封性;定期清洗加速器和MLC系统的各类过滤网,用吸尘器将各电路板、发射器、接收器、光纤计算机主机等各部件灰尘吸干净。
(3)定期检查MLC的运动状况,定期为丝杆添加少量润滑油,以减少丝杆的磨损。(4)定期使用磁盘整理程序来清理磁盘,以保持计算机的运行稳定性。(5)定期检查对称叶片是否有碰撞或中心轴是否有漏射线的情况,不合格时应对叶片零位重新定标,以保证治疗的准确性。
2.2注意事项(1)MLC叶片一般都是由钨合金材料制成,受力不均,极易变形,所以对叶片要轻拿轻放,叶片拆下检修时要平放;(2)清洁MLC时需用纱布蘸无水酒精,在对叶片做无水酒精清洗后要按顺序分列摆放至少12h,再重新装上,否则会导致叶片粘连从而发生故障;(3)对加速器机械部件加油要适量,加油后需用干布擦除表面多余的油;(4)MLC每片叶片的位置是固定的,不能随意更改;(5)黑白小球的位置不能弄混;(6)在安装电动机时要注意固定电动机螺钉,不能挤压驱动连接线;(7)在对MLC进行初始化自检时要求机架角度和小机头角度都为0°。
3MLC的维修
3.1故障现象及排查过程在加速器出束过程中,报MLC故障连锁,查看自检程序提示“A33、A29”无法顺利通过,按ENTER键故障排除。次日晨检提示“A33”无法顺利通过,重新做一遍自检,故障排除。故障出现时按“ENTER”键,对多叶准直器进行初始化后故障连锁排除,故怀疑此故障只是常见的软件运行错误。
但是,随后几天又报“A33、A29”故障,而且出现的频率增加。15d后,对MLC初始化自检时,A33、A29不能通过,怀疑硬件出现问题。
之后把电动机引线插到专用插座上,用手启动电动机转动,发现通过A33、A29电流的数码管显示过流。更换A33、A29的电动机,故障暂时排除。1周左右,加速器又报MLC故障连锁,查看自检程序报“A25”故障,之后几天又陆续报“A27、A29”故障。
这些故障连锁只是在治疗中偶尔出现,而且出现时按“ENTER”键或运行控制计算机的自检程序,多叶准直器进行初始化后故障连锁均能排除;10d后,加速器又多次报“A29、A31、B31、SFBI/L板”故障。
更换A31、B31的螺母,打开软电位器的上盖,用棉棒或纱布擦拭A29、A31、B31叶片电位器的接触轨迹,重新初始化多叶准直器,故障暂时排除。
故障排除2个月左右,先后报“A35、A37、B29、A23、A33、A47”故障,怀疑不是个体问题,而是共性问题,简单更换单个电动机、螺母或定位小球不能从根本上解决。进入维修模式,查看各个叶片位置信息,比对后发现MLC的初始位置和经过MLC2次跟踪后的位置与原来不一致。
怀疑是A面的2次反馈板故障。通过对调A面和B面的二次反馈控制板,故障依旧,说明A面的二次反馈控制板没问题。考虑是A面的软电位器控制板性能不好造成的。
更换新的软电位器控制板,故障排除。次日,加速器又报“B35、B33、B21、SFBI/L、B29、B31”故障,这与A面出现的现象很相近。进入维修模式,发现MLC的初始位置与二次反馈回来的位置不匹配,所以判断是和A面一样的原因。
直接更换B面软电位器控制板,但故障并未排除。检测B面的二次反馈板正常,考虑到这些连锁在初始化后都不能自动消除,怀疑是软件问题。删除计算机中原有的初始化文件,生成新的初始化文件并保存,再次对MLC初始化,故障排除。
3.2故障分析与讨论瓦里安MLC系统均采用瑞士MAXON公司生产的带编码器的永磁DC电动机,电动机启动时电动机线圈电流受控PWM电压信号,电动机加速时电动机产生增加的Back-EMF电压信号使转子电流减少。
每个叶片由一个电动机驱动,由于叶片之间的间隙极小,并且因环境等原因致使灰尘、油脂等杂质附着在叶片之间,使叶片运动时摩擦力增加,导致驱动叶片的微型电动机力矩加大,引发电路保护,严重时会使电动机烧坏。铅叶、螺杆、螺母、球形刷都是耗材,一定时间后易变形。
当个别MLC报错时,首先考虑是机械运动部分出现故障,这是在MLC使用过程中很容易遇到的故障,所以我科在故障维修的开始阶段,对频繁出现的个别MLC故障采取的是性能检测,比如更换电动机、螺母等,使问题暂时得以解决。
后来随着越来越多的MLC叶片故障出现,甚至在更换过电动机的叶片后又报连锁,此时问题不单单是更换一两个电动机或螺母就能解决的,它是一个共性问题。在偶尔出现SFBI/L后,考虑是二次反馈的数值比对问题。
一般多叶准直器为了保障照射野的准确性,都设有2个位置反馈器件:一个是光电编码器,用于接收位置信号;一个是软电位器,它位于每个叶片的尾部,用于反馈位置信号。只有光电编码器接收的初始位置信号与电位器反馈的信息位置相对应时,才能通过计算机的验证程序,使多叶准直器正常工作。
通过比对捕捉到的MLC故障信息后发现,报错的MLC初始位置和经过MLC二次反馈后的位置不一致,怀疑是二次反馈信息出故障。
二次反馈信息出错的原因主要为:(1)软电位器的滑头接头处有灰尘;(2)二次反馈板性能不好;(3)软电位器控制板有问题;(4)现有的初始化文件与原来计算机保存下来的文件不一致。如果这个故障只是个别MLC偶尔出现,通过对MLC初始化自检就能消除,可以考虑是因为软电位器的滑头接头处有灰尘,通过对软电位器进行清洁、除尘就能排除故障;如果是众多MLC故障,而且频率很高,在治疗过程中一般都能通过自检排除故障,如果不能,就需考虑2点:一是二次反馈板或软电位器板的性能不好而引起的,通过更换硬件来排查故障;二是现有的初始化文件与原来计算机中保存的文件不匹配,通过清除原有的初始化文件,生成新的初始化文件并保存,再初始化,故障可排除。
分析出现以上故障的原因,主要是我科自2009年装机运行以来,每天的患者量较大,MLC工作频繁,再加上单数MLC叶片的螺母在电位器下面,更换起来很不方便,所以在使用过程中很少更换螺母。通过检测每个螺母的性能,虽然数值在正常范围内,但数值靠近标准的上限,加重了各个硬件板的损耗,导致硬件性能不稳。
在故障彻底排除后,对MLC进行了彻底的保养和维护,并更换了很大一部分螺母,之后长时间内MLC保持良好运行。
