陳澤龍，陳自謙，倪萍

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)影像中心；b.醫(yī)學(xué)工程科， 福建 福州350025

醫(yī)用回旋加速器質(zhì)量控制與安全策略探討

陳澤龍a，陳自謙a，倪萍b

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)影像中心；b.醫(yī)學(xué)工程科， 福建 福州350025

醫(yī)用回旋加速器為臨床PET/CT檢查提供正電子放射性核素，做好回旋加速器的質(zhì)量控制和安全防護(hù)就是要保證回旋加速器良好穩(wěn)定的運(yùn)行，保證安全生產(chǎn)，從而提供足額且符合要求的正電子核素，這就要求做好回旋加速器的維護(hù)保養(yǎng)工作，同時(shí)要注重技術(shù)人員的操作培訓(xùn)和質(zhì)量控制意識(shí)的養(yǎng)成，維修和備件的供應(yīng)也列入回旋加速器的質(zhì)控項(xiàng)目。本文總結(jié)了醫(yī)用回旋加速器各結(jié)構(gòu)維護(hù)和保養(yǎng)的方法，闡述了對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行操作培訓(xùn)，培養(yǎng)質(zhì)量控制意識(shí)的重要性。

回旋加速器；正電子核素；質(zhì)量控制；輻射安全

回旋加速器質(zhì)量控制的技術(shù)指標(biāo)目前尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但是其內(nèi)容歸納起來(lái)主要包括幾個(gè)方面：回旋加速器的維護(hù)和保養(yǎng)，保證設(shè)備性能穩(wěn)定，參數(shù)準(zhǔn)確；技術(shù)人員的操作培訓(xùn)和質(zhì)控意識(shí)的培養(yǎng)；設(shè)備的維修和備件的供應(yīng)等。

1 回旋加速器的維護(hù)和保養(yǎng)

回旋加速器的維護(hù)和保養(yǎng)工作是回旋加速器質(zhì)量控制的重點(diǎn)?；匦铀倨飨到y(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜精細(xì)[1]，各個(gè)子系統(tǒng)之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，維持回旋加速器良好的運(yùn)行狀態(tài)要求操作人員做好相應(yīng)的維護(hù)和保養(yǎng)工作，下面以GE PETtrace回旋加速器為例總結(jié)加速器各系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)工作。

1.1 靶系統(tǒng)

靶系統(tǒng)的日常維護(hù)比較簡(jiǎn)單，主要進(jìn)行充靶、傳輸測(cè)試，以檢查充靶和傳輸?shù)臅r(shí)間長(zhǎng)短、壓力變化、傳輸體積的損耗量等。不同型號(hào)的加速器所配備靶的各種參數(shù)不同，但對(duì)以上參數(shù)的要求基本相似。充靶后的壓力變化應(yīng)在設(shè)定值的2%～5%；靶物質(zhì)傳輸?shù)胶铣善鞯臅r(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)；靶物質(zhì)的傳輸體積損失應(yīng)低于10%（通常為5%～10%）。

對(duì)于液體靶，操作人員每周應(yīng)檢查一次靶面板上去離子水和富氧水的量，如果去離子水或者富氧水的量不夠，應(yīng)及時(shí)添加，但也不可一次添加過(guò)多；如果需要可更換裝去離子水或者富氧水的瓶子。

充填靶物質(zhì)前，對(duì)氣體靶預(yù)先用靶氣體充排一次；對(duì)于液體靶應(yīng)預(yù)先用高純度的16O-H2O沖洗；在生產(chǎn)18F-F-離子之前，用較低的束流在靶內(nèi)對(duì)16O-H2O進(jìn)行5～10min的轟擊，可以清除靶室壁上黏附的活性物質(zhì)，提高18F-F-的捕獲率。生產(chǎn)結(jié)束之后，對(duì)于液體靶應(yīng)用高純度16O-H2O沖洗靶室再進(jìn)行干燥，以免殘留的放射性液體損傷靶室。

轟擊過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)靶電流和準(zhǔn)直器電流，為了提高轟擊效率，靶電流最好控制在總提取電流的80%～90%，而準(zhǔn)直器電流應(yīng)低于總提取電流的20%；隨時(shí)監(jiān)測(cè)靶壓力的變化，隨著轟擊的進(jìn)行，靶壓力可能會(huì)升高，如果靶壓力升高超過(guò)20%，可能會(huì)增加鈦膜的熱負(fù)荷，引起靶窗隔膜（Havar膜或者鈦膜）的崩裂。

對(duì)于液體靶，生產(chǎn)結(jié)束后，靶水傳送到合成器之前需要經(jīng)過(guò)一次過(guò)濾，濾去靶水中的雜質(zhì)，提高合成效率，過(guò)濾裝置核心是一片孔徑為10μm的圓形濾片，一般生產(chǎn)20次左右需要更換濾片。

總之，新形勢(shì)下，強(qiáng)化基層思想政治工作要充分認(rèn)識(shí)其必要性，正視現(xiàn)存的矛盾和問(wèn)題，不斷增強(qiáng)基層思想政治工作的針對(duì)性，不斷增強(qiáng)基層思想政治工作的實(shí)效性，達(dá)到統(tǒng)一思想、凝聚人心、促進(jìn)發(fā)展、維護(hù)穩(wěn)定的目的，使企業(yè)基層形成心齊、氣順、勁足、家和、業(yè)興的良好氛圍，不斷鞏固企業(yè)改革、發(fā)展、穩(wěn)定大局。

液體靶靶水是由自動(dòng)控制的加液泵經(jīng)小孔徑管道而裝載于靶中，為了使每次裝載到靶室內(nèi)的靶水體積準(zhǔn)確，必須定期校驗(yàn)加液泵，并防止空氣存在。

對(duì)于18F-F-生產(chǎn)靶，系統(tǒng)利用He氣體將含有18F-F-的水團(tuán)傳送到合成器，由于小水團(tuán)在傳送過(guò)程中被He氣體分散成許多的小水滴而易于被管道表面吸附，另外輻射造成管道表面對(duì)18F-F-的吸附作用增強(qiáng)，使靶水體積損耗18F-F-濃度降低，為此應(yīng)定期更換傳送管道，并在每次生產(chǎn)前用高純度的16O-H2O沖洗2～3次，可以提高傳輸效能。

1.2 離子源系統(tǒng)

離子源系統(tǒng)產(chǎn)生被加速的粒子束流，它是通過(guò)電離高純度的H2(或者D2)產(chǎn)生等離子體，再利用射頻系統(tǒng)將等離子體中的H-（或者D-）離子提取出來(lái)進(jìn)入真空腔加速。對(duì)于儲(chǔ)存在鋼瓶中的高純度H2（或者D2）氣體需要保持一定的壓力，操作人員應(yīng)每周檢查1次鋼瓶中氣體的壓力是否保持在0.3MPa（45psi）以上，如果氣體壓力低于該值，則需更換氣瓶，同時(shí)更新Master系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)資料。

Master系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄離子源陰極操作時(shí)間，陰極操作時(shí)間反映陰極的損耗情況，操作人員每隔1個(gè)月應(yīng)從Master系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取陰極操作時(shí)間，了解陰極使用情況；在回旋加速器生產(chǎn)過(guò)程中觀察離子源電流和電壓情況，當(dāng)離子源效率下降時(shí)應(yīng)及時(shí)更換離子源陽(yáng)極和陰極，同時(shí)清洗離子源體。

對(duì)離子源的基本要求：① 有最大的粒子束流。各種不同要求的加速器對(duì)粒子束的能量和流強(qiáng)的要求不同，但均要求保證離子源能提供足夠大的流強(qiáng)；② 離子源的壽命長(zhǎng)。離子源工作一定時(shí)間后，某些部件會(huì)被損壞或出現(xiàn)故障，如陰極對(duì)等，則需更換或維修，其壽命一般在幾十小時(shí)到幾萬(wàn)小時(shí)；③ 電離效率高。即產(chǎn)生的有效離子含量高；④ 氣體利用率和電源功率利用率高。提高氣體利用率，可節(jié)省被電離氣體的消耗量；氣體利用率低，影響加速器的真空度。

1.3 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)提供粒子加速的真空環(huán)境，真空腔應(yīng)保持在一定的壓力之下，Standby狀態(tài)時(shí)真空腔內(nèi)壓力約為1.0×10-7mBar，粒子束流從離子源提取出來(lái)進(jìn)入真空腔后真空腔內(nèi)壓力應(yīng)小于4.0×10-5mBar，操作人員應(yīng)每周觀察真空腔的壓力。真空系統(tǒng)由2個(gè)真空計(jì)監(jiān)測(cè)，一個(gè)是Pirani真空計(jì)，一個(gè)是Penning真空計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后應(yīng)清洗真空計(jì)，保證真空計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確。

當(dāng)結(jié)束回旋加速器或真空系統(tǒng)的維修保養(yǎng)工作后，應(yīng)盡快關(guān)閉真空室。為了能夠快速地進(jìn)行真空抽吸，掌握下列的規(guī)則是比較重要的：① 降低真空室的操作時(shí)間；②盡可能使用干燥空氣或氮?dú)獯嬷車諝鈱?duì)真空室進(jìn)行泄氣；③ 應(yīng)佩帶防護(hù)手套；④ 安裝插入的部件應(yīng)完全清潔；⑤ 在一次真空室的泄氣后，便對(duì)回旋加速器進(jìn)行一次短時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行；因?yàn)橛袝r(shí)恢復(fù)真空后，在加速器里束流的丟失可能較高。

1.4 水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)分初級(jí)水冷和二級(jí)水冷，初級(jí)水冷系統(tǒng)由用戶自行定購(gòu)或者在供應(yīng)商指導(dǎo)下定購(gòu)，根據(jù)用戶定購(gòu)的水冷系統(tǒng)的廠家不同進(jìn)行不同的操作維護(hù)。初級(jí)水冷進(jìn)入二級(jí)水冷系統(tǒng)熱交換器的水溫應(yīng)保持在13～18℃之間，AERMEC水冷機(jī)保持管路中壓力在1.5MPa左右可達(dá)到最好的冷卻效果，因此，操作人員應(yīng)定期往水箱加水并排氣。加速器生產(chǎn)時(shí)二級(jí)水冷系統(tǒng)進(jìn)入加速器主磁體的水溫應(yīng)保持在18～20℃之間（上下浮動(dòng)±1℃），管路中水壓不能低于40kPa，水量不能低于指示水位的最低點(diǎn)；加速器運(yùn)行一段時(shí)間以后管路中水壓會(huì)下降，水量會(huì)減少，操作人員應(yīng)及時(shí)往管路中加水，所添加的水最好為高純水，同時(shí)可配備一個(gè)加壓泵，當(dāng)管路中壓力下降時(shí)往管路中充氣增加壓力。

1.5 射頻系統(tǒng)

RF系統(tǒng)是回旋加速器中關(guān)鍵而復(fù)雜的系統(tǒng)，不同類型的回旋加速器對(duì)該系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的設(shè)置和要求不同，但對(duì)該系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)基本相同。維護(hù)中應(yīng)檢查Dee的厚度、調(diào)諧電容板的位置和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功能，生產(chǎn)中應(yīng)注意觀察RF正向和反射功率的變化，當(dāng)其變化太大時(shí)，則加在Dee電極上的電壓不穩(wěn)而發(fā)生漂移，明顯影響B(tài)eam的提取，表現(xiàn)為準(zhǔn)直器電流過(guò)高，靶電流下降而達(dá)不到設(shè)定值，此時(shí)應(yīng)調(diào)整管路放大器（Tube Amplifier Unit, TAU）和驅(qū)動(dòng)功率放大系統(tǒng)（Driver Power Amplifier, DPA）間的輸入和輸出以達(dá)到匹配。

1.6 磁場(chǎng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)在回旋加速器中是比較穩(wěn)定的系統(tǒng)，除每天在啟動(dòng)之前檢查線圈和磁場(chǎng)電源系統(tǒng)有無(wú)冷卻水外漏，每周檢查磁場(chǎng)電流的漂移情況，即分別在工作電流的10%、50%和100%的條件下，觀察電壓和電流的變化，要求在最大電流時(shí)運(yùn)行30min和8h，其電壓漂移值分別應(yīng)為±3ppm和±5ppm。

1.7 萃取系統(tǒng)

萃取系統(tǒng)主要包括剝離碳膜、裝載碳膜的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)器、馬達(dá)等裝置。在PETtrace回旋加速器中有2個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)器，分別載有6個(gè)碳膜；而IBA的CYCLONE系列回旋加速器中共有8個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)器，分別位于8個(gè)束流出口處，每個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)器各有2個(gè)碳膜。

操作人員在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意觀察萃取膜的使用情況，及時(shí)更換破損的萃取膜。

1.8 自屏蔽系統(tǒng)

現(xiàn)代醫(yī)用回旋加速器出于輻射防護(hù)安全考慮都加有自屏蔽系統(tǒng)。自屏蔽裝置通常有兩個(gè)屏蔽層部分，內(nèi)屏蔽層由混有環(huán)氧樹(shù)脂和碳硼化合物的高密度鉛構(gòu)成，這層屏蔽能使高能中子的能量降低至熱中子水平，并吸收放射性核素產(chǎn)生的γ射線。外屏蔽層是加聚乙烯和碳硼化合物的水泥塊，其作用是通過(guò)熱中子的彈性碰撞，繼續(xù)減緩中子的運(yùn)動(dòng)，并最終將其吸收，同時(shí)將產(chǎn)生的次級(jí)γ射線的輻射減至最小。GE PETtrace回旋加速器外屏蔽層是碳硼化合物溶液，將溶液裝在箱體中，箱體環(huán)繞加速器主磁體放置，正面兩個(gè)箱體受高壓氣體控制可開(kāi)啟，類似于兩扇門(mén)，由于液體揮發(fā)需定期往箱體中添加水。

2 技術(shù)人員的操作培訓(xùn)，質(zhì)控、安全意識(shí)的養(yǎng)成

回旋加速器質(zhì)量控制的另一個(gè)方面是技術(shù)人員的操作培訓(xùn)，養(yǎng)成良好的質(zhì)控、安全意識(shí)。操作人員不僅要對(duì)回旋加速器的基本原理有比較深入的了解，而且要掌握回旋加速器生產(chǎn)放射性核素的影響因素，更有效的控制核素生產(chǎn)，延長(zhǎng)加速器使用壽命。

回旋加速器生產(chǎn)放射性核素的過(guò)程中，先決條件是必須要有具有一定能量的帶電粒子，而影響核素產(chǎn)量的因素又有粒子束流的強(qiáng)度、被轟擊的靶物質(zhì)的質(zhì)量、核反應(yīng)的有效截面積和轟擊時(shí)間等。

2.1 粒子束流的能量

粒子束流的能量是回旋加速器設(shè)計(jì)和制造的一個(gè)基本參數(shù)。GE PETtrace回旋加速器中所提供的質(zhì)子束的能量為（16.5±0.1）MeV，氘核束的能量為（8.4±0.2）MeV。

2.2 靶及靶物質(zhì)

靶及靶物質(zhì)產(chǎn)量的高低也依賴于靶的設(shè)計(jì)和構(gòu)造以及靶物質(zhì)的化學(xué)形式。

2.3 粒子束流的強(qiáng)度

粒子束流的強(qiáng)度在相同的時(shí)間，用同樣能量的粒子轟擊同一靶物時(shí)，束流越高，其正電子核素的產(chǎn)額越高。粒子束流的強(qiáng)度可在回旋加速器所限定的最大值范圍內(nèi)選擇。

以13N-NOx-和18F負(fù)離子的生產(chǎn)為例，提高轟擊時(shí)的束流強(qiáng)度，可以提高13N-NOx-和18F負(fù)離子的產(chǎn)額。但束流超過(guò)35μA時(shí)，其產(chǎn)額與束流大小并不呈良好的直線關(guān)系。隨著質(zhì)子束流強(qiáng)度的增加，質(zhì)子束撞擊時(shí)局部熱負(fù)荷增加，靶水沸騰產(chǎn)生汽泡。一部分靶水汽泡形成汽溶膠，傳出時(shí)隨傳輸載氣而被逸散出，因而可造成部分靶水損失，所以過(guò)高的束流沒(méi)有好處[2-3]。因此用強(qiáng)度為25～35μA的質(zhì)子束流轟擊，調(diào)節(jié)束流提取準(zhǔn)直器在最佳的位置，有90%以上的質(zhì)子束聚集在8～10 mm的直徑范圍內(nèi)，并且質(zhì)子束是非常均勻的，不會(huì)造成靶的損傷，13N-NOx-和18F負(fù)離子的產(chǎn)額也比較穩(wěn)定。

2.4 轟擊時(shí)間

延長(zhǎng)轟擊時(shí)間，可以提高核素的產(chǎn)額。轟擊時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因核素的衰變效應(yīng)，核素的產(chǎn)額與時(shí)間并不呈良好的線性關(guān)系。另外，長(zhǎng)時(shí)間轟擊，也會(huì)因靶水沸騰，產(chǎn)生汽泡，造成部分靶水損失[2-3]?？梢愿鶕?jù)PET檢查需要放射性藥物的量，來(lái)調(diào)節(jié)轟擊時(shí)間。這樣一方面可以延長(zhǎng)離子源陰極的使用期限（6個(gè)月以上），另一方面可以延長(zhǎng)提取碳膜的使用壽命（約20mAh）。一般要求核素的轟擊生產(chǎn)時(shí)間以該核素的1～2個(gè)半衰期時(shí)間長(zhǎng)短為宜。

回旋加速器存在高能射線、高電壓、強(qiáng)電流、強(qiáng)磁場(chǎng)、高溫等危險(xiǎn)因素，從事回旋加速器操作維護(hù)的工作人員需經(jīng)廠家正規(guī)技術(shù)培訓(xùn)，充分了解加速器工作原理及各系統(tǒng)性能后方可上崗。尤其是高能射線，PET/CT中心是開(kāi)放型放射性工作場(chǎng)所，根據(jù)所用放射性核素最大等效日操作量，屬甲級(jí)開(kāi)放型放射性工作場(chǎng)所（>1.85×1010Bq）[4-5]，放射性核素發(fā)生β+衰變釋放出正電子，正電子與負(fù)電子發(fā)生湮滅輻射放出2個(gè)511keV高能γ光子具有很強(qiáng)的穿透能力和電離能力，工作人員應(yīng)根據(jù)外照射防護(hù)的基本措施，即時(shí)間防護(hù)，距離防護(hù)，屏蔽防護(hù)做好自身的安全防護(hù)。

3 設(shè)備的維修和備件的供應(yīng)

回旋加速器的質(zhì)量控制還包括設(shè)備的維修和備件的供應(yīng)等。PET檢查費(fèi)用昂貴，其檢查的前提條件是正電子顯像劑的供應(yīng)，如果加速器由于故障不能生產(chǎn)放射性核素，將會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)延誤病人病情[6]?；匦铀倨鞑僮魅藛T一般由工程師擔(dān)任，要求工程師不僅要熟練操作，而且需掌握維修技能，能夠及時(shí)排除一般性故障，保障正電子藥物的供應(yīng)。

醫(yī)用回旋加速器作為大型高檔的醫(yī)療設(shè)備，為長(zhǎng)期保持機(jī)器最佳性能，除正常使用外，平時(shí)還應(yīng)注意機(jī)房溫度和濕度的控制，保持機(jī)房環(huán)境整潔。隨著使用期限的延長(zhǎng)，對(duì)部分易損零部件應(yīng)及時(shí)更換、維護(hù)，一些重要參數(shù)要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，像氣瓶氣體的輸出壓力等，在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮設(shè)備功能，保證PET檢查所需正電子藥物的供應(yīng)。

[1]陳澤龍.醫(yī)用回旋加速器原理[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2005,26(2):55-58.

[2]周飛華,徐海峰,周潤(rùn)鎖,等.18F-生產(chǎn)條件和影響因素初探[J].同位素,2006,19(4):249-252.

[3]陳云富,劉蕊,王文志.PET/CT常用示蹤劑18F-FDG的作用原理、特性及應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2008,23(10):78-79.

[4]中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)電力輻射專業(yè)委員會(huì).輻射劑量學(xué)常用數(shù)據(jù)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,1987.

[5]GB 16360-1996,臨床核醫(yī)學(xué)放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]陳澤龍,楊忠東,游學(xué)宇.PET用回旋加速器購(gòu)置須考慮的幾個(gè)方面[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006,27(10):47-48.

Discussion on Quality and Safety Control of Medical Cyclotron

CHEN Ze-longa, CHEN Zi-qiana,NI Pingb
a. Center of Radiology; b. Department of Biomedical Engineering, Fuzhou General Hospital of Nanjing Area Command,Fuzhou Fujian 350025, China

TL54+2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.02.005

1674-1633(2011)02-0015-03

2010-11-25

作者郵箱：czel@163.com

Abstract:Medical cyclotron supplies positron radionuclide to PET/CT examination. The purpose of QC and protection of radiation for medical cyclotron was to keep the cyclotron work well and insure safe production. This paper summarizes the maintenance methods of medical cyclotron, and expounds on the importance of quality control.

Key words:cyclotron; positron isotope; quality control; radiation security