医用直线加速器是目前肿瘤放射治疗的核心设备。多叶光栅（multi leaf collimator, MLC）作为其关键执行部件，实现了从二维规则照射到三维动态调强照射的跨越，其按照运动方式可分为手动及电动两类 ^[1]。手动 MLC 通过手动驱动每个叶片，达到调整辐射野轮廓的目的；电动 MLC 多叶光栅通过计算机控制多个微型电机独立驱动每个叶片单独运动，达到辐射野动态或静态成形的目的 ^[2]。按照MLC 在医用直线加速器上的安装方式可分为外置式与内置式两种。目前，新华医疗直线加速器厂家生产的 MLC 有 MLC56B、MLC80 和 MLC120 三 种型号，分别可配套在新华医疗的 XH600、XH1400 及XH2200 系列医用直线加速器上使用。本研究根据实际维修实践，对每个型号分别抽取 1 例典型故障的维修方法进行分析，以供同行参考。

1 新华医疗医用直线加速器 MLC 系统结构组成及工作原理

MLC 系统由电控箱、计算机附属设备和 MLC主机三部分组成（图 1）。（1）电控箱包含 MLC电源和控制计算机两部分。MLC 电源通过电控箱背部的航空插头输出电压为 42 V 的直流电源，经电缆传输到 MLC 主机的电源板输入端；控制计算机不仅外接显示器、鼠标键盘等计算机附属设备，还安装了 MLC 控制软件以实现设备的人机交互、设备状态监视、故障提示和操作、患者数据管理、治疗数据的下发、设备的通信及连锁处理。控制计算机的网络传输接口接收到治疗数据文件经 MLC控制软件解析后，其控制指令通过控制计算机自带的 2 个 485 串口（COM1 和 COM2）经通信电缆传输到 MLC 主机的电气控制装置，电气控制装置通过驱动机械驱动装置，从而驱动叶片形成实际治疗需要的各种形状。（2）MLC 主机主要包括电源板、电气控制装置和机械驱动装置 3 个部分（图 2）^[3]。电源板输入来自电控箱的直流电源，其可分别输出 42、12、5 V 电压的直流电源供电气控制装置使用。电气控制装置包含控制板、柔性印刷电路（flexible printed circuit, FPC）排线、箱体后限位开关、磁栅尺、激光器、叶片电机、电机连接板、箱体电机和箱体电机保险。控制板接收来自 MLC 控制软件下发的指令，控制箱体电机和叶片电机的运动。箱体的运动通过安装在其上面的磁栅尺组件反馈给控制板，叶片的运动通过安装在叶片电机后面的编码器反馈给控制板，控制板处理后再回传给 MLC 控制软件处理。另外，磁栅尺与箱体后限位开关负责自检时箱体位置的信号校准，叶片电机与激光器负责叶片位置的信号校准。除电源板外，MLC 主机其他部分按坐标轴 X 方向左右对称分为 A、B 箱体。机械驱动装置包括光栅底板、箱体及箱体滑轨组件、箱体丝杆及螺母组件、叶片和叶片丝杆及螺母组件。光栅底板是将 MLC 与医用直线加速器成功对接的过渡部件，其作为 MLC 的基础板，可按规定要求安装 MLC 各部件。光栅底板安装有箱体及箱体滑轨组件，箱体上安装了箱体丝杆及螺母组件，叶片和叶片丝杆及螺母组件安装在箱体内部。叶片以高密度钨合金经机械精密加工而成，在电机的驱动下，在规定的轨道上按要求前进、后退或停留，形成治疗过程中所需要的辐射野形状；同时箱体（叶片箱）可由单独的电机驱动，以增大叶片的行程 ^[4]。机械驱动装置由电机带动丝杆，再经丝杆驱动与叶片或箱体固定在一起的螺母，从而推动叶片或箱体前进或后退。

注：MLC 为多叶光栅。

图 1 MLC 系统结构示意图

注：MLC 为多叶光栅；FPC 为柔性印刷电路。

图 2 MLC 主机实物图

2 故障维修案例

2.1 MLC56B 型 MLC 故障

2.1.1 故障现象

设备运行中 MLC 控制软件界面显示设备断开连接。重新连接，显示联机失败，MLC 控制软件报错栏显示“设备连接检测失败（A箱端口 = COM2，B 箱端口 = COM-1）”。

2.1.2 故障分析

MLC 控制软件与 MLC 主机连接成功必须要满足 2 个基本条件：MLC 主机电源板电源供应正常和通信电缆正常连接到 MLC 主机。MLC 控制软件报错栏提示“A 箱端口 =COM2”表示 A 箱体已通过 COM2 串口与 MLC 控制软件取得连接。“B 箱端口 =COM-1”，COM 后面不是正常的串口编号而是“-1”代表 B 箱体未能与串口能进行通信连接，故 B 箱体存在故障。控制计算机自带的 2 个485 串口通过通信电缆与光栅内部的 DB9 插头连接。MLC56B 型 MLC 为外置式 MLC，MLC 主机的通信线并未经过医用直线加速器机头的绕线盘进入机头内，而是使用 1 根 1 m 长的通信电缆线从机架延出，直接连接到机头上的光栅主机 DB9 串口进线插头（图 3）。所以在日常使用中，线缆会跟随机头旋转，长期使用后通信线路易发生内部断路现象，从而导致设备连接失败。

注：MLC 为多叶光栅。

图 3 医用直线加速器机架到 MLC 主机间串口电缆图

2.1.3 故障处理

首先，检查设备供电确保电源供应正常，使用万用表测量电路板电源参考点的 VDD、VMD、VCC 电压值分别为 42、12、5 V，判定电源供电正常。其次，使用光栅手控器分别控制各叶片，发现其均可正常运动，判定控制电路板正常。最后，使用万用表测量通信电缆两端的九针 DB9 插头的第 2、3、5、6、7、9 脚，发现第 7 脚为开路状态，由此判定为通信线损坏。更换加速器机架到 MLC 主机间的通信电缆线后设备恢复正常，故障排除。

2.2 MLC80 型 MLC 故障

2.2.1 故障现象

设备自检时，点击运行 MLC 联机初始化后，MLC 控制软件报错栏显示“E1302 错误，箱体编号 = 1，轴号 = 41。校准超时，设备初始化失败”。

2.2.2 故障分析

MLC80 型 MLC 为 40 对叶片光栅，每侧箱体装有 40 片叶片分别编号 1 ~ 40，41 则为箱体编号。箱体 1 代表 A 箱体。MLC 控制软件报错栏提示“校准超时”即为箱体运动异常，未在规定时间内完成校准操作。可能存在的问题为箱体不运动，或者箱体运动反馈信号异常。首先，拆开加速器机头外壳，使用万用表检查 A 箱体电机发现保险丝良好。然后，将负责 A 箱体的控制板与光栅手控器连接，轴号拨到 41，控制其运动，发现前后均可运动，且运行速度及声音正常，表明箱体电机及机械驱动装置均正常。最后，再次联机初始化观察发现，A 箱体运动回退到 A 箱体后限位开关后，一直往前走，直至MLC 控制软件报设备故障。而正常一侧的 B 箱体往前走一段距离后会自动往回退，回到后限位开关附近停止。由此判断故障原因应为 A 箱体的运动反馈信号异常，然而箱体的运动信号由对应的磁栅尺获取，最终判断为 A 箱体的磁栅尺不良。

2.2.3 故障处理

使用 M4 内六角扳手对 A 箱体磁栅尺（图 4）进行更换。更换后重新联机设备初始化后通过，故障解除。更换磁栅尺后箱体的基准位置可能发生变化，需要重新运行光栅位置校准文件，观察光野的偏差并在 MLC 控制软件填入对应箱体的偏差参数，验证 MLC 光野一致性后设备恢复正常使用。

图 4 磁栅尺实物图

2.3 MLC120 型 MLC 故障

2.3.1 故障现象

设备联机初始化时提示设备初始化失败。MLC控制软件报错栏界面显示“E1301，箱体编号 = 2，轴号 = 0。设备回退超时”。

2.3.2 故障分析

MLC120 型 MLC 为 60 对叶片光栅，每侧箱体装有 60 片叶片分别编号 1 ～ 60，箱体 2 代表 B 箱体，轴号 0 则代表单侧的全体叶片。初始化操作时要先执行全部叶片回退，然后再依次往前校准。出现上述故障的原因可能为：（1）某个叶片卡住了不动，叶片未能全部回退完成；（2）叶片已经全部回退完成，但是控制板未收到回退完成的信号。

2.3.3 故障处理

首先，拆开加速器机头外壳，观察电源板、控制板指示灯均显示正常。使用万用表测试电源板输出电压，分别为 42、12、5 V 电压均正常。其次，使用光栅手控器分别控制 1 ~ 60 号叶片，发现全部叶片运动正常，表明叶片的驱动装置均正常。其次，使用光栅手控器向 MLC 主机下发初始化命令时，箱体正常回退并能完成校准，叶片整体可以回退，但不会依次伸出来校准。再观察 B 箱体上用于叶片位置标定的激光器放大器部分的 LED 显示屏显示“ErH”错误代码，且激光器上的激光发射头无光线射出，由此判定为该箱体上的激光器发射头不良。然后，更换激光器发射头后，激光器放大器的 LED显示屏无错误显示代码，使用 MLC 控制软件重新执行初始化命令设备可以完成初始化操作，故障排除。最后，运行光栅位置校准文件，观察光野的偏差并在 MLC 控制软件填入对应叶片的偏差参数，验证 MLC 光野一致性后设备恢复正常。

3 总结

MLC 是现代医用直线加速器实现精准治疗的关键运动部件，其高精度、高频率的动态工作特性也使其成为故障率最高的核心单元之一。MLC 的维修涉及软件、电路、传感器、机械传动等多方面。在日常维修中，工程师应先了解设备的工作原理及流程，以便能快速准确地找出故障原因并解决。同时维修时还应注意，如果更换了磁栅尺、激光器、箱体后限位开关这些涉及箱体和叶片基准位置的零件时，箱体和叶片的走位有可能会发生变化，务必重新校准射野后方可投入运行。

【参考文献】

［1］杜晓刚 . 三维适形放射治疗计划系统的研究与实现 [D]. 兰州：兰州交通大学，2010.

［2］曾自力 . 医用加速器多叶准直器的质量保证和质量控制 [J]. 中国辐射卫生，2008，17（4）：449-450.

［3］王加进 . 新华 XHA600D 医用电子直线加速器故障分析与检修四例 [J]. 医疗装备，2024，37（7）：114-115.

［4］黄文峰 . 多叶光栅（MLC）的设计与研究 [J]. 机电工程技术，2007，36（9）：85-88.

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