医用电子直线加速器生产环节风险分析及现场体系核查要点.pdf

文章编号：1671-7104(2024)02-0212-05医用电子直线加速器生产环节风险分析及现场体系核查要点【作者】杨义强上海市医疗器械化妆品审评核查中心，上海市，200020【摘要】医用电子直线加速器具有系统结构复杂、核心部件多、控制精度要求高等特点，对产品质量控制和监管都提出了较高的要求。该研究通过对医用电子直线加速器技术特点及生产环节风险分析，结合医疗器械生产质量管理规范要求，提出了此类产品现场体系检查要点，对企业的质量管理人员和监管部门的检查员具有一定参考意义。【关键词】医用电子直线加速器；生产风险；现场体系核查；生产质量管理规范【中图分类号】R730.55；F203【文献标志码】Adoi:10.12455/j.issn.1671-7104.230405Production Risk Analysis and Key Points for Field Inspectionof Medical Electron Linear Accelerator【Author 】YANGYiqiangShanghaiMedicalDeviceandCosmeticsEvaluationandVerificationCenter,Shanghai,200020【Abstract 】Themedicalelectronlinearaccelerator（LINAC）hasthecharacteristicsofcomplexsystemstructure,manycorecomponentsandhighprecisioncontrolrequirements,whichputsforwardhigherrequirementsfor product quality control and regulation.This study puts forward the main points of field inspectionthroughtheanalysisofthetechnicalcharacteristicsandproductionriskofLINAC,combinedwiththerequirementsofthegoodmanufacturingpracticeofmedicaldevices.Ithascertainreferencesignificanceforqualitymanagementpersonnelandfieldinspectors.【Key words】medicalelectronlinearaccelerator(LINAC),productionrisk,fieldinspection,goodmanufacturingpractice0引言引言根据国家癌症中心2022年发布的统计数据，2020年全球癌症死亡人数为996万，其中中国癌症死亡人数300万，占癌症死亡总人数的30%，居全球第一。由于产生辐射种类多、能量高、强度大、可控性强、相对体积小、重量轻、维护方便等优势，目前医用电子直线加速器（medicalelectronlinearaccelerator,LINAC）是全球使用数量最多的放射治疗设备之一。据国际原子能机构公开数据1，2023年，美国、日本、德国的兆伏级放射治疗设备（含LINAC）拥有量分别为11.6、8.4、6.8台/百万人口，而我国仅为1.2台/百万人口，与上述发达国家差距较大，说明LINAC在我国还有很大的发展空间。随着高端医疗设备国产化的推进，预计未来相关生产企业数量会有所增加。LINAC具有结构复杂，控制精度要求高、生产过程关键控制点多等特点，对产品质量控制以及现场检查提出了较高要求。LINAC相关研究文献集中于系统设计2、临床应用的质量控制3、产品故障维修4、系统验收与调试5、安装验收6等方面，未见有与生产环节风险及现场检查相关的文献。本研究通过对LINAC技术特点及生产环节风险的分析，结合医疗器械生产质量管理规范要求，提出了此类产品现场体系检查要点。1医用电子直线加速器结构及技术要求医用电子直线加速器结构及技术要求LINAC是利用射频场加速电子形成直线电子束来实现放射治疗目的的。本研究只考虑低能加速器情况。1.1医用电子直线加速器系统结构LINAC（支臂式）系统结构配置如图1所示。收稿日期：2023-07-14作者简介：杨义强，E-mail:ChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期监 管 与 测 试212LINAC主要组成（见图2）：微波系统由微波功率源、调制器及微波传输系统等部分组成。磁控管作为微波功率源，提供了加速管所需的微波功率，对频率稳定度有较高要求，频率稳定度由自动稳频系统来保证。微波传输系统将磁控管输出的功率馈送到加速管，以激励加速电子所需的电磁场7。加速管由电子枪、加速腔、离子泵等部分组成。电子枪的阴极发射产生电子束。加速腔内由离子泵来确保真空度要求。辐射系统由准直系统、均整器、光学距离指示器等部分组成。准直系统可分为规则野和适形野2种。适形野通过多叶准直器（multi-leafcollimator,MLC）来实现，MLC具有适形度高、可快速动态调强等优点。剂量监测系统由电离室和剂量监测电路等部分组成，用于监测加速器的辐射输出。机械系统由治疗头、机座、机架和治疗床等部分组成。为确保治疗精度，需确保机械系统的平衡状态、机架的运行平稳性和角度位置精度。电子射野影像装置（electronportalimagingdevice,EPID），由射线探测器和探测器机构架两部分组成，主要用于布野和摆位实时验证。系统控制软件是对LINAC进行控制管理的软件，通过执行治疗计划，确定成像射野，进行图像引导放疗，在过程中监控加速器状态，以确保加速器正常工作。微波系统微波功率源调制器微波传输系统电子枪加速管加速腔离子泵辐射系统准直系统光学指示器均整器剂量监测系统电离室剂量监测电路软件系统系统控制软件机械系统及其他治疗头机座电子射野影像装置机架真空系统治疗床水冷系统电源系统图2典型的LINAC主要组成Fig.2TypicalmaincompositionsofLINAC1.2技术标准及指南要求LINAC系统的产品性能以及电气安全需要满足 GB 15213、GB 9706.1、GB 9706.201、YY9706.102、YY0775、YY/T0889、YY/T0890等标准。如采用X射线图像引导，则需考虑GB9706.254、YY/T0888、YY/T0106、YY/T0741、YY1650等标准，如采用CT图像引导，则需要满足GB9706.244、YY0832.1、YY0832.2等标准。治疗计划、治疗记录与验证系统则需要考虑YY0637、YY0721的标准要求。LINAC相关指南性文件可参照国家药监局发布的医用电子直线加速器技术审评要点8、用于放射治疗的X射线图像引导系统注册技术审查指导原则9，相关软件指南性文件可参照医疗器械软件注册技术审查指导原则10、医疗器械网络安全注册技术审查指导原则11、人工智能医疗器械注册审查指导原则12等。2医用电子直线加速器生产风险分析医用电子直线加速器生产风险分析2.1生产工艺流程以下基于滚筒结构的LINAC（支臂式）为例进行说明，LINAC典型生产工艺流程如图3所示。关键工序为整机机械集成和整机电气集成，机械运动、束流、EPID影像系统等部分调试。整机机械集成主要包括在基座上调节基座偏心轮，安装滚筒、机架减速箱、旋转底座、配重支架、CT、支臂、设备配重片、EPID机构架、加速管、磁控管、治疗床等工序。整机电气集成主要包含配电柜与关联部件线缆连接、基座线缆连接、治疗床线缆连接、绕线架线缆连接、控制台线缆连接、支臂腔体线缆连接等工序。上电前，要检查线缆线标连接、配电柜电压、线缆通断、光纤通断、紧急关断开关是否处于闭合状态。机械运动调试包括机架、治疗头及治疗床的校正、等中心调试、光学距离指示器调节等工序。束流调试包括灯丝校正、峰值功率校正、自动频率控制调节、束流准直、束流参数确认、辐射野校正、剂量校正等工序。束流调试后，须按照GB15213201613要求确认束流相关特性，包括深度吸收剂量特性、半影测试、漏射测量、表面吸收剂量、剂量监测系统、辐射野指示等性能。EPID调试主要包括图像排程校正、计划制定、图像引导校正、治疗床升降校正、图像质量测试、图像引导准确度测试、准直位置准确性和重复性、限加速管微波系统机架机柜机架旋转治疗床治疗头等中心床旋转机座运动控制系统水冷系统真空系统电源系统其他部件图1LINAC（支臂式）系统结构配置Fig.1LINAC(ARMtype)systemstructureconfigurationChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期监 管 与 测 试213束装置的位置精度和重复性等工序。图像引导准确度测试按照YY1650201914中方法进行，图像质量测试按照YY/T0890201315和GB15213201613的方法进行。磁控管调制器机架治疗床EPID电离室水冷机组控制计算机准直部件采购部件检验说明:表示关键工序机械系统检验系统剂量监测检验定位系统检验辐射系统检验系统束流特性检验成品出厂检验微波系统加速管辐射系统影像引导系统旋转机架主要部件装配整机机械集成整机电气集成系统集成机械运动调试束流调试EPID影像系统调试系统外罩安装及调试系统调试图3LINAC典型生产工艺流程Fig.3TypicalproductionprocessflowofLINAC2.2生产风险分析以下从人员、设施设备、采购、生产管理、质量控制等主要方面，对LINAC系统生产环节存在风险进行了分析：（1）人员。对于生产人员，若达不到岗位要求，则可能会造成重大安全事故。例如，对包含电子枪灯丝电源、高压脉冲变压器等部件的旋转机架而言，如果接错线缆，可能会导致金属外壳带电，造成人员伤亡。对于专职检验人员，若未正确使用检验设备或未按照检验方法进行检验，均可能导致产品出现质量问题。对于搬运设备操作人员，须有叉车操作上岗资质，否则可能会导致生产存在安全隐患。（2）设施设备。LINAC涉及辐射检验项目，若不在符合辐射安全要求的设施内进行的话，会对相关人员造成辐射伤害。对重大部件的搬运装备，需要定期进行维护保养、日常点检，以确保其状态良好。对于数显倾斜仪、数显百分表、推拉力计、电离室、接地电阻测试仪、耐压测试仪、漏电流测试仪、质谱检漏仪等检验设备，需要定期校准，以免对装配、调试、检验结果造成不良影响。此外，对治疗床等中心调节、辐射等中心工序中所用工装、放疗质控体模，除必要的维护保养外，必要时需做定期校准。IBA-BluePhantom是放疗质控体模16，若未经校准，可能会影响射线半高宽、半影、对称性、平坦度、最大剂量点深度等指标的测量结果。（3）采购。对主要采购部件分级不合理，会降低对其质量控制要求。如果在技术协议中未明确技术要求、验收标准等相关内容，可能会导致关键部件不满足采购要求。如果进货检验方法不适宜、不明确，则可能导致不合格部件流入生产。例如，由于采购协议中未明确正确的型号规格或进货检验不充分，调制器型号不正确或功能异常，会导致无法正常产生微波或微波系统损坏。未进行进货检验或未确认供应商出厂检验报告的主要参数，会导致磁控管频率范围、峰值输出功率达不到采购要求，工作频率与加速管的频率特性不相匹配，使得频率偏离，导致输出束流质量达不到要求，甚至停止出束；此外，如果温控部件的精度控制不好，则会无法确保磁控管、加速管等关键部件在恒温条件下稳定工作。离子泵是维持超高真空状态的关键部件，抽气速率不满足要求的话，会影响加速管内的真空度，导致系统出现故障。（4）生产管理。对整机机械集成工序，如果紧固螺钉脱落，导致部件倾倒，可能造成部件损坏、人员受伤。另外，装配过程若未按照作业指导书要求调节，可能导致等中心及机械精度等超差，机架刚度、旋转平稳性、旋转角位置精度等受影响。对整机电气集成工序，如果线缆布局不合理或未预留合适长度，可能会导致线缆损坏；线缆若未正确连接，可能会导致系统无法正常工作。对机械ChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期监 管 与 测 试214运动调试工序，若机械零位校正偏差过大，可能导致机械位置及运动范围等性能、束流和图像质量无法满足要求。对束流调试工序，若剂量校正错误、束流性能调试及测试有问题，可能导致束流性能无法满足要求。屏蔽没有正确安装，可能导致辐射漏射无法满足要求。对EPID调试工序，若成像部件功能异常，图像质量差，可能导致图像配准错误。若平板探测器校正错误，可能导致图像引导摆位校正出错。此外，对于加速管，如未按作业规范实施老练，则会大大降低加速管性能。若钎焊（或氩弧焊）的焊接参数不正确，则可能出现泄漏，导致加速管放电击穿以及电子枪阴极灯丝氧化。辐射系统生产涉及辐射靶焊接、准直器等部件集成、调试、检验等主要工序。若MLC装配不规范，会导致辐射野不正确。滚筒、治疗头以及EPID校正等工序若未按规范实施，则会导致辐射野与实际计划产生偏差。（5）质量控制。检验规范应该覆盖产品技术要求，且检验规范中的检验指标和方法须符合国家强制标准要求。例如，剂量监测系统性能、深度吸收剂量特性、辐射野的均匀性、等中心、前后辐射野的重合性等主要产品技术指标及检验方法若与标准GB15213201613不一致，则可能导致产品质量出现问题，患者接受不正确剂量或达不到预期治疗效果。2.3现场核查关注要点基于生产风险分析以及医疗器械生产质量管理规范要求，建议现场核查时关注以下要点：（1）人员和场地。LINAC生产对场地除了具备适宜的面积以及防静电等措施以外，涉及辐射安全的场地需查看是否已获得辐射安全许可证，是否配备剂量监测装置，是否满足标准条件下距离各屏蔽墙30cm处漏射须小于2.5Sv/h的要求。对关键工序生产检验人员，应对其进行必要、充分、适宜的培训及评价，查看培训内容是否涵盖主要设备使用及保养维护、生产工艺、检验方法、电气安全、辐射安全、国家强制标准等方面。查看是否建立辐射作业人员健康档案，叉车操作员是否有叉车上岗证。（2）设备。查看生产检验设备清单，是否包括医用电气安全测试、剂量测量、机械装配调试、放疗质控模体、生产工装等主要设备。抽查检验设备校准报告，确认是否已覆盖适用量程范围。查看检验设备操作规程是否明确、操作步骤、参数设定、仪器设置及接线等主要内容。查看医用耐压测试、漏电流测试、接地电阻测试、电离室、剂量计、IBA-BluePhantom2模体等主要设备的校准、使用及维护记录是否有效及完备。（3）设计开发。抽查LINAC设计开发文档，重点确认系统需求是否完整、一致，与系统设计、系统验证、风险管理之间是否可追溯。例如，确认系统需求是否定义报警要求，是否考虑了剂量监测值的安全校验，是否具有出现大的偏差时启动报警并中止治疗等功能。确认设计中是否有上述功能报警机制，是否有实时监测当前位置与预设位置间的差异。系统测试是否包含上述相关报警测试用例。对于设计验证及确认，重点关注等中心、X辐射靶点位置与实际位置之间偏差、束流特性验证等涉及束流质量及照射野精度相关内容。涉及焊接的工序，确认焊接工艺参数确认报告，是否与生产工艺相符合。查看设计变更记录是否包含变更原因、变更内容、评审及批准等内容。查看设计变更导致的设计输入及输出文件的更新是否充分完整。是否已分析评价变更相关风险，变更验证是否涵盖对风险相关内容，是否可追溯。LINAC系统软件的风险较高，软件开发、软件变更管理、软件缺陷管理等过程控制质量直接影响系统的稳定及可靠。对于增强型更新，确认软件需求、设计以及测试用例是否已做必要更新，风险分析以及验证是否合理、充分、有效。对于纠正型更新，结合缺陷严重等级，查看缺陷的原因分析、修改方案、影响分析、回归测试等内容是否合理、有效、完整，是否覆盖已识别风险，是否有相关评审及批准记录。对上述更新，查看软件版本是否符合版本命名规则。（4）采购。查看与加速管组件、磁控管、多叶准直器等主要部件相关质量协议及采购合同，是否包含技术要求、技术图纸、质量要求及验收标准等相应要求。抽查主要部件的进货检验规范，确认技术规格是否与设计输出文件一致，查看进货检验以及采购记录是否满足供应商的原厂可追溯要求。确认检验记录是否完整、规范、正确。查看主要供应商再评价记录，确认相关的资质证明是否有效，记录是否充分、完整。（5）生产管理。查看系统装配及调试作业指导书，确认系统机械和电子集成、束流、EPID等调试工序相关参数，钎焊和氩弧焊的工艺参数是否明确并与参数验证的结果一致。查看生产记录，确认关键部件装配顺序、线束排布、系统配平、过程检验等内容是否与作业指导书一致。查看电气连接，ChineseJournalofMedicalInstrumentation2024年48卷第2期监 管 与 测 试215重点确认调制器和磁控管等高压线缆接头、水路以及接地等管线是否正确，查看水冷系统的保压和漏电测试结果是否满足要求。确认生产记录中是否明确主控板固件、加速器控制等软件的完整版本号。查看是否有生产用软件（包括系统束流调试用软件、剂量计算验证、检验工装治具等）的验证报告。（6）质量控制。查看检验规程是否涵盖国家强制性标准和产品技术要求，性能指标及检验方法是否与技术要求一致。查看过程检验记录中各部件机械运动精度、滚筒等中心、治疗床等中心等测试结果是否满足要求。重点确认束流调试、同心性和辐射野偏差调节、束流参数、辐射野校正以及剂量校正等结果是否满足要求。确认水箱、模体摆位的测量结果是否满足精度要求。确认束流测试各项结果是否符合要求。查看检验记录中使用的检验设备校准报告，确认使用时在校准有效期内。（7）安装服务。LINAC的安装质量是保证设备安全有效运行的基础。对照安装规范以及验收标准，查看客户现场安装调试、检验记录、验收记录是否满足要求，制造商的放行记录和客户验收证明是否完整、规范、可追溯。如涉及部件不合格，须维修返工，查看关键部件的更换、维修调试记录，是否符合调试指导书和不合格品返工制度的规定。更换后是否进行验收测试，以确保系统安全有效。查看是否建立设备维护保养制度，以及维护保养报告记录，报告数据记录是否正确且符合要求。查看是否建立不良事件监测等要求，是否按规定开展了不良事件监测活动并保持相关记录。3结论结论本研究从医用电子直线加速器组成及技术要求出发，通过对生产风险防控展开分析，结合医疗器械生产质量管理规范要求，探索性地提出了现场体系检查关注要点，对该类产品的生产企业质量管理人员以及监管部门的检查人员具有一定参考意义。参考文献IAEADIRACData.ThenumberoftherapyequipmentsindifferentcountriesaroundtheworldEB/OL.2023-08-13.https:/dirac.iaea.org/Query/Countries.1杜锡九,刘德康,沈立人,等.医用直线加速器控制系统软件设计J.医学信息,2015,28(46):1-2.2徐诗磊.医用直线加速器质量控制与质量保证探讨J.中国卫生产业,2019,16(24):174-175.3栗江鹏.西门子医用直线加速器系统常见故障分析J.中国卫生产业,2017,14(29):60-61.4黄明超.VarianHalcyon1.0医用直线加速器的验收与调试J.医疗装备,2020,33(16):37-38.5张詠波,黄劭敏,邓小武,等.医用直线加速器的安装验收J.现代医学仪器与应用,2004,16(3):14-16.6顾本广.医用加速器M.北京:科学出版社,2003.7国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心.医用电子直线加速器技术审评要点(2022年第13号)EB/OL.(2022-03-31)2023-07-01.https:/ 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