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        醫(yī)用回旋加速器常見故障分析2例

        2016-03-02 10:07:48孫傳金吉蘅山王新剛朱虹
        中國醫(yī)療設(shè)備 2016年12期
        關(guān)鍵詞:常見故障故障分析

        孫傳金,吉蘅山,王新剛,朱虹

        南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科,江蘇 南京 210002

        醫(yī)用回旋加速器常見故障分析2例

        孫傳金,吉蘅山,王新剛,朱虹

        南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科,江蘇 南京 210002

        正電子藥物是由回旋加速器和化學(xué)合成模塊等經(jīng)系列化學(xué)反應(yīng)合成。對回旋加速器的故障分析的報(bào)道尚不多。文中對兩例故障發(fā)生的現(xiàn)象,故障原因,故障排除進(jìn)行分析,以期減少故障率的發(fā)生。

        回旋加速器;故障;維護(hù)

        引言

        正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀/CT(Positron Emission Computed Tomography/CT,PET/CT)是目前核醫(yī)學(xué)界內(nèi)較高端的影像設(shè)備。PET/CT顯像對臨床診療及療效判斷起到重要的作用,是評價(jià)良惡性病變的重要手段[1-2]。其正電子藥物是由回旋加速器和化學(xué)合成模塊等經(jīng)系列化學(xué)反應(yīng)合成?,F(xiàn)以,加拿大EBCO公司TR19型回旋加速器為例總結(jié)發(fā)生常見故障現(xiàn)象及對故障發(fā)生的原因,故障排除進(jìn)行分析,以期減少故障率的發(fā)生。

        1 設(shè)備工作原理

        如圖1所示,在回旋加速器中心部位的離子源經(jīng)高壓而使氣體電離發(fā)射粒子束流,該粒子束流在稱為Dee的半圓弧電極盒(簡稱D型盒)中運(yùn)動(dòng)。在磁場和電場的作用下被加速的粒子在近似于螺旋的軌道中運(yùn)動(dòng)飛行。設(shè)粒子Q的質(zhì)量為m,所帶電荷為q,所具的運(yùn)動(dòng)速度V,磁場強(qiáng)度為B,粒子受到的洛侖茲力F=BqV,粒子運(yùn)行軌道的圓周半徑r與洛侖茲力F關(guān)系為F=mV2/r,加速粒子的能量E=mV2/2=B2q2r2/2 m。在回旋加速器中心區(qū)域,粒子被拉出后經(jīng)電場的加速而獲得較低的初速度,同時(shí),磁場也對這些粒子產(chǎn)生作用,兩種場作用的結(jié)果是粒子在D型盒間隙(gap)內(nèi)按螺旋軌道飛行。帶電粒子經(jīng)多次加速后,圓周軌道半徑達(dá)到最大并獲得最大的能量,在該點(diǎn)處粒子將被束流提取裝置提取引出[3-5]。

        結(jié)構(gòu)上,回旋加速器主要由7個(gè)系統(tǒng)來支持:離子源系統(tǒng),射頻系統(tǒng),磁場,引出系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),真空系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等,見圖2。

        圖1 回旋加速器工作基本原理簡圖

        圖2 加速器組成系統(tǒng)圖

        2 常見故障

        2.1 故障一

        2.1.1 故障現(xiàn)象

        點(diǎn)擊離子源(Ion Source and Inf ector Supply,ISIS)start后,離子源開啟后,燈絲(f lament)電源不開啟,等待2 min后,報(bào)f lament time out(燈絲開啟超時(shí))錯(cuò)誤。

        2.1.2 故障分析

        TR19的離子源為外置離子源,該類型離子源的結(jié)構(gòu)[5]如圖3所示,它主要包括等離子體放電腔、10對多峰永磁體、電子虛擬過慮器、3電極引出系統(tǒng)、帶有永磁約束的端蓋、單或雙燈絲及燈絲座、氫氣供氣及氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。燈絲安裝于等離子體放電腔之中,鉭材料的燈絲電加熱而發(fā)射電子,實(shí)時(shí)監(jiān)測燈絲與放電腔本體之間的弧壓(Arc Volatage),并反饋控制燈絲的電流,從而使弧流維持在所需要的范圍內(nèi)。

        燈絲報(bào)錯(cuò)可能存在的問題為燈絲電源故障,燈絲斷掉導(dǎo)致電源無法加載以及燈絲電流檢測反饋電路故障。TR19離子源反饋檢測電路采用光電隔離,系統(tǒng)總共有5塊光電隔離板,分別檢測燈絲,弧壓,等離子電極,引出電極以及偏置電壓。

        圖3 TR19 外置離子源原理示意圖

        2.1.3 故障排除

        斷開燈絲電源,用萬用表測量燈絲電阻接近0 Ω,燈絲未燒斷。檢查燈絲供電電源工作也正常。問題出在反饋電路上,拆下燈絲光電隔離板和弧壓隔離板交換后,開啟離子源發(fā)現(xiàn)燈絲可以正常開啟,弧壓報(bào)錯(cuò)Arc time out(陽極啟動(dòng)超時(shí)),確認(rèn)光電隔離板故障。檢查光電隔離板發(fā)現(xiàn)精密放大器LT1055損壞,更換LT1055后。重新開啟離子源,故障排除。

        2.2 故障二

        2.2.1 故障現(xiàn)象

        真空異常,某晚開機(jī)前檢查發(fā)現(xiàn)停電,復(fù)位后開機(jī)真空一直很差。離子源真空正常主真空達(dá)10 uTorr,超過射頻開啟閾值5.7 uTorr.

        2.2.2 故障分析

        TR19加速器真空系統(tǒng)分為主真空,離子源真空以及靶區(qū)真空(如圖4)。主真空為粒子加速的場所,主要有一個(gè)機(jī)械泵(Rotate Pump,RP)和一個(gè)冷凝泵(Cold Pump,CP)抽取真空。日常由冷凝泵CP01維持XV0為主真空連接離子源真空的閥門,XV2為主真空和靶區(qū)連接閥門。主真空差可能原因主要是冷泵的吸附力不行了或者真空腔內(nèi)有泄露。PV42為剝離支架連接處,也可能導(dǎo)致泄露。

        2.2.3 故障排除

        首先檢查冷泵發(fā)現(xiàn)泵頭溫度15.8 K(凱爾文,溫度單位)效果還比較好。首先關(guān)閉XV0和XV2排除其他兩個(gè)區(qū)域干擾。效果未見改善,關(guān)閉PV42時(shí),真空出現(xiàn)波動(dòng)。懷疑該處有泄露,取出碳膜支架發(fā)現(xiàn)密封圈老化,更換密封圈后,故障解決。

        圖4 回旋加速器真空控制界面

        3 討論

        經(jīng)上述分析,回旋加速器常見故障的主要由于加速器未定期保養(yǎng),附屬設(shè)備故障和人為操作失誤等多方面原因造成。有些設(shè)備的故障是可以通過預(yù)防減少其發(fā)生機(jī)率,而人為造成的故障是完全可以避免的。因此對設(shè)備、人員及物品等應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)章制度并嚴(yán)格執(zhí)行,對確?;匦铀倨鞯恼9ぷ魇欠浅V匾?。以下是針對設(shè)備、人員及物料提出的建議:定期檢查保養(yǎng)設(shè)備;相關(guān)人員上崗操作應(yīng)接受全面的培訓(xùn),考核合格之后方可上崗;所有人員均應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序操作,不得隨意更改控制流程;生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意觀察及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤;設(shè)備間的溫濕度必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定要求。

        4 小結(jié)

        在回旋加速器生產(chǎn)過程中影響因素較多,除本文探討的因素外,還與回旋加速器的其他系統(tǒng)有關(guān)。加速器的常規(guī)維護(hù)與保養(yǎng),合理規(guī)范的技術(shù)操作、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及工作人員的全面培訓(xùn)可減少加速器的故障發(fā)生率。

        [1]吳江,朱虹,常林鳳,等.18氟-脫氧葡萄糖PET/CT診斷惡性孤立性肺結(jié)節(jié)的Meta分析[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2011,24(1):39-42.

        [2]胡裕效,張壘,季發(fā)權(quán),等.膠質(zhì)母細(xì)胞瘤18氟-脫氧葡萄糖PET/CT影像學(xué)表現(xiàn)[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2011,24(6):597-601.

        [3]王明芳.醫(yī)用回旋加速器及正電子核素生產(chǎn)[J].國外醫(yī)學(xué)·放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)分冊,2002,26(5):231-236.

        [4]Strijckmans K.The isochronous cyclotron: principles and recent developments[J].Comrut Med Imaging Graph,2001,25(2):69-78.

        [5]朱虹,方可元.醫(yī)用回旋加速器結(jié)構(gòu)性能分析與技術(shù)進(jìn)展[J].中國醫(yī)療器械信息,2011,17(4):20-26.

        Two Cases of Common Fault Analysis of Medical Cyclotron

        SUN Chuan-jin, JI Heng-shan, WANG Xin-gang, ZHU Hong
        Department of Nuclear Medicine, Nanjing General Hospital, Nanjing Jiangsu 210002, China

        R318.6

        B

        10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.052

        1674-1633(2016)12-0176-02

        2016-08-11

        作者郵箱:373032715@qq.com

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