孫傳金，吉蘅山，王新剛，朱虹

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210002

醫(yī)用回旋加速器常見故障分析2例

孫傳金，吉蘅山，王新剛，朱虹

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，江蘇 南京 210002

正電子藥物是由回旋加速器和化學(xué)合成模塊等經(jīng)系列化學(xué)反應(yīng)合成。對(duì)回旋加速器的故障分析的報(bào)道尚不多。文中對(duì)兩例故障發(fā)生的現(xiàn)象，故障原因，故障排除進(jìn)行分析，以期減少故障率的發(fā)生。

回旋加速器；故障；維護(hù)

引言

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀/CT（Positron Emission Computed Tomography/CT，PET/CT）是目前核醫(yī)學(xué)界內(nèi)較高端的影像設(shè)備。PET/CT顯像對(duì)臨床診療及療效判斷起到重要的作用，是評(píng)價(jià)良惡性病變的重要手段[1-2]。其正電子藥物是由回旋加速器和化學(xué)合成模塊等經(jīng)系列化學(xué)反應(yīng)合成。現(xiàn)以，加拿大EBCO公司TR19型回旋加速器為例總結(jié)發(fā)生常見故障現(xiàn)象及對(duì)故障發(fā)生的原因，故障排除進(jìn)行分析，以期減少故障率的發(fā)生。

1 設(shè)備工作原理

如圖1所示，在回旋加速器中心部位的離子源經(jīng)高壓而使氣體電離發(fā)射粒子束流，該粒子束流在稱為Dee的半圓弧電極盒（簡(jiǎn)稱D型盒）中運(yùn)動(dòng)。在磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運(yùn)動(dòng)飛行。設(shè)粒子Q的質(zhì)量為m，所帶電荷為q，所具的運(yùn)動(dòng)速度V，磁場(chǎng)強(qiáng)度為B，粒子受到的洛侖茲力F=BqV，粒子運(yùn)行軌道的圓周半徑r與洛侖茲力F關(guān)系為F=mV2/r，加速粒子的能量E=mV2/2=B2q2r2/2 m。在回旋加速器中心區(qū)域，粒子被拉出后經(jīng)電場(chǎng)的加速而獲得較低的初速度，同時(shí)，磁場(chǎng)也對(duì)這些粒子產(chǎn)生作用，兩種場(chǎng)作用的結(jié)果是粒子在D型盒間隙（gap）內(nèi)按螺旋軌道飛行。帶電粒子經(jīng)多次加速后，圓周軌道半徑達(dá)到最大并獲得最大的能量，在該點(diǎn)處粒子將被束流提取裝置提取引出[3-5]。

結(jié)構(gòu)上，回旋加速器主要由7個(gè)系統(tǒng)來(lái)支持：離子源系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)，磁場(chǎng)，引出系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，見圖2。

圖1 回旋加速器工作基本原理簡(jiǎn)圖

圖2 加速器組成系統(tǒng)圖

2 常見故障

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

點(diǎn)擊離子源（Ion Source and Inf ector Supply，ISIS）start后，離子源開啟后，燈絲（f lament）電源不開啟，等待2 min后，報(bào)f lament time out（燈絲開啟超時(shí)）錯(cuò)誤。

2.1.2 故障分析

TR19的離子源為外置離子源，該類型離子源的結(jié)構(gòu)[5]如圖3所示，它主要包括等離子體放電腔、10對(duì)多峰永磁體、電子虛擬過(guò)慮器、3電極引出系統(tǒng)、帶有永磁約束的端蓋、單或雙燈絲及燈絲座、氫氣供氣及氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。燈絲安裝于等離子體放電腔之中，鉭材料的燈絲電加熱而發(fā)射電子，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燈絲與放電腔本體之間的弧壓（Arc Volatage），并反饋控制燈絲的電流，從而使弧流維持在所需要的范圍內(nèi)。

燈絲報(bào)錯(cuò)可能存在的問(wèn)題為燈絲電源故障，燈絲斷掉導(dǎo)致電源無(wú)法加載以及燈絲電流檢測(cè)反饋電路故障。TR19離子源反饋檢測(cè)電路采用光電隔離，系統(tǒng)總共有5塊光電隔離板，分別檢測(cè)燈絲，弧壓，等離子電極，引出電極以及偏置電壓。

圖3 TR19 外置離子源原理示意圖

2.1.3 故障排除

斷開燈絲電源，用萬(wàn)用表測(cè)量燈絲電阻接近0 Ω，燈絲未燒斷。檢查燈絲供電電源工作也正常。問(wèn)題出在反饋電路上，拆下燈絲光電隔離板和弧壓隔離板交換后，開啟離子源發(fā)現(xiàn)燈絲可以正常開啟，弧壓報(bào)錯(cuò)Arc time out（陽(yáng)極啟動(dòng)超時(shí)），確認(rèn)光電隔離板故障。檢查光電隔離板發(fā)現(xiàn)精密放大器LT1055損壞，更換LT1055后。重新開啟離子源，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

真空異常，某晚開機(jī)前檢查發(fā)現(xiàn)停電，復(fù)位后開機(jī)真空一直很差。離子源真空正常主真空達(dá)10 uTorr，超過(guò)射頻開啟閾值5.7 uTorr.

2.2.2 故障分析

TR19加速器真空系統(tǒng)分為主真空，離子源真空以及靶區(qū)真空（如圖4）。主真空為粒子加速的場(chǎng)所，主要有一個(gè)機(jī)械泵（Rotate Pump，RP）和一個(gè)冷凝泵（Cold Pump，CP）抽取真空。日常由冷凝泵CP01維持XV0為主真空連接離子源真空的閥門，XV2為主真空和靶區(qū)連接閥門。主真空差可能原因主要是冷泵的吸附力不行了或者真空腔內(nèi)有泄露。PV42為剝離支架連接處，也可能導(dǎo)致泄露。

2.2.3 故障排除

首先檢查冷泵發(fā)現(xiàn)泵頭溫度15.8 K（凱爾文，溫度單位）效果還比較好。首先關(guān)閉XV0和XV2排除其他兩個(gè)區(qū)域干擾。效果未見改善，關(guān)閉PV42時(shí)，真空出現(xiàn)波動(dòng)。懷疑該處有泄露，取出碳膜支架發(fā)現(xiàn)密封圈老化，更換密封圈后，故障解決。

圖4 回旋加速器真空控制界面

3 討論

經(jīng)上述分析，回旋加速器常見故障的主要由于加速器未定期保養(yǎng)，附屬設(shè)備故障和人為操作失誤等多方面原因造成。有些設(shè)備的故障是可以通過(guò)預(yù)防減少其發(fā)生機(jī)率，而人為造成的故障是完全可以避免的。因此對(duì)設(shè)備、人員及物品等應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)章制度并嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)確?；匦铀倨鞯恼９ぷ魇欠浅Ｖ匾摹Ｒ韵率轻槍?duì)設(shè)備、人員及物料提出的建議：定期檢查保養(yǎng)設(shè)備；相關(guān)人員上崗操作應(yīng)接受全面的培訓(xùn)，考核合格之后方可上崗；所有人員均應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序操作，不得隨意更改控制流程；生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意觀察及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤；設(shè)備間的溫濕度必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定要求。

4 小結(jié)

在回旋加速器生產(chǎn)過(guò)程中影響因素較多，除本文探討的因素外，還與回旋加速器的其他系統(tǒng)有關(guān)。加速器的常規(guī)維護(hù)與保養(yǎng)，合理規(guī)范的技術(shù)操作、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及工作人員的全面培訓(xùn)可減少加速器的故障發(fā)生率。

[1]吳江,朱虹,常林鳳,等.18氟-脫氧葡萄糖PET/CT診斷惡性孤立性肺結(jié)節(jié)的Meta分析[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2011,24(1):39-42.

[2]胡裕效,張壘,季發(fā)權(quán),等.膠質(zhì)母細(xì)胞瘤18氟-脫氧葡萄糖PET/CT影像學(xué)表現(xiàn)[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2011,24(6):597-601.

[3]王明芳.醫(yī)用回旋加速器及正電子核素生產(chǎn)[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)·放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)分冊(cè),2002,26(5):231-236.

[4]Strijckmans K.The isochronous cyclotron: principles and recent developments[J].Comrut Med Imaging Graph,2001,25(2):69-78.

[5]朱虹,方可元.醫(yī)用回旋加速器結(jié)構(gòu)性能分析與技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息,2011,17(4):20-26.

Two Cases of Common Fault Analysis of Medical Cyclotron

SUN Chuan-jin, JI Heng-shan, WANG Xin-gang, ZHU Hong
Department of Nuclear Medicine, Nanjing General Hospital, Nanjing Jiangsu 210002, China

R318.6

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.052

1674-1633(2016)12-0176-02

2016-08-11

作者郵箱：373032715@qq.com