陳澤龍，陳自謙，許尚文，肖慧，鐘群，付麗媛

聯(lián)勤保障部隊(duì)第九〇〇醫(yī)院（原南京軍區(qū)福州總醫(yī)院） 醫(yī)學(xué)影像中心，福建 福州 350025

引言

醫(yī)用回旋加速器用于醫(yī)院生產(chǎn)正電子放射性核素，主要有C、N、O、F等組成生命的基本元素的同位素，這些同位素與不同的藥物前體結(jié)合最終合成PET/CT檢查需要的正電子藥物[1]。隨著PET/CT檢查技術(shù)的廣泛普及，PET/CT檢查的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)也為臨床醫(yī)生普遍接受，PET/CT檢查的需求不斷增加，這就需要有穩(wěn)定、足量、能夠滿足不同檢查需求的正電子放射性藥物的支持。實(shí)現(xiàn)這一重要支持的主要設(shè)備就是醫(yī)用回旋加速器[2]，并且隨著PET/MR在臨床上的使用[3-4]，醫(yī)用回旋加速器的作用將更加凸顯。如何保證醫(yī)用回旋加速器的平穩(wěn)運(yùn)行，保證正電子放射性核素產(chǎn)量穩(wěn)定，降低設(shè)備故障率、提高開(kāi)機(jī)率成為一項(xiàng)重要的工作，這就要求做好醫(yī)用回旋加速器的系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)。

醫(yī)院使用的回旋加速器屬于小型回旋加速器，其加速的粒子能量較低，例如GE PETtrace回旋加速器加速氫核能量為16.4 MeV，但是醫(yī)用回旋加速器的運(yùn)行包含了水、電、氣的協(xié)同運(yùn)作，系統(tǒng)復(fù)雜精細(xì)[5]，需要操作者的精心維護(hù)，做好質(zhì)量控制，才能夠保證設(shè)備的正常運(yùn)行，根據(jù)質(zhì)量控制的周期和性質(zhì)，可將其分為日常維護(hù)和保養(yǎng)、階段性維護(hù)和保養(yǎng)以及不定期維護(hù)和保養(yǎng)。

1 日常維護(hù)和保養(yǎng)

回旋加速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)功能不同可細(xì)分為靶系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、磁場(chǎng)系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)和自屏蔽系統(tǒng)；設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中涉及作為離子源氣體的氫氣、傳送靶水和冷卻用的氦氣等；設(shè)備各個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行需要復(fù)雜精密的電子控制柜以及射頻高壓電路等正常工作，因此日常維護(hù)和保養(yǎng)對(duì)于保證回旋加速器的正常運(yùn)行十分重要。

1.1 機(jī)房的溫度和濕度要求

日常維護(hù)最基本的一項(xiàng)工作是保持機(jī)房的溫度和濕度在合適的范圍內(nèi)，溫度保持在20℃～22℃，相對(duì)濕度保持在50%～55%，合適的溫濕度環(huán)境可使電子線路和機(jī)械裝置更好的運(yùn)行，不易損壞[6]。同時(shí)機(jī)房環(huán)境保持整潔，設(shè)備表面沒(méi)有灰塵。PETtrace回旋加速器自屏蔽體內(nèi)充滿硼酸溶液用于吸收熱中子，硼酸溶解度隨溫度降低而減小，機(jī)房溫度過(guò)低可導(dǎo)致硼酸溶液中硼酸結(jié)晶析出[7]，析出物與水混合成糊狀從自屏蔽體上方蓋板縫隙向上滲出，漫延到自屏蔽體邊沿可沿自屏蔽體外壁下行，如果析出發(fā)生在靶面板上方則滲出物下行可能損壞靶面板上閥門(mén)、電子線路和機(jī)械裝置。

1.2 放射性核素傳送管道維護(hù)

回旋加速器生產(chǎn)的放射性核素經(jīng)由管道傳送到化學(xué)合成器，氣態(tài)核素由不銹鋼管道傳送，液態(tài)核素由特氟龍管道傳送。特氟龍管道具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、摩擦系數(shù)低、抗黏性優(yōu)良的特點(diǎn)[8]，適合傳送高純度的靶水，但是由于核素輻射的長(zhǎng)期作用造成管道內(nèi)壁對(duì)液體的吸附作用增強(qiáng)，導(dǎo)致液體傳送速度減慢體積減小，嚴(yán)重時(shí)液體滯留管道內(nèi)無(wú)法傳送。因此每2～3周應(yīng)做液體傳送檢測(cè)，按靶水注入1.6 mL計(jì)，在我院場(chǎng)地測(cè)得傳送時(shí)間應(yīng)為22～23 s，接收到的液體應(yīng)為1.39～1.41 mL，傳送時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和液體量減少提示管道耗損需更換；同時(shí)每日核素生產(chǎn)結(jié)束傳送到化學(xué)合成器時(shí)應(yīng)觀察核素傳送速度和接收的量，傳送速度減慢接收的核素的量減少也需要考慮更換管道。液態(tài)核素從靶室出來(lái)進(jìn)入傳送管道之前經(jīng)過(guò)一次過(guò)濾，過(guò)濾裝置核心是一片孔徑為10 μm的圓形濾片，可濾去靶水中的雜質(zhì)，濾片黏附雜質(zhì)過(guò)多也可影響靶水傳送，一般生產(chǎn)20次左右需要更換。

1.3 高純氦氣的使用管理

PETtrace回旋加速器利用高純氦氣將靶水經(jīng)由管道傳送到化學(xué)合成器。高純氦氣用氣瓶?jī)?chǔ)存，除了在用的氦氣瓶，應(yīng)多備一瓶氦氣備用，當(dāng)氣瓶輸出壓力低于所需壓力時(shí)可及時(shí)更換氣瓶。氣瓶輸出壓力由減壓閥控制，減壓閥應(yīng)定期校正，確保實(shí)際輸出壓力與顯示壓力一致。

1.4 加速器冷卻系統(tǒng)的維護(hù)

加速器采用兩級(jí)水冷，一級(jí)水冷系統(tǒng)和二級(jí)水冷系統(tǒng)均需不定期補(bǔ)水，保證水流管道的壓力和流量。AERMEC水冷系統(tǒng)水流壓力約為0.1 MPa；SwedeWater水冷系統(tǒng)水流壓力應(yīng)不低于40 kPa，水量不能低于指示水位的最低點(diǎn)，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[9]。加速器系統(tǒng)控制單元和射頻電子柜采用風(fēng)冷，通風(fēng)口用濾網(wǎng)過(guò)濾除塵，濾網(wǎng)需經(jīng)常清洗保持干凈利于通風(fēng)。

2 階段性維護(hù)和保養(yǎng)

回旋加速器利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，在真空腔體內(nèi)將帶電粒子不斷加速，粒子達(dá)到一定能量后被引出至靶系統(tǒng)上相應(yīng)靶位，轟擊靶室里的物質(zhì)從而產(chǎn)生正電子放射性核素。真空腔體內(nèi)的高真空由兩級(jí)真空泵支持，第一級(jí)為機(jī)械泵，第二級(jí)為油擴(kuò)散泵。帶電粒子由離子源氣體在離子源中電離產(chǎn)生，離子源氣體為H2，產(chǎn)生的待加速粒子為H-粒子，H-粒子加速到一定能量后經(jīng)碳膜剝離掉兩個(gè)電子成為H+粒子，H+粒子被引導(dǎo)至相應(yīng)靶位轟擊靶室內(nèi)物質(zhì)。

2.1 18F離子液體靶的維護(hù)

PETtrace回旋加速器有六個(gè)靶位，最常用的靶是18F離子高產(chǎn)靶，用于生產(chǎn)18F放射性核素。18F靶和靶體內(nèi)銀質(zhì)靶室如圖1所示。束流經(jīng)過(guò)兩片Havar合金膜進(jìn)入靶室轟擊富氧水生成18F離子，Havar合金的成分主要有Co、Cr、Fe、Ni、W、Mo等[10]，有一定使用壽命，束流轟擊一段時(shí)間后需要更換。更換Havar膜時(shí)需將整個(gè)靶從靶位上取下，放置在專(zhuān)用的靶體固定面板上。Havar膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的束流轟擊，膜片具有很高的輻射劑量當(dāng)量，瞬時(shí)輻射劑量率可達(dá)數(shù)個(gè)毫希沃特[11]，拆開(kāi)靶體后可迅速將膜片放入鉛回收罐內(nèi)；銀質(zhì)靶室用無(wú)水乙醇浸泡并置于超聲濾洗器中清洗，頑固污漬可用丙酮清除，拆開(kāi)后的靶體也做類(lèi)似清洗。清洗晾干后的靶體和銀靶室即可和新的耗材一起重新組裝，新的耗材如圖2所示，主要包含兩片Havar合金膜、金屬和橡膠密封圈。

圖1 靶體和銀質(zhì)靶室

圖2 靶維護(hù)用耗材

靶的維護(hù)十分重要，靶膜長(zhǎng)期不更換可引起靶膜的突然破裂。束流轟擊過(guò)程中靶室內(nèi)壓力大約400 psi，可導(dǎo)致靶膜突然破裂，破裂的靶膜和靶室內(nèi)的液體將同時(shí)被吸入真空腔內(nèi)，液體和靶膜碎片隨機(jī)分布，可引起真空腔內(nèi)短路。同時(shí)靶膜具有很高的輻射劑量當(dāng)量，不易清理。靶的維護(hù)周期一般為半年，同樣生產(chǎn)條件下18F放射性核素的產(chǎn)量持續(xù)減少時(shí)提示靶需要維護(hù)。

2.2 真空系統(tǒng)維護(hù)和保養(yǎng)

PETtrace回旋加速器真空系統(tǒng)初級(jí)泵和次級(jí)泵使用普發(fā)機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵。機(jī)械泵對(duì)擴(kuò)散泵抽真空，機(jī)械泵也對(duì)真空腔預(yù)抽真空，真空壓力達(dá)70 Pa；擴(kuò)散泵油加熱完成后開(kāi)啟高真空閥門(mén)對(duì)真空腔抽真空，高速噴射的油蒸汽將真空腔內(nèi)的氣體分子帶到前級(jí)由前級(jí)機(jī)械泵抽走，油蒸汽冷凝回流，擴(kuò)散泵可使真空壓力達(dá)到10-5Pa[12]。機(jī)械泵使用一年左右需更換泵油，可從泵體上的觀察窗查看油的顏色和油面位置，油位低于標(biāo)準(zhǔn)線或者油的顏色變深呈棕色則需更換泵油。更換機(jī)械泵油需完全關(guān)閉真空系統(tǒng)，然后拆下機(jī)械泵，放置在一定高度的工作平臺(tái)上，旋開(kāi)泵體觀察窗面底部螺塞排出廢油，廢油排凈后旋緊螺塞，再?gòu)谋皿w頂部加油孔注入新的泵油。擴(kuò)散泵使用數(shù)年后（5年左右）泵油變質(zhì)泵體內(nèi)太臟會(huì)延長(zhǎng)達(dá)到正常工作真空度的時(shí)間，極限真空度也會(huì)惡化，甚至達(dá)不到需要的真空度，這時(shí)需要清洗擴(kuò)散泵和換油?？刹鹣聰U(kuò)散泵，取出噴射系統(tǒng)，倒出被氧化變質(zhì)的油；噴射系統(tǒng)分拆開(kāi)用丙酮清洗，頑固油垢要擦除，清洗晾干后倒入新的擴(kuò)散泵油，再將擴(kuò)散泵裝配起來(lái)。檢測(cè)擴(kuò)散泵真空度的皮拉尼規(guī)管管頭因受擴(kuò)散泵油蒸汽污染，管頭內(nèi)濾器需經(jīng)常拆下來(lái)用丙酮清洗[13]。

2.3 離子源維護(hù)和保養(yǎng)

回旋加速器離子源采用內(nèi)置式冷陰極潘寧離子源，由陰極、對(duì)陰極和陽(yáng)極筒構(gòu)成，裝配好的離子源如圖3所示。

圖3 PETtrace回旋加速器離子源

離子源氣體為高純氫氣時(shí)產(chǎn)生負(fù)氫離子。高純氫氣進(jìn)入離子源，離子源陰極、對(duì)陰極和陽(yáng)極間施加高壓放電電壓，氣體形成等離子體，同時(shí)采用徑向引出方式從陽(yáng)極筒側(cè)壁縫隙引出負(fù)氫離子進(jìn)入真空腔，負(fù)氫離子加速到一定能量后經(jīng)剝離碳膜剝離掉兩個(gè)電子成為正離子并被引導(dǎo)到相應(yīng)靶位[14]。由于電荷積聚導(dǎo)致?lián)舸┓烹娛闺x子源內(nèi)部表面產(chǎn)生金屬燒蝕，同時(shí)陽(yáng)極筒引出縫隙逐漸變寬，造成離子源電流逐漸增大而弧電壓逐漸減小，離子源效率降低[15]。觀察回旋加速器核素生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)離子源弧電流明顯增加而電壓明顯下降則提示需要做離子源維護(hù)。離子源在真空腔內(nèi)，排空真空腔內(nèi)真空使壓力恢復(fù)到正常大氣壓值，打開(kāi)真空腔卸下離子源。松開(kāi)離子源體上兩顆長(zhǎng)螺釘即可拆開(kāi)離子源。PETtrace回旋加速器離子源分兩部分，一部分為氫離子源，一部分為氘離子源，一般只用氫離子源。離子源體表面附著金屬燒蝕形成的黑色斑塊，需刮擦清除；離子源體用無(wú)水乙醇清洗并用紗布擦拭干凈。廠家提供的離子源維護(hù)配件包含陽(yáng)極筒和陰極以及陶瓷絕緣墊片，裝配新的陽(yáng)極筒需注意陽(yáng)極筒引出縫隙所在表面要與離子源體表面同在一個(gè)平面上，可用專(zhuān)用的工具進(jìn)行校正。離子源體裝配好后裝回加速器真空腔，待真空腔抽真空到壓力為10-3Pa以下在不打開(kāi)離子源電源的情況下開(kāi)啟離子源氣體以5 sccm體積流速注入離子源，運(yùn)行5～10 min以沖排附著的氣體雜質(zhì)，減少離子源打火。離子源維護(hù)更新后觀察加速器生產(chǎn)時(shí)的參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)相比維護(hù)前弧電流明顯減小電壓明顯增大。

2.4 碳剝離膜的更換

從離子源引出的氫負(fù)離子加速到一定能量以后經(jīng)過(guò)碳剝離膜剝離掉兩個(gè)電子成為氫質(zhì)子并進(jìn)入相應(yīng)靶位。PETtrace回旋加速器碳剝離膜裝載在一個(gè)圓形輪盤(pán)上，一個(gè)輪盤(pán)可裝載六片碳膜。輪盤(pán)被驅(qū)動(dòng)裝置定位在回旋加速器粒子旋轉(zhuǎn)軌道最大半徑上，當(dāng)粒子束流的能量達(dá)到所需的最大能量時(shí)，所有出現(xiàn)在碳膜區(qū)域的負(fù)離子束穿過(guò)碳膜，帶負(fù)電粒子的兩個(gè)約束松弛的外層電子被剝離。PETtrace系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)碳膜上的電流，當(dāng)碳膜破裂或者達(dá)到設(shè)定的使用壽命時(shí)可自行切換新的碳膜，當(dāng)切換到第六片碳膜時(shí)需進(jìn)行碳膜更換，一般可與離子源維護(hù)同時(shí)進(jìn)行，避免多次打開(kāi)真空腔。更換碳膜時(shí)需拆下輪盤(pán)。

2.5 靶水過(guò)濾器的更換

回旋加速器18F離子靶生產(chǎn)核素結(jié)束以后靶水經(jīng)由10 μm濾片過(guò)濾后進(jìn)入傳送管道，濾片裝在一個(gè)專(zhuān)用過(guò)濾器內(nèi)，使用一段時(shí)間后過(guò)濾器內(nèi)會(huì)積存水垢，影響靶水傳送，需要更換過(guò)濾器。

2.6 自屏蔽體內(nèi)硼酸溶液的維護(hù)

PETtrace回旋加速器自屏蔽體內(nèi)充滿硼酸溶液，溶液揮發(fā)后液面下降導(dǎo)致液面?zhèn)鞲衅鞲∽酉陆担∽酉陆档揭欢ǔ潭认到y(tǒng)報(bào)錯(cuò)，核素不能生產(chǎn)同時(shí)屏蔽門(mén)無(wú)法開(kāi)啟，因此應(yīng)定期檢查屏蔽門(mén)硼酸溶液液面，液面下降時(shí)及時(shí)補(bǔ)水[16]。

3 不定期維護(hù)和保養(yǎng)

不定期維護(hù)和保養(yǎng)是指針對(duì)設(shè)備可能或者即將出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行的維護(hù)和保養(yǎng)，未雨綢繆防患于未然，避免設(shè)備停機(jī)?；匦铀倨靼畜w采用水冷和氦冷雙重冷卻方法。氦氣冷卻系統(tǒng)利用氦氣壓縮機(jī)推動(dòng)氦氣經(jīng)由銅管和軟管到達(dá)靶體進(jìn)行循環(huán)冷卻，軟管使用一段時(shí)間后材質(zhì)逐漸變硬，顏色由無(wú)色逐漸變?yōu)闇\黃色直至褐色，變質(zhì)后的軟管很容易在端頭破裂導(dǎo)致氦氣泄露造成氦氣壓力不足從而核素生產(chǎn)中斷，因此當(dāng)軟管呈褐色時(shí)需要更換軟管。氦氣壓縮機(jī)內(nèi)隔膜和密封圈是橡膠材質(zhì)，使用一段時(shí)間橡膠硬化也會(huì)導(dǎo)致氦氣泄露，需要更換橡膠隔膜和密封圈。水冷系統(tǒng)分兩級(jí)，一級(jí)水冷機(jī)采用AERMEC水冷機(jī)，當(dāng)水冷機(jī)顯示壓縮機(jī)低壓信號(hào)時(shí)，需要檢測(cè)冷媒管道，確定沒(méi)有冷媒泄露則添加冷媒，如果檢查發(fā)現(xiàn)冷媒泄露則先焊補(bǔ)漏點(diǎn)再添加冷媒。支持真空系統(tǒng)各個(gè)閥門(mén)以及支持傳送靶水的三通閥切換的壓縮空氣由獨(dú)立的空氣壓縮機(jī)提供，空氣壓縮機(jī)故障將導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法開(kāi)啟加速器無(wú)法運(yùn)行。有油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)運(yùn)行500 h需更換潤(rùn)滑油，同時(shí)常備傳動(dòng)皮帶以便及時(shí)更換?；匦铀倨魇褂靡欢晗抟院笳婵障到y(tǒng)各種類(lèi)型密封圈、壓縮空氣連接頭、二級(jí)水冷管路連接頭因?yàn)槔匣赡墚a(chǎn)生漏氣、漏水現(xiàn)象，需常備相應(yīng)配件以便及時(shí)更換。

4 結(jié)語(yǔ)

一臺(tái)運(yùn)行良好的回旋加速器需要操作者精心地維護(hù)，做好質(zhì)量控制。操作者只有在做好設(shè)備的日常維護(hù)、階段性維護(hù)和不定期維護(hù)的基礎(chǔ)上，設(shè)備才能夠穩(wěn)定運(yùn)行，降低故障率，提高開(kāi)機(jī)率。但是醫(yī)用回旋加速器系統(tǒng)龐大復(fù)雜，維護(hù)質(zhì)控工作涉及方方面面，還有很多細(xì)致深入的工作需要不斷地總結(jié)探討。