医用回旋加速器的联动防护和日常生产保障措施

梁耿，刘大鹏

联勤保障部队第九二三医院 （广西南宁 530012）

随着我国核医学的发展和近年来国家对核医学的重视，分子显像技术得以迅速发展和广泛应用。PET-CT 作为核医学科进一步升级的标志性设备，已成为大部分三甲医院甚至部分县级医院的常见设备，在提高和丰富医院检查手段的同时，为疾病治疗提供了更多更好的医疗技术支持。正电子放射性药物是PET-CT 检查的先决物质条件，对保障临床正常诊疗工作尤为重要，而医用回旋加速器作为生产正电子放射性药物的设备，其价格相对于其他大型医疗设备而言并不昂贵，因此，医用回旋加速器已成为PET-CT的必要配套设备。医院配备医用回旋加速器后，药物可以随时自产自用，不但可提高PET-CT 检查效率，还可减少远程购买药物的风险和不确定性。在日常正电子放射性药物生产工作中，保障医用回旋加速器的安全运行是每一位核医学物理师的必修课，本文以我科配备的住友HM-10医用回旋加速器为例，讨论医用回旋加速器的联动防护和日常生产保障措施，以供同行参考。

1 医用回旋加速器配置房间分类及其作用

我科的医用回旋加速器于2010年8月安装完成，医院针对该设备配备有回旋加速器室、加速器操作间、气瓶室、外部设备室，每个房间的人员状态和联动安全配置均不同，见图1。

图1 医用回旋加速器房间配置

1.1 回旋加速器室

回旋加速器室为医用回旋加速器主体的放置房间。日常生产过程中，由于带电粒子经过加速后碰撞靶系统中的原料，原料原子核经核裂变后会产生各种能量不同的正电子放射性核素，所以加速器运行时，回旋加速器室应是无人的状态，因此医用回旋加速器应联动此房间入口的铅防护门，使铅防护门在加速器运行时无法开启，而联动信号应从医用回旋加速器的主磁体部分取得（因为只有主磁体通电的情况下才能产生洛伦兹力让带电粒子偏转引出真空腔碰撞靶系统）。但目前很多厂商为了方便安装工程，采取直接从操作端工作站取得联动信号的方法，导致在加速器和操作端断联的情况下仍然可以打开回旋加速器室的屏蔽门，这是一个很大的技术弊端和隐患。

1.2 加速器操作间

加速器操作间是工作人员驻留时间最长的地方，也是对辐射防护要求最高的房间。由于需要和加速器主电箱连接，所以加速器操作间和回旋加速器室一般都是毗邻或者距离较近的两个房间，且回旋加速器室的屏蔽门一般也设置在这两个房间之间。在联动防护方面，首先，加速器运行时从操作间进入回旋加速器室的屏蔽门应无法打开；再者，应该预留好人员撤离通道，撤离通道的防护门应是进入医用回旋加速器区域的主大门，并且设置在加速器主体的最远端，撤离通道的防护门在环境探测器报警时应联动开启或者可以快捷打开，方便发生事故时工作人员可以快速撤离；但在正常工作情况下，撤离通道防护门应采用生物识别的方式仅授权人员可以进入，以防止放射源被盗丢失，也可防止无关人员误入产生被照射风险。

1.3 气瓶室

医用回旋加速器的气瓶室一般用于存放氢气和用于冷却的惰性气体。大部分医用回旋加速器都是通过粒籽源电离氢气的方式来取得带电粒子，而氢气属于易燃易爆气体，在被电离的过程中存在发生回火的概率。目前，大部分厂家使用回火止回阀来防止意外发生，但是回火止回阀缺乏可视部件，即核医学工作人员无法通过观察来确定回火止回阀的状态是否正常。在联动防护方面，首先，气瓶室应该使用防火门，防火门从粒籽源部分取得信号，即粒籽源通电时防火门呈紧闭状态，禁止人员进入；同时，由于氢气是直接通过气管连接加速器内部的粒籽源，所以在管道中段应设置单向阀门，若氢气瓶发生燃爆则单向阀门可以防止火灾牵连加速器内部导致次生辐射事故的发生。

1.4 外部设备室

医用回旋加速器有空气压缩机和外部水冷机两个附属设备，一般安装在同一个空间方便维护和操作。

1.4.1 空气压缩机

空气压缩机通常是给加速器的一些气动阀门提供气体压力，并且是单向的，不存在气体回流，所以没有辐射的危害。在联动防护方面，应该设置压力感应的声光报警仪，报警仪安装在加速器操作间，若加速器运行过程中出现压力不足的情况，工作人员可第一时间停止其运行，防止因压力不足而造成的运行故障。

1.4.2 水冷机

医用回旋加速器有两级水循环，见图2。因轰击中的靶系统会产生较大热量，所以一级水冷会穿过加速器的靶系统持续地循环运转，然后将热量通过导热介质传导到二级水冷；二级水冷会经过外部水冷机，由水冷机将加速器的热量带出，实现给轰击状态下的靶系统降温的目的。虽然两级水循环并不直接联通，但由于靶内辐射剂量非常大，一级水冷通过靶内会携带较大剂量的辐射，而导热介质并不能隔离辐射，所以在外部设备室内运行的二级水冷也存在一定的辐射风险。省级生态环境部门要求核医学科更换冷却水时必须先排入衰变池，待辐射衰变至标准以下时方可排入市政管道[1]。联动防护方面，应在外部水冷机附近设置可读数辐射探头，外部设备室的防护门应从辐射探头取得信号，当探测剂量大于安全值时防护门呈常闭状态，禁止人员进入，辐射探头读取端设置在加速器操作间，方便工作人员了解加速器运行或者停机时冷却水的辐射数值，以保证进行换水或者维修工作时辐射值在安全范围内。

图2 两级水冷系统

1.5 前期装机准备

从医用回旋加速器前期装机开始就应该注意结合联动防护机制，充分考虑解决生产故障的方案。首先，因加速器运行过程中人员无法靠近，所有应该考虑远程操作存在的弊端。如加速器运行过程中有可能会出现的一些数据交互故障，这类故障会导致控制端与回旋加速器室之间出现断联的现象，使得工作人员无法控制加速器的部分功能，进而影响正电子放射性药物的生产进程。一般此类故障是由于控制电箱的TLC 或者路由器数据过载导致的，只需要重启过载部分的设备即可解决故障，但是在联动防护机制下工作人员无法进入回旋加速器室，因此应在前期装机阶段将部分控制电箱放置在加速器操作间，同时外部设备的控制端也应放置在工作人员可以安全操作的地方。我科将水冷机的控制端放置在撤离通道，工作人员无须进入外部设备室就可以调节水冷机的温度。目前，大部分新安装的场地都要求控制电箱放置在独立的房间，以方便工作人员手动重启控制部件来保障正常生产。但是考虑到部分医院空间较为局促，无法实现将控制电箱放置在独立房间的情况，我们建议可以将控制电箱的电源通过接长的方式从线路地沟接入操作间，这样既不需要进入回旋加速器室，又能通过断电的手段控制部件的重启动作。但需要注意的是，通过断电进行重启存在一定风险，应尽量细分各个控制部件，并且日常检查时需注重电子部件的细微观察，若一次重启不能恢复生产，则不可重复进行断电操作，更需要注意的是地沟穿线应保证地沟的辐射防护完整，不能随意开孔以避免辐射泄漏[2]。

2 故障实例

医用回旋加速器的稳定生产是PET-CT 日常工作的根本保证，现结合我科室加速器的两例故障和生产保障措施，以充分解释灵活运用联动防护机制是可以有效保障日常生产工作的。

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

某日生产氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）时，医用回旋加速器轰靶过程中出现束流间断现象，平均每20秒就会出现束流断层，恢复束流时出现脉冲式波动，束流峰值可达到80 MPa，靶系统的内部压力相较正常状态增大0.5 MPa，而且靶内压力呈持续上升状态（如持续上升超过2 MPa，加速器会提示压力过大然后强制关闭束流，进而影响药物生产）。

2.1.2 故障分析

此现象可以视为靶内温度过高，如果束流持续以这种状态轰击靶水，很有可能因为温度太高导致靶内重氧水气化，气化后的重氧水在传输过程中易滞留在管道内，无法到达合成模块，严重影响18F-FDG 的产率；同时，如果靶内压力持续过大，还有可能导致靶系统内部真空膜破裂，直接造成重氧水泄漏，进而导致生产失败。针对此故障，我们考虑是由于氢气瓶填充时误入微小杂质，导致氢气管道内存在气流断层，进而引起故障。

余洋通过模拟仿真得出了运动间隙对动态特性的影响[3]；张春、黄华军等人建立了刚柔耦合仿真模型，对转子系统轴承进行了力学分析[4]；邵兵通过对涡旋压缩机整机的仿真分析，得出了气体力对整机泄漏的影响[5]。彭斌等对无油涡旋压缩机的前景进行了展望[6]，王志军利用三维软件对实际运动进行了仿真，并对实际运动与理论运动进行了比对分析[7]。

2.1.3 故障处理

因加速器运行过程中我们无法进入气瓶室检查，因此，为了保障正常的药物生产，灵活运用联动防护机制是唯一的解决办法：首先，关闭粒籽源的电源，断电的情况下粒籽源不会电离气体，因此可以确保无回火的危险；然后将加速器的射频系统关闭到主磁体断电的步骤，这时射频系统处于预热时的工作阶段，即加速器处于半开状态，无束流轰击靶系统，整体环境辐射剂量会持续降低，又因粒籽源已断电，此时我们既可以进入气瓶室来完成排查故障的工作，又无需完全关闭加速器；进入气瓶室后，手动切换气瓶通路排出大部分微小杂质（见图3），以排除隐患，再回到操作间重新启动粒籽源电源，并将射频系统全链路打开，以完成重新轰靶的操作；此时，通过观察确定靶内压力恢复正常，加速器束流也缓慢恢复稳定，故障解除。整个故障处理过程既不影响后续药物合成，还能减少加速器全关和重启的时间成本，因正电子放射性药物会自行衰减，所以节约时间就是增加药物产量，保障患者的检查完成率。需要注意的是，如果气瓶室和加速器主体距离较近，气瓶室内会有较大的辐射剂量，我们可以在气瓶室和加速器主体之间增加铅砖用于屏蔽射线，但需要具体结合各医院实际情况进行处理，并将人员安全永远放在第一位。

图3 气瓶通道

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

某日，加速器轰靶结束后出现传输阀门无法打开的现象，设备提示“KV open action alarm”，KV 为连接靶水腔和合成模块之间的气动阀门，KV 阀打不开会直接导致生产出来的F 离子无法正常传输至合成模块所在热室，正电子放射性药物的生产也会因此中断。

2.2.2 故障分析

因为传输阀门为气动阀，所以初步判断为空气压缩机失压导致。但是由于外部设备室的水冷机此时仍在运转，靶内的F 离子因无法转移所以持续在对循环水进行辐射，导致外部设备室的辐射剂量居高不下，而在联动防护机制下，工作人员无法进入外部设备室排查空气压缩机故障，所以排除故障的首要任务是如何进入外部设备室。

分析联动防护机制后可知，主要辐射来源为二级水冷的循环水，因此，采用以下方法处理故障：首先，将水冷机温度调低几度，使一级水冷的温度下降至20 ℃以下（正常运行温度为28 ℃），然后停止二级水冷的循环泵，使被照射的循环水无法进入外部设备室，再将二级循环水排入衰变池，排空管道后外部设备室的辐射剂量会下降至正常范围内，但是此时仅有一级水冷在工作，热量无法传导至水冷机，所以一级水冷的温度会逐步上升，因前期我们已将温度降低，使水温上升至水冷温度报警值（40 ℃）需要一定的时间，实际观察发现从20 ℃上升至38 ℃耗时大约36 min，足够工作人员进入外部设备室排查故障；经过检查发现故障原因为蓄压罐通路管道漏气，导致压力下降，工作人员手动将气体管道转换至备用通道后，压力恢复正常，故障排除；传输阀门可以正常打开后，立即将F离子转移至合成热室，这样可以将主要热量的来源转移，使一级水冷的温度不再升高，解除高温报警的威胁，之后再重新补充冷却水并打开二级水冷，将之前累积在一级水冷里的温度带出，设备恢复正常。

3 小结

为了保证PET-CT 日常工作的顺利进行，医用回旋加速器的联动防护应该更加细化，可按辐射风险来区分，将运行中无辐射危险的部件分别放置于每个房间中，方便工作人员排除故障保障生产，而有辐射风险的部件应该联动防护，降低发生辐射事故的概率。国家质量监督检验检疫总局2003年发布的《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[3]4.3.3中明确指出：对于任一特定源的照射，应使防护与安全最优化。因此，我们在制定联动防护措施的同时，不但要考虑经济和社会因素，还要考虑个人受照剂量、受照人数及受照射的可能性，尽可能地控制在合理范围内的最低值，还应根据不同医院的客观条件因地制宜，灵活运用辐射防护知识，在安装和生产过程中集思广益，结合实际生产需要来设置好联动防护机制，后期工作中则应学会灵活变通，保障生产，保证安全。