医用回旋加速器质量控制与安全策略探讨

陈泽龙，陈自谦，倪萍

南京军区福州总医院 a.医学影像中心；b.医学工程科， 福建 福州350025

医用回旋加速器质量控制与安全策略探讨

陈泽龙a，陈自谦a，倪萍b

南京军区福州总医院 a.医学影像中心；b.医学工程科， 福建 福州350025

医用回旋加速器为临床PET/CT检查提供正电子放射性核素，做好回旋加速器的质量控制和安全防护就是要保证回旋加速器良好稳定的运行，保证安全生产，从而提供足额且符合要求的正电子核素，这就要求做好回旋加速器的维护保养工作，同时要注重技术人员的操作培训和质量控制意识的养成，维修和备件的供应也列入回旋加速器的质控项目。本文总结了医用回旋加速器各结构维护和保养的方法，阐述了对技术人员进行操作培训，培养质量控制意识的重要性。

回旋加速器；正电子核素；质量控制；辐射安全

回旋加速器质量控制的技术指标目前尚无统一标准，但是其内容归纳起来主要包括几个方面：回旋加速器的维护和保养，保证设备性能稳定，参数准确；技术人员的操作培训和质控意识的培养；设备的维修和备件的供应等。

1 回旋加速器的维护和保养

回旋加速器的维护和保养工作是回旋加速器质量控制的重点。回旋加速器系统结构复杂精细[1]，各个子系统之间既相互独立又相互联系，维持回旋加速器良好的运行状态要求操作人员做好相应的维护和保养工作，下面以GE PETtrace回旋加速器为例总结加速器各系统的维护和保养工作。

1.1 靶系统

靶系统的日常维护比较简单，主要进行充靶、传输测试，以检查充靶和传输的时间长短、压力变化、传输体积的损耗量等。不同型号的加速器所配备靶的各种参数不同，但对以上参数的要求基本相似。充靶后的压力变化应在设定值的2%～5%；靶物质传输到合成器的时间不宜过长；靶物质的传输体积损失应低于10%（通常为5%～10%）。

对于液体靶，操作人员每周应检查一次靶面板上去离子水和富氧水的量，如果去离子水或者富氧水的量不够，应及时添加，但也不可一次添加过多；如果需要可更换装去离子水或者富氧水的瓶子。

充填靶物质前，对气体靶预先用靶气体充排一次；对于液体靶应预先用高纯度的16O-H2O冲洗；在生产18F-F-离子之前，用较低的束流在靶内对16O-H2O进行5～10min的轰击，可以清除靶室壁上黏附的活性物质，提高18F-F-的捕获率。生产结束之后，对于液体靶应用高纯度16O-H2O冲洗靶室再进行干燥，以免残留的放射性液体损伤靶室。

轰击过程中应随时监测靶电流和准直器电流，为了提高轰击效率，靶电流最好控制在总提取电流的80%～90%，而准直器电流应低于总提取电流的20%；随时监测靶压力的变化，随着轰击的进行，靶压力可能会升高，如果靶压力升高超过20%，可能会增加钛膜的热负荷，引起靶窗隔膜（Havar膜或者钛膜）的崩裂。

对于液体靶，生产结束后，靶水传送到合成器之前需要经过一次过滤，滤去靶水中的杂质，提高合成效率，过滤装置核心是一片孔径为10μm的圆形滤片，一般生产20次左右需要更换滤片。

总之，新形势下，强化基层思想政治工作要充分认识其必要性，正视现存的矛盾和问题，不断增强基层思想政治工作的针对性，不断增强基层思想政治工作的实效性，达到统一思想、凝聚人心、促进发展、维护稳定的目的，使企业基层形成心齐、气顺、劲足、家和、业兴的良好氛围，不断巩固企业改革、发展、稳定大局。

液体靶靶水是由自动控制的加液泵经小孔径管道而装载于靶中，为了使每次装载到靶室内的靶水体积准确，必须定期校验加液泵，并防止空气存在。

对于18F-F-生产靶，系统利用He气体将含有18F-F-的水团传送到合成器，由于小水团在传送过程中被He气体分散成许多的小水滴而易于被管道表面吸附，另外辐射造成管道表面对18F-F-的吸附作用增强，使靶水体积损耗18F-F-浓度降低，为此应定期更换传送管道，并在每次生产前用高纯度的16O-H2O冲洗2～3次，可以提高传输效能。

1.2 离子源系统

离子源系统产生被加速的粒子束流，它是通过电离高纯度的H2(或者D2)产生等离子体，再利用射频系统将等离子体中的H-（或者D-）离子提取出来进入真空腔加速。对于储存在钢瓶中的高纯度H2（或者D2）气体需要保持一定的压力，操作人员应每周检查1次钢瓶中气体的压力是否保持在0.3MPa（45psi）以上，如果气体压力低于该值，则需更换气瓶，同时更新Master系统数据库资料。

Master系统数据库记录离子源阴极操作时间，阴极操作时间反映阴极的损耗情况，操作人员每隔1个月应从Master系统数据库读取阴极操作时间，了解阴极使用情况；在回旋加速器生产过程中观察离子源电流和电压情况，当离子源效率下降时应及时更换离子源阳极和阴极，同时清洗离子源体。

对离子源的基本要求：① 有最大的粒子束流。各种不同要求的加速器对粒子束的能量和流强的要求不同，但均要求保证离子源能提供足够大的流强；② 离子源的寿命长。离子源工作一定时间后，某些部件会被损坏或出现故障，如阴极对等，则需更换或维修，其寿命一般在几十小时到几万小时；③ 电离效率高。即产生的有效离子含量高；④ 气体利用率和电源功率利用率高。提高气体利用率，可节省被电离气体的消耗量；气体利用率低，影响加速器的真空度。

1.3 真空系统

真空系统提供粒子加速的真空环境，真空腔应保持在一定的压力之下，Standby状态时真空腔内压力约为1.0×10-7mBar，粒子束流从离子源提取出来进入真空腔后真空腔内压力应小于4.0×10-5mBar，操作人员应每周观察真空腔的压力。真空系统由2个真空计监测，一个是Pirani真空计，一个是Penning真空计，系统运行一段时间以后应清洗真空计，保证真空计读数准确。

当结束回旋加速器或真空系统的维修保养工作后，应尽快关闭真空室。为了能够快速地进行真空抽吸，掌握下列的规则是比较重要的：① 降低真空室的操作时间；②尽可能使用干燥空气或氮气代替周围空气对真空室进行泄气；③ 应佩带防护手套；④ 安装插入的部件应完全清洁；⑤ 在一次真空室的泄气后，便对回旋加速器进行一次短时间的生产运行；因为有时恢复真空后，在加速器里束流的丢失可能较高。

1.4 水冷系统

水冷系统分初级水冷和二级水冷，初级水冷系统由用户自行定购或者在供应商指导下定购，根据用户定购的水冷系统的厂家不同进行不同的操作维护。初级水冷进入二级水冷系统热交换器的水温应保持在13～18℃之间，AERMEC水冷机保持管路中压力在1.5MPa左右可达到最好的冷却效果，因此，操作人员应定期往水箱加水并排气。加速器生产时二级水冷系统进入加速器主磁体的水温应保持在18～20℃之间（上下浮动±1℃），管路中水压不能低于40kPa，水量不能低于指示水位的最低点；加速器运行一段时间以后管路中水压会下降，水量会减少，操作人员应及时往管路中加水，所添加的水最好为高纯水，同时可配备一个加压泵，当管路中压力下降时往管路中充气增加压力。

1.5 射频系统

RF系统是回旋加速器中关键而复杂的系统，不同类型的回旋加速器对该系统有关参数的设置和要求不同，但对该系统的维护保养基本相同。维护中应检查Dee的厚度、调谐电容板的位置和驱动马达的功能，生产中应注意观察RF正向和反射功率的变化，当其变化太大时，则加在Dee电极上的电压不稳而发生漂移，明显影响Beam的提取，表现为准直器电流过高，靶电流下降而达不到设定值，此时应调整管路放大器（Tube Amplifier Unit, TAU）和驱动功率放大系统（Driver Power Amplifier, DPA）间的输入和输出以达到匹配。

1.6 磁场系统

该系统在回旋加速器中是比较稳定的系统，除每天在启动之前检查线圈和磁场电源系统有无冷却水外漏，每周检查磁场电流的漂移情况，即分别在工作电流的10%、50%和100%的条件下，观察电压和电流的变化，要求在最大电流时运行30min和8h，其电压漂移值分别应为±3ppm和±5ppm。

1.7 萃取系统

萃取系统主要包括剥离碳膜、装载碳膜的圆盘转动器、马达等装置。在PETtrace回旋加速器中有2个圆盘转动器，分别载有6个碳膜；而IBA的CYCLONE系列回旋加速器中共有8个圆盘转动器，分别位于8个束流出口处，每个圆盘转动器各有2个碳膜。

操作人员在生产时应注意观察萃取膜的使用情况，及时更换破损的萃取膜。

1.8 自屏蔽系统

现代医用回旋加速器出于辐射防护安全考虑都加有自屏蔽系统。自屏蔽装置通常有两个屏蔽层部分，内屏蔽层由混有环氧树脂和碳硼化合物的高密度铅构成，这层屏蔽能使高能中子的能量降低至热中子水平，并吸收放射性核素产生的γ射线。外屏蔽层是加聚乙烯和碳硼化合物的水泥块，其作用是通过热中子的弹性碰撞，继续减缓中子的运动，并最终将其吸收，同时将产生的次级γ射线的辐射减至最小。GE PETtrace回旋加速器外屏蔽层是碳硼化合物溶液，将溶液装在箱体中，箱体环绕加速器主磁体放置，正面两个箱体受高压气体控制可开启，类似于两扇门，由于液体挥发需定期往箱体中添加水。

2 技术人员的操作培训，质控、安全意识的养成

回旋加速器质量控制的另一个方面是技术人员的操作培训，养成良好的质控、安全意识。操作人员不仅要对回旋加速器的基本原理有比较深入的了解，而且要掌握回旋加速器生产放射性核素的影响因素，更有效的控制核素生产，延长加速器使用寿命。

回旋加速器生产放射性核素的过程中，先决条件是必须要有具有一定能量的带电粒子，而影响核素产量的因素又有粒子束流的强度、被轰击的靶物质的质量、核反应的有效截面积和轰击时间等。

2.1 粒子束流的能量

粒子束流的能量是回旋加速器设计和制造的一个基本参数。GE PETtrace回旋加速器中所提供的质子束的能量为（16.5±0.1）MeV，氘核束的能量为（8.4±0.2）MeV。

2.2 靶及靶物质

靶及靶物质产量的高低也依赖于靶的设计和构造以及靶物质的化学形式。

2.3 粒子束流的强度

粒子束流的强度在相同的时间，用同样能量的粒子轰击同一靶物时，束流越高，其正电子核素的产额越高。粒子束流的强度可在回旋加速器所限定的最大值范围内选择。

以13N-NOx-和18F负离子的生产为例，提高轰击时的束流强度，可以提高13N-NOx-和18F负离子的产额。但束流超过35μA时，其产额与束流大小并不呈良好的直线关系。随着质子束流强度的增加，质子束撞击时局部热负荷增加，靶水沸腾产生汽泡。一部分靶水汽泡形成汽溶胶，传出时随传输载气而被逸散出，因而可造成部分靶水损失，所以过高的束流没有好处[2-3]。因此用强度为25～35μA的质子束流轰击，调节束流提取准直器在最佳的位置，有90%以上的质子束聚集在8～10 mm的直径范围内，并且质子束是非常均匀的，不会造成靶的损伤，13N-NOx-和18F负离子的产额也比较稳定。

2.4 轰击时间

延长轰击时间，可以提高核素的产额。轰击时间过长，因核素的衰变效应，核素的产额与时间并不呈良好的线性关系。另外，长时间轰击，也会因靶水沸腾，产生汽泡，造成部分靶水损失[2-3]。可以根据PET检查需要放射性药物的量，来调节轰击时间。这样一方面可以延长离子源阴极的使用期限（6个月以上），另一方面可以延长提取碳膜的使用寿命（约20mAh）。一般要求核素的轰击生产时间以该核素的1～2个半衰期时间长短为宜。

回旋加速器存在高能射线、高电压、强电流、强磁场、高温等危险因素，从事回旋加速器操作维护的工作人员需经厂家正规技术培训，充分了解加速器工作原理及各系统性能后方可上岗。尤其是高能射线，PET/CT中心是开放型放射性工作场所，根据所用放射性核素最大等效日操作量，属甲级开放型放射性工作场所（>1.85×1010Bq）[4-5]，放射性核素发生β+衰变释放出正电子，正电子与负电子发生湮灭辐射放出2个511keV高能γ光子具有很强的穿透能力和电离能力，工作人员应根据外照射防护的基本措施，即时间防护，距离防护，屏蔽防护做好自身的安全防护。

3 设备的维修和备件的供应

回旋加速器的质量控制还包括设备的维修和备件的供应等。PET检查费用昂贵，其检查的前提条件是正电子显像剂的供应，如果加速器由于故障不能生产放射性核素，将会造成较大经济损失，同时延误病人病情[6]。回旋加速器操作人员一般由工程师担任，要求工程师不仅要熟练操作，而且需掌握维修技能，能够及时排除一般性故障，保障正电子药物的供应。

医用回旋加速器作为大型高档的医疗设备，为长期保持机器最佳性能，除正常使用外，平时还应注意机房温度和湿度的控制，保持机房环境整洁。随着使用期限的延长，对部分易损零部件应及时更换、维护，一些重要参数要定期进行校准，像气瓶气体的输出压力等，在此基础上充分发挥设备功能，保证PET检查所需正电子药物的供应。

[1]陈泽龙.医用回旋加速器原理[J].医疗卫生装备,2005,26(2):55-58.

[2]周飞华,徐海峰,周润锁,等.18F-生产条件和影响因素初探[J].同位素,2006,19(4):249-252.

[3]陈云富,刘蕊,王文志.PET/CT常用示踪剂18F-FDG的作用原理、特性及应用[J].中国医疗设备,2008,23(10):78-79.

[4]中国计量测试学会电力辐射专业委员会.辐射剂量学常用数据[M].北京:中国计量出版社,1987.

[5]GB 16360-1996,临床核医学放射卫生防护标准[S].

[6]陈泽龙,杨忠东,游学宇.PET用回旋加速器购置须考虑的几个方面[J].医疗卫生装备,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

作者邮箱：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