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        淺析醫(yī)用直線加速器的維護(hù)維修及質(zhì)量控制

        2024-05-19 16:58:01馬梁寇永強(qiáng)
        中國(guó)設(shè)備工程 2024年7期
        關(guān)鍵詞:劑量故障

        馬梁,寇永強(qiáng)

        (無(wú)錫市第二人民醫(yī)院腫瘤科,江蘇 無(wú)錫 214000)

        醫(yī)用直線加速器在現(xiàn)代癌癥放射治療中發(fā)揮著重要作用,可以通過(guò)微波磁場(chǎng)產(chǎn)生高能X射線和電子線精確照射靶區(qū),破壞靶區(qū)內(nèi)癌細(xì)胞DNA,從而殺滅癌細(xì)胞。醫(yī)用直線加速器配備了高分辨率成像系統(tǒng),治療前可準(zhǔn)確定位病灶和周?chē)M織,減少治療時(shí)射線對(duì)正常組織的損傷。醫(yī)生和物理師會(huì)根據(jù)腫瘤的位置、形狀和特性以及周?chē)M織的分布制定個(gè)性化的治療計(jì)劃,并通過(guò)調(diào)整醫(yī)用直線加速器的光束形狀、照射劑量、照射角度等參數(shù),為患者治療提供有效保障。醫(yī)用直線加速器的準(zhǔn)度和精度對(duì)放療效果起著決定性的作用,由于機(jī)器長(zhǎng)期開(kāi)機(jī)使用,元件的意外損壞或電子功能障礙,直線加速器的性能會(huì)隨著年齡時(shí)間的增長(zhǎng)而下降,為確?;颊咧委煏r(shí)的安全,需要定期維修和質(zhì)控。本文主要介紹了在醫(yī)用直線加速器在維護(hù)時(shí)主要問(wèn)題及解決辦法和放療質(zhì)控工作。

        1 維修與質(zhì)控的必要性

        市面上放療設(shè)備分為深部X射線機(jī)、鈷炮、直線加速器、伽瑪?shù)?、后裝治療機(jī)、重離子加速器等。與其他機(jī)器相比,直線加速器沒(méi)有明顯的局限性,產(chǎn)生的能量分布更加均勻,可以減少對(duì)正常組織器官的損傷,可以劑量監(jiān)測(cè)及驗(yàn)證,維護(hù)成本和運(yùn)行成本也相對(duì)較低。目前主要采用三維適形(3D-CRT)、調(diào)強(qiáng)(IMRT)、容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(VMAT)等先進(jìn)放療技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行治療,這些放療手段對(duì)腫瘤的診療具備重大意義。

        直線加速器是一種高能輻射設(shè)備主要由電子槍、加速管、靶、波導(dǎo)管、磁控管、自動(dòng)頻率調(diào)整系統(tǒng)、劑量測(cè)試系統(tǒng)、均整器、準(zhǔn)直器及高真空系統(tǒng)、激光對(duì)焦系統(tǒng)組成。因?yàn)殡娮幽芰亢芨?,靶散熱十分重要,故加速器采用了散熱性能好而原子序?shù)并不太大的銅為靶材。由于加速器配件繁多且長(zhǎng)期運(yùn)行,為保證放療計(jì)劃穩(wěn)定實(shí)施,達(dá)到預(yù)期的治療效果,必須定期對(duì)醫(yī)用直線加速器進(jìn)行檢查修理與質(zhì)量控制。檢查修理可以確保加速器性能穩(wěn)定,時(shí)刻為患者提供最佳治療,預(yù)防設(shè)備故障導(dǎo)致輻射泄漏的情況發(fā)生。良好的質(zhì)量控制可以保證加速器正常運(yùn)行,通常對(duì)能量、平坦度、對(duì)稱(chēng)性、輸出量等數(shù)據(jù)質(zhì)控,發(fā)現(xiàn)并校準(zhǔn)潛在的設(shè)備精度問(wèn)題,防止患者治療過(guò)程中照射到過(guò)多的劑量,在保障患者安全的同時(shí)提高治療效率。

        2 直線加速器常見(jiàn)故障及維修

        2.1 多葉光柵

        多葉光柵(Multi-leave collimators,MLC)按照制定的放療計(jì)劃確定每次葉片的精準(zhǔn)移動(dòng),從而在治療過(guò)程中形成臨床所需的不規(guī)則形狀射野進(jìn)行治療,MLC到位精度高,可以替代組織補(bǔ)償物進(jìn)行劑量補(bǔ)償。MLC葉片一般由鎢合金材料制作,對(duì)X射線具有杰出的屏蔽效應(yīng),由于高能X射線長(zhǎng)期照射,MLC葉片可能會(huì)磨損和彎曲,導(dǎo)致葉片偏轉(zhuǎn)不均勻,射線無(wú)法精準(zhǔn)聚焦到腫瘤靶區(qū),葉片間隙過(guò)大也會(huì)影響射線聚焦,需及時(shí)更換葉片。在執(zhí)行3D-CRT和IMRT時(shí),有時(shí)由于治療計(jì)劃子野過(guò)多,MLC需在治療期間隨實(shí)施計(jì)劃多次移動(dòng),葉片不停運(yùn)動(dòng)可能會(huì)出現(xiàn)偶爾一次不能走到位的情況,需在服務(wù)維修模式下用指令操作其運(yùn)動(dòng),使得葉片在X軸和Y軸方向操作到位。如葉片仍出現(xiàn)走不到位的狀況,應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)架轉(zhuǎn)至180°,測(cè)試機(jī)架馬達(dá)是否正常,如馬達(dá)一直轉(zhuǎn)動(dòng)而葉片不動(dòng),說(shuō)明驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作正常,使用螺絲刀緩慢擰動(dòng)螺桿,如葉片沒(méi)有渦輪運(yùn)動(dòng),更換螺桿,即可清除故障。

        2.2 束流系統(tǒng)

        束流系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將電子加速成高能粒子束,并將高能粒子束從醫(yī)用直線加速器引導(dǎo)到治療區(qū)域。粒子束的精確彎曲是由偏轉(zhuǎn)磁體、聚焦線圈等組成的束流傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,偏轉(zhuǎn)磁體發(fā)生故障可能導(dǎo)致光束不穩(wěn)定或偏離目標(biāo),出現(xiàn)這種問(wèn)題時(shí),維修人員應(yīng)及時(shí)檢查束流系統(tǒng)的運(yùn)行情況,并及時(shí)修理偏轉(zhuǎn)磁鐵。加速管是束流系統(tǒng)的核心部件,長(zhǎng)期使用可能會(huì)導(dǎo)致加速管泄漏、老化,影響放療的進(jìn)展,耽誤患者正常治療,當(dāng)發(fā)現(xiàn)這類(lèi)問(wèn)題時(shí),應(yīng)聯(lián)系廠家常駐工程師檢查加速管,看看加速管內(nèi)是否有雜物、灰塵等阻礙機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn),或者存在加速管老化等問(wèn)題,如有異常,應(yīng)對(duì)加速管修理或更換,并對(duì)機(jī)器性能進(jìn)行測(cè)試后再重新投入使用。束流系統(tǒng)故障涉及諸多核心配件,故障不易發(fā)現(xiàn)且維護(hù)難度較大,由于加速器核心配件較為昂貴,遇到故障時(shí)應(yīng)在廠商工程師指導(dǎo)下,配合完成維修工作。

        2.3 運(yùn)控系統(tǒng)

        運(yùn)控系統(tǒng)在治療過(guò)程中使用頻繁,容易發(fā)生故障的區(qū)域主要為控制線路系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)控系統(tǒng)與計(jì)劃設(shè)計(jì)、劑量控制和靶區(qū)追蹤密切相關(guān),發(fā)生故障時(shí)可能導(dǎo)致治療計(jì)劃不準(zhǔn)確,照射能量不準(zhǔn)確,射線無(wú)法精準(zhǔn)照射到病灶靶區(qū)。當(dāng)運(yùn)控系統(tǒng)在運(yùn)行指示下達(dá)后沒(méi)有響應(yīng)時(shí),需要對(duì)控制繼電器、線路信號(hào)、電路板的工作狀態(tài)進(jìn)行逐一檢測(cè),并及時(shí)反饋檢測(cè)數(shù)據(jù),如有問(wèn)題,應(yīng)更換故障元件。醫(yī)用直線加速器的傳動(dòng)軸及變速箱經(jīng)常使用會(huì)出現(xiàn)斷裂、變形、破損等現(xiàn)象,為了使放療設(shè)備壽命延長(zhǎng),檢修人員定期保養(yǎng),適當(dāng)加注潤(rùn)滑油,機(jī)械精度檢測(cè)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果超出給定指標(biāo)范圍,應(yīng)及時(shí)調(diào)整器件。

        2.4 恒溫水循環(huán)系統(tǒng)

        恒溫水循環(huán)系統(tǒng)是醫(yī)療設(shè)備中常見(jiàn)的一種冷卻系統(tǒng),主要用于確保設(shè)備在恒溫環(huán)境下運(yùn)行。直線加速器種加速波導(dǎo)需要一個(gè)穩(wěn)定的工作溫度。溫度的變化會(huì)使加速波導(dǎo)的尺寸發(fā)生變化,從而影響其效率。射頻發(fā)生器和X射線靶也需要冷卻,通常由一個(gè)冷卻系統(tǒng)為所有這些部件提供冷卻。水泵使在這些結(jié)構(gòu)周?chē)乃粩嘌h(huán),然后將水送入熱交換器。恒溫水循環(huán)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障有水泵故障導(dǎo)致冷卻水供應(yīng)不足、水溫不穩(wěn)定導(dǎo)致直線加速器達(dá)不到預(yù)定溫度、冷卻水流量不足導(dǎo)致加速器達(dá)不到冷卻效果。當(dāng)恒溫水系統(tǒng)發(fā)生故障,檢測(cè)水泵接線、保險(xiǎn)絲是否熔斷,如斷路、保險(xiǎn)絲熔斷應(yīng)及時(shí)修復(fù);檢測(cè)泵軸彎曲程度,嚴(yán)重彎曲應(yīng)拆下校正;檢查控制回路和溫控回路線路問(wèn)題,如出現(xiàn)故障更換控制閥或更換溫控回路。

        3 直線加速器的質(zhì)控

        3.1 激光燈

        激光燈是放療擺位的保障,可以用于標(biāo)記病灶的位置,幫助醫(yī)生準(zhǔn)確定位和定位病變區(qū)域。通過(guò)在患者身上投射出紅色的激光點(diǎn),醫(yī)生可以根據(jù)這些點(diǎn)確定治療的目標(biāo)區(qū)域,確保精確照射,避免誤傷健康組織,應(yīng)嚴(yán)格控制其精度和準(zhǔn)度。校準(zhǔn)方法:設(shè)置機(jī)架為0°,治療床高度為SSD=100cm,測(cè)量激光與等中心十字線在治療床Y軸上的距離,將機(jī)架旋轉(zhuǎn)至90°,測(cè)量Z軸上激光偏差等中心線的距離,通常允許誤差3D-CRT為2mm,IMRT為1.5mm,SBRT為1mm。

        3.2 能量穩(wěn)定性

        直線加速器的能量穩(wěn)定性對(duì)于放射治療非常重要。能量穩(wěn)定性是指加速器輸出的粒子束能量的穩(wěn)定程度。在放射治療中,粒子束的能量需要精確控制,以確保準(zhǔn)確照射到患者的腫瘤區(qū)域,同時(shí)最大限度地減少對(duì)健康組織的損傷。測(cè)量方法:將三維水箱置于治療床上,電離室插入三維水箱中,分別在20cm和10cm深度處測(cè)量該點(diǎn)的吸收劑量率,計(jì)算20cm和10cm深度的吸收劑量率之比,得到X線的射線質(zhì),計(jì)為D20/D10。通常要求射線質(zhì)小于參考值的±1%。

        3.3 平坦度和對(duì)稱(chēng)性

        平坦度和對(duì)稱(chēng)性是評(píng)估加速器治療精度的關(guān)鍵參數(shù),劑量分布不均勻可能導(dǎo)致加速器梯度照射。平坦度通常在源皮距下10cm模體深度處測(cè)量,在80%野寬范圍內(nèi),最大、最小劑量偏離中心軸劑量的比值;射野對(duì)稱(chēng)性為最大射野深度80%寬度范圍內(nèi),計(jì)算對(duì)稱(chēng)于中心軸測(cè)量點(diǎn)的劑量率差值與射野中心軸上劑量率的比值的百分?jǐn)?shù),允許誤差為3%。平坦度和對(duì)稱(chēng)性可在日檢(daily QA)中借助晨檢儀快速檢測(cè),也可通過(guò)三維水箱用電離室精準(zhǔn)測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的劑量,然后分析出平坦度和對(duì)稱(chēng)性。還有一種方法,是借助劑量驗(yàn)證中所用的電離室矩陣測(cè)量,電離室矩陣的探頭相交下更為便捷、精準(zhǔn)。

        3.4 絕對(duì)劑量

        射線劑量測(cè)試系統(tǒng)是放在靶前的電離式的計(jì)量?jī)x器,用于測(cè)試射線的強(qiáng)度,并反饋到總控制臺(tái),以計(jì)算總的曝光劑量。絕對(duì)劑量測(cè)定的主要目的是確?;颊咴诮邮芊派渲委煏r(shí),實(shí)際接收到的輻射劑量與醫(yī)生設(shè)定的劑量一致,這樣可以幫助提高治療效果,減少不必要的副作用和輻射暴露。絕對(duì)劑量測(cè)量和校準(zhǔn)需準(zhǔn)備溫度計(jì)、靜電計(jì)、氣壓計(jì)、輻射探測(cè)器、三維水箱等儀器設(shè)備,對(duì)于10MeV以下的高能X射線的測(cè)量,必須選擇平板電離室,平板電離室的有效測(cè)量點(diǎn)在入射窗內(nèi)壁的中央處;對(duì)于10MeV以上的X射線,可選用指型電離室,有效測(cè)量點(diǎn)在源方向0.5r處,以使腔室內(nèi)溫度和壓力與水達(dá)到平衡。

        3.5 劑量驗(yàn)證

        劑量驗(yàn)證在放射治療QA中是不可忽略的關(guān)鍵一步,它不僅關(guān)乎患者的安全和治療效果,也是質(zhì)量控制和研究的基礎(chǔ)。劑量驗(yàn)證可以幫助檢測(cè)和糾正可能存在的劑量傳遞誤差,確?;颊呓邮艿秸_的治療劑量,避免因劑量過(guò)高或過(guò)低而造成的患者傷害。通常在計(jì)劃完成后,可以使用劑量驗(yàn)證工具ArcCheck來(lái)衡量和驗(yàn)證醫(yī)療直線加速器輻射劑量傳遞的準(zhǔn)確性及安全性。每個(gè)患者的計(jì)劃都會(huì)在ArcCheck的膜體上進(jìn)行真實(shí)的放療模擬,檢測(cè)劑量的準(zhǔn)確性通常要求每個(gè)患者的通過(guò)率必須要達(dá)到95%以上,驗(yàn)證結(jié)果如出現(xiàn)通過(guò)率小于95%時(shí),就應(yīng)查找原因或者重新給病人制作新的治療計(jì)劃。每次患者治療前都需用劑量驗(yàn)證工具進(jìn)行一個(gè)精確的測(cè)量,在測(cè)量達(dá)到準(zhǔn)確后,才能對(duì)每個(gè)患者進(jìn)行治療。通過(guò)使用劑量驗(yàn)證工具,物理師和工程師可以及時(shí)檢測(cè)并糾正任何治療計(jì)劃中可能存在的問(wèn)題,從而提高輻射治療的精確性,確?;颊攉@得高質(zhì)量的輻射治療。

        4 結(jié)語(yǔ)

        醫(yī)用直線加速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模塊眾多,為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行,放療物理師需要規(guī)范化學(xué)習(xí)儀器維修和質(zhì)量控制,通過(guò)產(chǎn)品手冊(cè)了解儀器故障信息含義和處理方法。在實(shí)施放療計(jì)劃前,做好日常質(zhì)控工作,保證加速器機(jī)械精度準(zhǔn)確、劑量準(zhǔn)確、成像系統(tǒng)準(zhǔn)確。在加速器具體的維修工作中,應(yīng)保持與廠家工程師溝通,不斷學(xué)習(xí),提升專(zhuān)業(yè)知識(shí)和能力,降低加速器的故障率,保證加速器精準(zhǔn)治療。

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