譚志堅(jiān)，楊東，藍(lán)文才，黃平堅(jiān)，潘第

廣州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 廣州 510120

MINItrace回旋加速器的安裝項(xiàng)目要點(diǎn)

譚志堅(jiān)，楊東，藍(lán)文才，黃平堅(jiān)，潘第

廣州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 廣州 510120

醫(yī)用回旋加速器主要為PET-CT檢查提供所需示蹤劑中的放射性核素。本文先介紹了MINItrace回旋加速器的原理及其構(gòu)成，并結(jié)合工作實(shí)踐，闡述了作者在負(fù)責(zé)安裝該大型醫(yī)療設(shè)備項(xiàng)目中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)和要點(diǎn)。

回旋加速器；設(shè)備安裝；大型醫(yī)療設(shè)備

在PET-CT中心, 醫(yī)用回旋加速器生產(chǎn)提供PET-CT檢查所需示蹤劑中的放射性核素，起著至關(guān)重要的作用。醫(yī)用回旋加速器涉及到放射物理、放射化學(xué)、醫(yī)學(xué)工程、藥物藥效學(xué)等各方面知識(shí)，機(jī)器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格及運(yùn)行成本都十分昂貴。另外回旋加速器的安裝項(xiàng)目過程也是比較復(fù)雜的，光設(shè)備的安裝項(xiàng)目過程就需要一個(gè)多月的時(shí)間。因此，醫(yī)學(xué)工程人員熟悉、掌握回旋加速器的基本原理及其構(gòu)成，有利于安裝項(xiàng)目工作的順利完成和保證較高的設(shè)備開機(jī)率。本文先介紹和分析回旋加速器的基本原理及其構(gòu)成，并將本人負(fù)責(zé)安裝該大型醫(yī)療設(shè)備項(xiàng)目時(shí)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來與各位同行一起分享、探討。

1 MINItrace回旋加速器的原理及其構(gòu)成

圖 1 粒子束流在D形盒的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

圖 2 RF 波形圖與粒子束流在D形盒運(yùn)動(dòng)時(shí)的時(shí)相圖

1.1 原理

MINItrace回旋加速器可使質(zhì)子能量達(dá)9.6MeV；束流達(dá)50μA；其主要靶系統(tǒng)：氟-18的生產(chǎn)能力＞1000mci/h、氮-13-氨水的生產(chǎn)能力＞70mci/25min；FDG化學(xué)合成系統(tǒng)的合成效率70%±5%（EOB）、放射化學(xué)純度＞99%、合成時(shí)間＜25min。

其工作原理：位于在回旋加速器中心位置的離子源（Ion Source）經(jīng)加載高壓后，電弧放電使H2氣體電離發(fā)射出粒子束流，粒子被拉出后經(jīng)電場(chǎng)的加速而獲得較低的初速度v，同時(shí)，磁場(chǎng)（B）也對(duì)這些電荷為q的粒子產(chǎn)生洛侖茲力（FL=vBq）的作用，磁場(chǎng)和電場(chǎng)兩種場(chǎng)作用的結(jié)果是粒子在Dee1、Dee2、間隙（gap）內(nèi)按螺旋軌道飛行[3]。Dees電極盒上加載高頻振蕩的電壓，為加速粒子提供交變的電場(chǎng)。粒子經(jīng)間隙進(jìn)入一個(gè)Dee電極盒，在該Dee電極盒被加速飛行，此后經(jīng)間隙進(jìn)入另一個(gè)Dee電極盒，粒子在每次間隙飛行期間兩個(gè)Dee電極盒電性互換,使電場(chǎng)方向相反,因此粒子在Dee電極盒里都是被加速的。每越過一個(gè)間隙后，其軌道半徑越來越大。粒子的回旋頻率f＝qB/2πm，可見其回旋頻率只和粒子的質(zhì)量、電荷數(shù)及磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。在回旋加速器中，帶電粒子經(jīng)多次加速后，圓周軌道直徑達(dá)到最大而接近Dees的邊緣并具有最大的能量，在該點(diǎn)粒子被束流提取裝置提取出，引導(dǎo)進(jìn)入任意的同位素生產(chǎn)靶[2]。其工作原理如圖1、2所示。

1.2 結(jié)構(gòu)

其構(gòu)造由以下幾個(gè)部分組成：磁場(chǎng)系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、束流提取系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、靶系統(tǒng)、供電與控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)[3]。

1.2.1 磁場(chǎng)系統(tǒng)（Magnet System）。產(chǎn)生帶電粒子運(yùn)動(dòng)所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度，由磁鐵、線圈、磁場(chǎng)電源配給系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。平均磁場(chǎng)強(qiáng)度1.66T。

1.2.2 射頻系統(tǒng)（Radio Frequency System，RF）。由射頻發(fā)生器（RFPG）和共振器組成，產(chǎn)生高頻振蕩加速高電壓，加速帶電粒子。RFPG包括一個(gè)高度穩(wěn)定的頻率發(fā)生器、前置放大器、功率放大器、RF饋通電纜、Dee電壓反饋控制系統(tǒng)和安全連鎖系統(tǒng)等。兩個(gè)具有34°張角的Dees盒、Dees的支桿以及由真空腔和磁極面建立的諧振腔共同形成兩個(gè)共振器。RF通過一個(gè)同軸電纜傳輸線反饋傳送到共振器。其主要功能：① 從離子源中拉出離子（RF提?。?；②被加速的束流每旋轉(zhuǎn)一次給于離子四次能量脈沖。

離子源系統(tǒng)由離子源(IS)、離子源電源配給器(Ion Source Power Supply，PSARC)和氣體管理系統(tǒng)組成。其主要功能是產(chǎn)生需要加速的帶電粒子。

束流提取系統(tǒng)主要包括剝離碳膜、裝載碳膜的多葉轉(zhuǎn)動(dòng)器、馬達(dá)等裝置。該系統(tǒng)直接將加速的帶電粒子從真空箱中引出；提取系統(tǒng)最主要的基礎(chǔ)是剝離膜（stripping foil）。被加速的負(fù)離子在通過提取膜期間被脫去二個(gè)電子。在通過提取膜期間帶電粒子由陰粒子向陽(yáng)粒子轉(zhuǎn)變，因此，在磁場(chǎng)中粒子的運(yùn)行軌道是逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)。提取膜的位置直接確定束流的退出，并能夠調(diào)整引出的束流引導(dǎo)進(jìn)入任意的同位素生產(chǎn)靶。該系統(tǒng)有二種提取模式：① 單束流提取，一種引出束流被引導(dǎo)進(jìn)入到一個(gè)出口；② 雙束流提取，二種引出束流被同時(shí)引導(dǎo)進(jìn)入到二個(gè)出口。MINItrace回旋加速器的單束流提取器中有2個(gè)碳膜，雙束流提取器中僅裝1個(gè)碳膜；一個(gè)多葉轉(zhuǎn)動(dòng)器司服5個(gè)靶位，無雙束流引出功能，而另一個(gè)則是在雙束流引出時(shí)，司服第6號(hào)靶位。1.2.3 靶系統(tǒng)。在靶室中用帶電粒子轟擊穩(wěn)定同位素生產(chǎn)出正電子核素；當(dāng)粒子束通過選擇性提取碳膜后，在回旋加速器束流出口處粒子束將打在相應(yīng)的靶上。粒子束進(jìn)入靶室穿過靶的雙箔膜（double-foil）裝置。

1.2.4 控制系統(tǒng)。在Master System的控制下，進(jìn)行回旋加速器的自動(dòng)操作，進(jìn)行連鎖管理和安全控制。

1.2.5 真空系統(tǒng)。在真空箱里建立離子加速所需要的真空壓力水平，以降低束流的丟失（較低的氣體剝離），真空同樣對(duì)高電壓RF場(chǎng)提供絕緣。

1.2.6 冷卻系統(tǒng)。包括水冷卻系統(tǒng)和He系統(tǒng)。加速器消耗電能而散發(fā)熱量，水冷卻系統(tǒng)主要用于從不同的各系統(tǒng)中將熱量帶出，去離子冷卻水被泵到各個(gè)循環(huán)中，帶出的熱量通過二級(jí)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，將熱量傳送到一級(jí)冷卻系統(tǒng)。He系統(tǒng)主要在轟擊期間對(duì)靶室和靶窗的Havar箔膜和鉭箔膜之間進(jìn)行冷卻，兩個(gè)箔膜之間的He流束提供了所必需的冷卻。

2 安裝項(xiàng)目要點(diǎn)

由于大型醫(yī)療設(shè)備的安裝項(xiàng)目過程比較復(fù)雜，因此，醫(yī)院實(shí)行專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)，設(shè)立大型醫(yī)療設(shè)備項(xiàng)目執(zhí)行工程師，負(fù)責(zé)參與從項(xiàng)目的論證、招標(biāo)購(gòu)買、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收、培訓(xùn)等全過程。實(shí)行專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)制不但保證了項(xiàng)目的順利完成，而且讓項(xiàng)目執(zhí)行工程師也得到了鍛煉和提高了專業(yè)技術(shù)水平。

2.1 安裝前期的準(zhǔn)備工作

主要是收集齊全回旋加速器的技術(shù)資料：主機(jī)房、設(shè)備間、控制室以及相關(guān)的其它用房的空間要求，布局位置平面或立體圖；防輻射屏蔽要求；機(jī)座承重要求；電源負(fù)載要求；環(huán)境溫濕度、水質(zhì)氣源要求；物流及輸送管道要求；網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程服務(wù)管線等等這些必要的基礎(chǔ)設(shè)備條件。負(fù)責(zé)回旋加速器安裝項(xiàng)目執(zhí)行工程師，應(yīng)提前與設(shè)備供應(yīng)商的安裝工程師取得聯(lián)系，獲取準(zhǔn)備安裝設(shè)備的上述信息和圖紙數(shù)據(jù)，并完全理解掌握。

2.2 多方協(xié)調(diào)

為了讓基建工作保質(zhì)順利進(jìn)行，避免返工、扯皮等現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)該積極進(jìn)行多方協(xié)調(diào)，特別是多方工程師聯(lián)合協(xié)調(diào)會(huì)。多方工程師聯(lián)合協(xié)調(diào)會(huì)主要是指由回旋加速器安裝工程師、設(shè)備科項(xiàng)目管理工程師、基建工程師等人員參加的現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)會(huì)。開好此會(huì)，是大型醫(yī)療設(shè)備項(xiàng)目執(zhí)行工程師，完成設(shè)備安裝管理整個(gè)項(xiàng)目工程中的關(guān)鍵點(diǎn)。協(xié)調(diào)會(huì)應(yīng)編制安裝項(xiàng)目手冊(cè)和規(guī)劃圖，以及設(shè)備安裝環(huán)境的選址。安裝工程師應(yīng)向用戶詳細(xì)解析項(xiàng)目手冊(cè)。

2.3 基建項(xiàng)目的實(shí)施及其檢查確認(rèn)（約三個(gè)月）

在整個(gè)基建項(xiàng)目的過程中，回旋加速器安裝工程師、設(shè)備科項(xiàng)目管理工程師、基建工程師應(yīng)全程對(duì)基建項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)有爭(zhēng)議或不清晰的地方須及時(shí)協(xié)調(diào)溝通，以保證基建項(xiàng)目的正確性。制定該基建項(xiàng)目驗(yàn)收表，如：其供電電纜線徑是否保證線路壓降＜2%、接地電阻＜2Ω等。由回旋加速器安裝工程師、設(shè)備科項(xiàng)目管理工程師、基建工程師三方共同簽字驗(yàn)收。

2.4 安裝項(xiàng)目流程及其要點(diǎn)

設(shè)備項(xiàng)目管理工程師應(yīng)協(xié)助安裝工程師按照合同清單(或裝箱清單)，進(jìn)行拆包清點(diǎn)，同時(shí)配合安裝工程師將設(shè)備搬運(yùn)安裝到位。安裝工程師就本項(xiàng)目的安裝工程，向用戶提交項(xiàng)目安裝進(jìn)度表。在設(shè)備的安裝過程中，安裝工程師應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備安裝手冊(cè)要求，并詳細(xì)做好醫(yī)療設(shè)備的安裝過程記錄。

2.4.1 吊裝及設(shè)備就位(約6天)?；匦铀倨鞯闹鳈C(jī)和附屬設(shè)備都比較特殊，體積巨大，物體的質(zhì)量超重，最大的單體質(zhì)量就達(dá)12.9噸，8噸以上的就達(dá)五件。為了做好該大型醫(yī)療設(shè)備的搬運(yùn)吊裝，主要抓好以下環(huán)節(jié):

(1) 確認(rèn)所有基建及裝修工作已完成；各房間溫濕度可控；運(yùn)輸路徑平整等；認(rèn)真勘查大型醫(yī)療設(shè)備的安裝場(chǎng)地、與臨時(shí)存放場(chǎng)地間的通道尺寸和道路坡度。

(2) 詳細(xì)收集安裝回旋加速器的有關(guān)信息，包括:體積、重量、形態(tài)、存放和運(yùn)輸?shù)奶厥庖蟆?/p>

(3) 公開招標(biāo)選擇吊裝搬運(yùn)公司。將上述設(shè)備和吊裝搬運(yùn)環(huán)境的信息，通過實(shí)物圖片，在吊裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行講解和提出吊裝的質(zhì)量安全要求。然后由承運(yùn)商就現(xiàn)場(chǎng)獲取的上述信息，提出吊裝搬運(yùn)的安全設(shè)計(jì)方案(文字的、圖形的、現(xiàn)場(chǎng)的)。

設(shè)備就位主要做好以下工作:左右屏蔽體就位；安裝3塊塑料屏蔽，就位磁體；就位左右屏蔽門；安裝左右屏蔽門并調(diào)節(jié)。

2.4.2 機(jī)械和電氣安裝(約13天)。檢查場(chǎng)地是否完全就緒：系統(tǒng)電源、氣瓶、氣體減壓閥、空氣壓縮機(jī)及一級(jí)冷水機(jī)安裝就位。系統(tǒng)電源為符合國(guó)家規(guī)范的三相五線制供電系統(tǒng)，電壓380V±10%，本系統(tǒng)的最大功率消耗為50kVA；壓縮空氣達(dá)到要求：潔凈、干燥、無油，其中灰塵粒子大?。?.1μm，露點(diǎn)＜-40°C，流量＞150L/min，油含量＜0.01 mg/m3；一級(jí)水冷冷卻能力為35KW，流速50L/min，壓差（熱交換器）為0.05MPa。

機(jī)械和電氣安裝過程主要有：細(xì)調(diào)左右屏蔽門、安裝CSC、安裝TSC、RFPG&CCAB定位、組裝電纜橋架、鋪設(shè)磁體電纜、安裝連接RF電纜、安裝水冷管道、安裝壓縮空氣和氣體管道、安裝提取電機(jī)和3塊內(nèi)屏蔽、安裝氦壓縮機(jī)、安裝閥門和靶冷單元、安裝真空泵和機(jī)械泵、安裝示警燈和門傳感器、安裝門控電機(jī)、粉刷外屏蔽表面等。2.4.3 加電及校準(zhǔn)(約12天)。必備條件：所有氣體到位，離子源氣體H2的純度≥99.999%（5.0），He氣的純度≥99.999%（5.0）等；輻射監(jiān)控系統(tǒng)安裝就位；電源質(zhì)量測(cè)試完成。通電過程必須按照順序逐一開啟各子系統(tǒng)，做好以下檢查：輸入電源和相位、從MDP到各系統(tǒng)輸入電源、主機(jī)和PFPG電源、CSC電源；控制系統(tǒng)、二級(jí)水冷、磁體腔體、真空系統(tǒng)（穩(wěn)定壓力在5×10-7±2×10-7mbar）、磁場(chǎng)系統(tǒng)、RF、氦冷系統(tǒng)、LTF和靶系統(tǒng)等檢查。以上檢查通過后再進(jìn)行束流調(diào)節(jié)、靶系統(tǒng)、束流功能測(cè)試等調(diào)試校準(zhǔn)，如：PSMC輸出電流運(yùn)行15min后漂移＜100ppm、束流輸入范圍 0±200μA輸出精度 ±0.01μA等。

2.4.4 性能測(cè)試(約5天)。必備條件：熱室安裝就位；化學(xué)試劑就位。主要進(jìn)行空靶功能測(cè)試、18F-FDG、合成器系統(tǒng)等測(cè)試。如：檢測(cè)其靶系統(tǒng)氟-18的生產(chǎn)能力＞1000mci/h、氮-13-氨水的生產(chǎn)能力＞70mci/25min；FDG化學(xué)合成系統(tǒng)的合成效率70%±5%（EOB）、放射化學(xué)純度＞99%、合成時(shí)間＜25min等。

2.5 設(shè)備的檢測(cè)驗(yàn)收及功能驗(yàn)證

設(shè)備安裝完畢后，廠家應(yīng)對(duì)用戶進(jìn)行操作培訓(xùn)。待回旋加速器試運(yùn)行一段時(shí)間后，廠家和用戶應(yīng)聯(lián)合委托國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門，或組織院內(nèi)、外的行業(yè)專家組，對(duì)新設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收和應(yīng)用功能驗(yàn)證。專家驗(yàn)收組將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、裝訂并簽署現(xiàn)場(chǎng)專家的姓名，作為該設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)存入設(shè)備檔案[5]。

3 總結(jié)

回旋加速器的安裝項(xiàng)目是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，設(shè)備龐大，整個(gè)過程復(fù)雜且花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。因此，要求醫(yī)院設(shè)備項(xiàng)目管理工程師有全面的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的解決問題的能力，通過先熟悉掌握回旋加速器的基本原理及其構(gòu)成，做好回旋加速器及其輔助設(shè)施的安裝以及機(jī)房的合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，制定好工作項(xiàng)目書和進(jìn)度表，積極進(jìn)行多方協(xié)調(diào)，認(rèn)真仔細(xì)地做好每一項(xiàng)工作，并做好記錄，這樣不但能迅速地提高專業(yè)技術(shù)水平和組織協(xié)調(diào)能力，而且有利于安裝項(xiàng)目工作的順利完成。

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Installation Points of the MINItrace Cyclotron

TAN Zhi-jian,YANG Dong,LAN Wen-cai,HUANG Ping-jian,PAN Di Equipment Department,The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510120,China

TL54+.2；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.05.032

1674-1633(2010)05-0087-03

2010-01-12

2010-03-29

作者郵箱：tz168168@163.com

Abstract: Medical cyclotron is mainly used to product the positron emitting radionuclides in PET-CT.This paper describes the principle and system components of medical cyclotron，and introduces the author's experiences of the installation of the large medical equipment.

Key words: cyclotron;installation;large medical equipment