王治國(guó) 張國(guó)旭 左峰 石慶學(xué)(沈陽(yáng)軍區(qū)總醫(yī)院，110016)

正電子顯像劑是正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(positron emission tomography，PET)檢查的必備條件，這些正電子顯像劑大多使用11C、13N、15O和18F等正電子核素進(jìn)行標(biāo)記[1]。由于它們的半衰期較短，所以這些核素必須由回旋加速器適時(shí)生產(chǎn)，并在一定時(shí)間內(nèi)標(biāo)記合成為適宜的正電子顯像劑供臨床PET顯像。回旋加速器生產(chǎn)正電子示蹤劑的原理就是電離氫氣產(chǎn)生質(zhì)子，經(jīng)磁場(chǎng)加速獲得能量，用高能量的質(zhì)子轟擊靶原子核，利用質(zhì)子/中子(P/N)反應(yīng)，將其中一個(gè)中子擊出，質(zhì)子留下，形成半衰期很短的新原子核。將其傳入放化合成器，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將新原子核標(biāo)記到具有生理活性的代謝物質(zhì)上(如葡萄糖、膽堿、乙酸鹽等化合物)，合成出PET檢查所需的顯像劑。本文以通用公司(GE)生產(chǎn)的微型醫(yī)用加速器(MINItrac)為例介紹醫(yī)用回旋加速器的結(jié)構(gòu)及工作原理與核素生產(chǎn)方法，并結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)介紹1例加速器故障現(xiàn)象、原因分析及解決方法[2-3]。

1 醫(yī)用回旋加速器的構(gòu)成

1.1 基本構(gòu)成 ①用戶操控主系統(tǒng)(master)，即1臺(tái)包含操作系統(tǒng)及軟件的計(jì)算機(jī)。②回旋加速器主體，包括多個(gè)子系統(tǒng)在內(nèi)。③回旋加速器支持柜。④靶支持柜，氧16水(16O-H2O)與氧18水(18O-H2O)均在此添加。⑤控制柜。⑥射頻(RF)柜。⑦介質(zhì)供應(yīng)和廢氣系統(tǒng)，包括壓縮空氣、氦氣、氫氣、甲烷等。

1.2 回旋加速器主體下又包括多個(gè)子系統(tǒng) ①磁場(chǎng)系統(tǒng)：提供被加速的帶電粒子在所控制的軌道中做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度，由抗磁性磁鐵、線圈、磁場(chǎng)電源配給系統(tǒng)等組成。②射頻系統(tǒng)：射頻系統(tǒng)產(chǎn)生回旋加速器的高頻振蕩加速高電壓，它有兩個(gè)主要功能，其一為在回旋加速器中被加速的束流每旋轉(zhuǎn)一次給予離子4次能量躍沖；其二是從離子源中拉出離子。③離子源系統(tǒng)：產(chǎn)生需要加速的帶電粒子；由離子源、離子源電源和氣體管理系統(tǒng)組成。④束流提取系統(tǒng)：該系統(tǒng)直接將加速的帶電粒子從真空腔中引出。⑤束流診斷系統(tǒng)：為了控制從離子源到靶的束流，診斷系統(tǒng)監(jiān)測(cè)在回旋加速器和靶系統(tǒng)間不同位置時(shí)的束流。⑥靶系統(tǒng)：可包含多個(gè)靶位，如氟-18靶(液體靶)、碳-11靶(氣體靶)、氮-13靶(液體靶)、氧-15靶(氣體靶)。⑦真空系統(tǒng)：真空系統(tǒng)主要在真空腔內(nèi)建立離子加速所需要的真空壓力水平，以降低束流的丟失，同時(shí)對(duì)高電壓RF場(chǎng)提供絕緣保護(hù)。⑧冷卻系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)包括水冷卻系統(tǒng)和He冷系統(tǒng)及真空超導(dǎo)系統(tǒng)(compact superconducting cyclotron，CSC)內(nèi)部的二級(jí)水冷系統(tǒng)，用于控制各個(gè)子系統(tǒng)的溫度。⑨自屏蔽系統(tǒng)：由混合有氫和硼的高密度混凝土組成，能夠?qū)⒃O(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的中子及α射線控制在很小的范圍內(nèi)(在設(shè)備1 m范圍外＜10μSv/h)[4-5]。

2 醫(yī)用回旋加速器原理(表1)

表1 醫(yī)用回旋加速器原理

3 18F生產(chǎn)方法

3.1 生產(chǎn)流程 主要包括生產(chǎn)前的檢查，加磁場(chǎng)，預(yù)轟(保護(hù)靶體)，轟擊(生產(chǎn)核素)，清洗干燥，退出操作系統(tǒng)。

3.2 檢查設(shè)備 檢查空氣壓縮機(jī)壓力：4～8 bar，空壓機(jī)排水。水冷系統(tǒng)：一級(jí)水冷11～13℃；二級(jí)水冷18～22℃。二級(jí)水冷電導(dǎo)率：＜5μSiemens/cm。真空壓力：3×10－6～2×10－7Pa。氣瓶壓力是否過(guò)低，過(guò)低應(yīng)更換氣體，注意將氣體閥門打開(kāi)，觀察通風(fēng)是否正常。

3.3 加磁場(chǎng) 開(kāi)機(jī)，輸入用戶名、密碼，點(diǎn)擊maintenance，在新菜單中點(diǎn)擊cyclotron，選擇start up，此時(shí)開(kāi)始加磁場(chǎng)，點(diǎn)擊第一排菜單中的system status，觀察磁場(chǎng)電流先加到150μA后穩(wěn)定在132μA左右，點(diǎn)擊tracer，選擇18F target，在新窗口中點(diǎn)擊handle target，選擇fill with16O-H2O，綠線消失后，雙擊左上角關(guān)閉窗口。點(diǎn)擊production，選擇18F target。輸入操作員信息：用戶名PET，密碼pet，選擇束流和時(shí)間。在新窗口中點(diǎn)擊start irradiation，轟擊結(jié)束后點(diǎn)abort production，點(diǎn)擊tracer，選擇18F target。在新窗口中點(diǎn)擊handle target，選擇empty to outlet 2 or waste，待綠線消失，預(yù)轟完畢。

3.4 轟擊 點(diǎn)擊handle target，選擇fill target，待綠線消失，關(guān)閉此窗口，點(diǎn)擊production，選擇18F target，輸入操作員信息：用戶名、密碼，以及轟擊束流和時(shí)間(比如35μA，60 min)，在新窗口中點(diǎn)擊start irradiation，待轟擊結(jié)束，點(diǎn)OK，點(diǎn)擊deliver，核素將自動(dòng)傳到合成模塊，部分需要手動(dòng)傳輸即點(diǎn)擊tracer，選擇18F target，在新窗口中點(diǎn)擊handle target，選擇empty to outlet，待綠線消失，關(guān)閉此窗口。

3.5 清洗干燥 點(diǎn)擊handle target，選擇fill with16O-H2O，待綠線消失，點(diǎn)擊handle target，選擇empty to outlet 2 or waste。待合成模塊合成完畢，點(diǎn)擊handle target，選擇dry to outlet 2 or waste，干燥過(guò)程大約為20 min。

3.6 退出系統(tǒng) 點(diǎn)擊窗口右上角關(guān)閉按鈕，關(guān)閉窗口。關(guān)閉system status窗口。點(diǎn)擊cyclotron，選擇shut down關(guān)閉磁場(chǎng)，點(diǎn)擊第一排菜單中的exit，出現(xiàn)窗口點(diǎn)OK，退出操作界面，在對(duì)話框中選擇turn down the computer。

4 加速器的一個(gè)常見(jiàn)故障

結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)加速器常見(jiàn)故障。

4.1 故障現(xiàn)象 加磁場(chǎng)，設(shè)置電流30μA，開(kāi)始轟擊，轟擊一段時(shí)間后離子源電流突然降為0，并報(bào)錯(cuò)“serious fault ion source fault”，重啟無(wú)效。

4.2 故障分析 經(jīng)分析離子源已使用較長(zhǎng)時(shí)間，可能被擊穿，故檢查離子源，聯(lián)系工程師取出離子源，發(fā)現(xiàn)并未擊穿，但凸起的離子源一側(cè)已被電流擊成向內(nèi)凹進(jìn)去的坑狀，并且離子源附近有大量碎屑，還有黑色碳狀物，這些雜物使離子源短路。

4.3 故障解決 將離子源取下，除去碎屑，并用丙酮浸泡離子源，使用超聲清洗器清洗10 min，將碳垢清除將離子源翻轉(zhuǎn)使另一凸起側(cè)面向轟擊電流，安裝后經(jīng)調(diào)試可以正常使用。同時(shí)聯(lián)系廠家預(yù)定離子源備用。

4.4 提示 離子源屬于消耗品，有固定使用壽命，與時(shí)間及電流成正比，電流過(guò)大對(duì)離子源損害較大，大幅降低使用時(shí)間，如想延長(zhǎng)使用時(shí)間，可以在滿足需求的條件下盡量使用小電流。

[1] Strijckmans K.The isochronous cyclotron：principles and recent developments[J].Comput Med Imaging Graph，2000，25(2)：69-78.

[2]賈峰濤，楊星，洪軍，等.醫(yī)用回旋加速器原理及應(yīng)用[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2006，21(6)：37-38.

[3]陳澤龍.醫(yī)用回旋加速器生產(chǎn)正電子核素的質(zhì)量控制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29(4)：101-102，105.

[4]李少林.核醫(yī)學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2004：55-64.

[5]張虎軍，楊勤，向艷，等.醫(yī)用回旋加速器的基本原理與組成[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(11)：59-60.