劉蘭，朱艷，陳躍

西南醫(yī)科 大學(xué) 附屬醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，四川 瀘州 646000

Eclips e醫(yī)用回旋加速器升級前后的運行分析

劉蘭，朱艷，陳躍

西南醫(yī)科 大學(xué) 附屬醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科，四川 瀘州 646000

目的比較西門子醫(yī)用回旋加速器Eclipse系統(tǒng)升級前后的性能指標(biāo)和運行情況。方法Eclipse系統(tǒng)升級以HP靶系統(tǒng)替換RD靶系統(tǒng)、全水冷卻系統(tǒng)替換氦/水復(fù)合冷卻系統(tǒng)為主。統(tǒng)計分析回旋加速器升級前、后18個月的故障率、生產(chǎn)效率和耗材消耗量。結(jié)果升級后回旋加速器整機故障率下降了80%，平均產(chǎn)能提高了177%，離子源和靶重建套件消耗量分別降低了25%、84%。結(jié)論升級后Eclipse系統(tǒng)的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率得到 了大幅提高,延長了維護周期，降低了維護難度、耗材消耗和運行成本。

回旋加速器；離子源系統(tǒng)；靶系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)

引言

近年來，隨著核醫(yī)學(xué)科建設(shè)的不斷發(fā)展壯大，PET分子影像檢查越來越多的應(yīng)用到臨床，PET/CT不斷被各大醫(yī)院引進。正電子顯像劑是PET檢查的先決條件，這些正電子顯像劑大多使用11C、13N、15O和18F等正電子核素進行標(biāo)記[1-4]。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生產(chǎn)，并在一定時間內(nèi)標(biāo)記合成為適宜的正電子顯像劑供臨床PET顯像。目前應(yīng)用于全國PET/C T中心最廣泛的是帶自屏蔽系統(tǒng)負(fù)離子醫(yī)用回旋加 速器，回旋加速器的工作效率和穩(wěn)定性直接決定了PET/CT檢查臨床、科研工作能否正常開展[5]。

我院于2011年6月引進美國Siemens Eclipse RD/RD型醫(yī)用回旋加速器，運行半年后頻繁發(fā)生漏靶、爆靶故障，產(chǎn)率與理論值差距較大，需要頻繁停機重建且無法解決此故障，嚴(yán)重影響了科室和醫(yī)院的工作流程和管理。同時每天PET/CT檢查的患者量也在日益增加，臨床對于藥量的需求也不斷上漲，所以提高回旋加速器的系統(tǒng)穩(wěn)定性及藥物產(chǎn)量是亟待解決的實際問題，遂于2015年3月升級為Siemens Eclipse HP/RD型。本文分析總結(jié)了該機器升級前后的性能指標(biāo)和應(yīng)用對比。

1 回旋加速器工作原理及結(jié)構(gòu)

回旋加速器生產(chǎn)正電子核素的原理[6-9]是離子源系統(tǒng)電離氫氣產(chǎn)生離子，經(jīng)射頻、磁場系統(tǒng)加速獲得能量，用高能量的質(zhì)子轟擊靶系統(tǒng)內(nèi)靶原子核，利用質(zhì)子/中子(P/ N)反應(yīng)，將其中一個中子擊出，質(zhì)子留下，形成半衰期很短的新原子核。

不同型號的回旋加速器結(jié)構(gòu)[10-11]基本組成都相同，一般由磁場系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、引出系統(tǒng)、靶系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)等主要系統(tǒng)組成。

2 Eclipse HP/RD升級簡介

Eclipse HP/RD是一款全自動的、緊湊型的負(fù)氫離子加速器，加速離子能量達到11 MeV，并提供雙束流轟擊。RD側(cè)配置氦冷卻系 統(tǒng)和八靶位的小靶轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)；HP側(cè)配置水冷卻系統(tǒng)和四靶位的大靶轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)。Eclipse HP/RD系統(tǒng)與Eclipse RD/RD系統(tǒng)相比，其主體結(jié)構(gòu)一致，一側(cè)RD系統(tǒng)升級為HP系統(tǒng)，在靶電流、核素產(chǎn)量、穩(wěn)定性、維護周期等核心性能指標(biāo)上都有顯著改善。

Eclipse HP/RD升級配置包括5項：① 升級RD控制系統(tǒng)到HP控制系統(tǒng)；② 升級一側(cè)RD束流系統(tǒng)到HP束流系統(tǒng)；③ 增加一個HP/18F鉭靶；④ 升級一側(cè)RD轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)到HP轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)；⑤ 靶到合成模塊核素傳輸切換系統(tǒng)。

3 Eclipse HP/RD升級前后的性能指標(biāo)

3.1 提高生產(chǎn)效率

成倍增加18F產(chǎn)量：HP系統(tǒng)最大有效靶束流由40 μA提高到60 μA，HP/18F靶靶室容量由RD/18F靶的1300 μL提高到2500 μL，靶水體積翻倍，產(chǎn)量可以由每小時37 GBq（1000 mCi）增加至74 GBq（2000 mCi）左右。

18F產(chǎn)量穩(wěn)定：RD/18F靶體材料為金屬銀（Ag），導(dǎo)熱性能雖好，但在高溫高輻射環(huán)境中易被腐蝕和污染產(chǎn)生泥狀雜質(zhì)污染靶室、遮擋靶膜[10]，降低18F產(chǎn)量和靶水質(zhì)量；HP/18F靶體材料為惰性金屬鉭（Ta），其具備優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)低和導(dǎo)電性良好等性能而廣泛應(yīng)用于電子電氣、化工、航空航天、軍事等領(lǐng)域[11-14]。鉭靶穩(wěn)定性高，正好可以克服銀靶的缺點，不會生成雜質(zhì)污染靶室和靶水，18F產(chǎn)量穩(wěn)定，做到了靶體的免維護[15]。

HP系統(tǒng)可以大大提高顯像劑產(chǎn)量，降低操作人員工作量，完成更多的患者檢查量，降低藥物的平均生產(chǎn)成本。

3.2 增強系統(tǒng)穩(wěn)定性

HP轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)配置全水冷卻系統(tǒng)，冷卻能力較RD氦/水復(fù)合冷卻系統(tǒng)大幅提高，靶體、靶膜、密封圈及周邊密封器件不易變形變性穩(wěn)定性高。取消真空窗、氦冷卻系統(tǒng)，基本杜絕了由氦管道、氦循環(huán)泵泄漏或者氦流量不足，冷卻能力不足所導(dǎo)致的爆靶、漏靶可能，因此可大幅度減少意外停機，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，有利于科室和醫(yī)院的工作流程和管理。

3.3 提高維護周期、降低耗材費用

Eclipse HP/RD除正常的每季度預(yù)防性保養(yǎng)外，最常備和使用的耗材就是離子源和HP/18F靶重建套件。

HP系統(tǒng)生產(chǎn)效率提高，降低了離子源的使用強度，從而延長了離子源的壽命，提高了離子源重建周期。由于HP系統(tǒng)穩(wěn)定性高，HP/18F靶的重建周期由RD/18F靶的3周提高到了6個月，同時鉭靶不會輕易被外物污染，重建時不需要化學(xué)藥品反復(fù)清洗，重建流程快捷，重建時間大大縮短，且減少相關(guān)化學(xué)品消耗。

HP系統(tǒng)維護的間隔時間長，可以有選擇性的進行定期預(yù)約式維護保養(yǎng)模式，使基本耗材支出下降，降低運行費用，提高經(jīng)濟效益。

4 Eclipse HP/RD升級前后的運行對比

4.1 Eclipse HP/RD升級前后故障率對比

由表1顯示升級前Eclipse RD/RD整機2013年9月～2015年2月（18個月）發(fā)生故障30次，故障率達到8%。其中RD/18F靶及其氦冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障24次，占到整機故障的80%，平均每3周就需要對其進行重建和維修，嚴(yán)重影響臨床醫(yī)療工作。升級后Eclipse HP/RD整機2015年3月～2016年8月（18個月）發(fā)生故障6次，故障率為1.6%，比升級前下降了80%，HP/18F靶系統(tǒng)僅故障3次，故障率下降了87.5%。

表1 加速器升級前18個月與升級后18個月故障對比表

Eclipse HP/RD各個系統(tǒng)故障率都大幅下降，整體穩(wěn)定性大幅增強，基本杜絕了由RD/18F靶及其氦冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致的意外停機和產(chǎn)量下降，即使HP系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能生產(chǎn)，也可即時切換到另一側(cè)RD系統(tǒng)繼續(xù)工作，保證了臨床醫(yī)療工作的順利開展。

4.2 Eclipse HP/RD升級前后產(chǎn)率對比

因RD/18F靶及其氦冷卻系統(tǒng)運行相當(dāng)不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生漏靶、爆靶故障，該設(shè)備正常工作時靶電流都會調(diào)整為35 μA以提高穩(wěn)定性，減少意外停機。

由表2顯示RD/18F靶產(chǎn)率在重建靶后最高36.7 GBq（35 μA、60 min），隨著轟靶次數(shù)的增加，靶室污染加劇，產(chǎn)率迅速下降，第12次的產(chǎn)率21.2 GBq僅僅為初始產(chǎn)量的57.8%，12次平均產(chǎn)率只有27.4 GBq。為滿足臨床需要，每個工作日需要進行多次轟靶生產(chǎn)核素，使用強度提高又會使產(chǎn)率進一步下降，如此惡性循環(huán)導(dǎo)致RD/18F系統(tǒng)需要頻繁停機重建。

加速器升級前后18F產(chǎn)率對比，見表2。升級后Eclipse HP/RD產(chǎn)率相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定，基本能夠保持74～77.7 GBq標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)率（60 μA、60 min），達到了RD/18F靶的2～3倍，同時HP/18F靶水較RD/18F靶水潔凈度更高、雜質(zhì)含量更低，可有效減少18F離子傳輸損耗，延長傳輸管道的使用壽命。更高的核素產(chǎn)率，能夠滿足更多患者檢查量，有利于臨床工作的開展[16]。

4.3 Eclipse HP/RD升級前后維護對比

由于Eclipse RD/RD系統(tǒng)穩(wěn)定性低、核素產(chǎn)率低、故障率高，其維護的間隔時間相當(dāng)短，平均每2～3周就需要對其進行重建和維修，甚至有時候2～3天一故障，工程師連續(xù)數(shù)周駐扎在場地。而Eclipse HP/RD系統(tǒng)穩(wěn)定性高、核素產(chǎn)率高、故障率低，維護的間隔時間相當(dāng)長，僅需要在每季度的預(yù)防性保養(yǎng)時更換耗材即可。HP系統(tǒng)相對于RD系統(tǒng)，單位離子源電流·時間的18F離子產(chǎn)量提高了20%～100%（平均60%）。減少了轟擊時間和轟擊次數(shù)，合成次數(shù)降低，相關(guān)的耗材消耗也減少，也間接提高了化學(xué)合成系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

表2 加速器升級前后18F產(chǎn)率對比（GBq）

升級前（18個月）消耗主耗材：離子源重建套件8個；RD/18F靶重建套件超過25個，RD/18F靶壽命僅為15～20次。升級后（18個月，患者檢查量增加）消耗主耗材：離子源重建套件6個；HP/18F靶重建套件僅僅4個，離子源和靶重建套件消耗量分別降低了25%、84%。

Eclipse HP/RD升級提高了維護周期、降低了耗材費用和運行成本。

5 結(jié)論

Eclipse HP/RD配備了穩(wěn)定耐用的HP/18F鉭靶，HP轉(zhuǎn)靶系統(tǒng)用水冷卻取代氦冷卻，系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅增強，生產(chǎn)效率大幅提高，維護周期大幅提高。離子源和靶套件等耗材使用壽命延長，降低了耗材費用和運行成本。該型號回旋加速器升級耗時約1周左右，考慮到設(shè)備運行的整體穩(wěn)定性等因素，建議升級工作最好安排在長假期內(nèi)進行。

將Eclipse RD/RD升級為Eclipse HP/RD不僅提高設(shè)備的經(jīng)濟效益而且對于加強醫(yī)院管理以及提高社會效益有很大的貢獻。

[1] 陳開宇,李新平,陳盛新.正電子放射性藥物的應(yīng)用現(xiàn)狀與進展[J].藥學(xué)實踐雜志,2012,30(3):175-177.

[2] 張建偉.正電子放射性藥物的臨床應(yīng)用研究[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘:連續(xù)型電子期刊,2015,15(A0):224-225.

[3] 沈浪濤.放射性藥物化學(xué)領(lǐng)域中的重要事件和研究前沿[J].核化學(xué)與放射化學(xué),2015,37(5):355-365.

[4] 霍焱,王榮福.18F標(biāo)記正電子藥物研究現(xiàn)狀與進展[J].核化學(xué)與放射化學(xué),2015,37(5):376-380.

[5] 胡玉民,梁秀艷,于麗娟,等.MINItrace醫(yī)用回旋加速器升級后的性能分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2013,34(8):126-127.

[6] 陳澤龍.醫(yī)用回旋加速器原理[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2005,26(2):55-56.

[7] 王治國,張國旭,左峰,等.醫(yī)用回旋加速器原理、生產(chǎn)核素過程及一例常見故障排除[J].中國療養(yǎng)醫(yī)學(xué),2012,21(2):155-156.

[8] 戴紅峰.醫(yī)用回旋加速器核素產(chǎn)量少的故障與排除[J].醫(yī)療裝備,2016,29(11):75-76.

[9] 丁偉,高山,王清,等.Siemens RDS Eclipse型醫(yī)用回旋加速器真空系統(tǒng)工作原理和常見故障處理[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2015,30(5):159.

[10] 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)進展[J].中國醫(yī)療器械信息,2011,17(4):20-26.

[11] Pham VH,Lee SH,Li Y,et al.Utility of tantalum (Ta) coating to improve surface hardness in vitro bioactivity and biocompatibility of Co-Cr[J].Thin Solid Films,2013,536(6):269-274.

[12] Hallmann L,Ulmer P.Effect of sputtering parameters and substrate composition on the structure of tantalum thin films[J]. Appl Surf Sci,2013,282(5):1-6.

[13] Rudnev VS,Medkov MA,Nedozorov PM,et al.Tantalum oxidemodi fied calcium phosphate coatings on titanium for biomedical applications[J].Russ J Appl Chem,2013,86(1):119-123.

[14] Farnia A,Ghaini FM,Rao JC,et al.Tantalum-modi fied Stellite 6 thick coatings: microstructure and mechanical performance[J].J Mater Sci,2013,48(1):140- 149.

[15] 陳學(xué)前,杜強,鄂林仲陽,等.地脈動作用下主機裝置靶室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析與評估[J].強激光與粒子束,2015,27(11):85-90.

[16] 王曉梅,林文華,張峰,等.平衡法核素心室顯像評價慢性心衰患者心臟射血分?jǐn)?shù)的臨床研究[J].山東醫(yī)藥,2011,51(16):88-89.

本文編輯 袁雋玲

Analysis of Performance of the Eclipse Medical Cyclotron Before and After Upgrade

LIU Lan, ZHU Yan, CHEN Yue
Department of Nuclear Medicine, the Af filiated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou Sichuan 646000, China

ObjectiveTo Compare the performance and running situation of the Siemens medical cyclotron Eclipse system before and after upgrade.MethodsThe upgrade of the Eclipse system included replacing the RD target system with an HP target system and replacing the helium/water compoun d coolin g system with an all-water cooling system. The failure rate, production ef ficiency and consu mptive consumption of the cyclotron we re calculated before and after upgrade.ResultsAfter upgrade, the cyclotron failure rate decreased by 80%, the average capacity increased by 177%, ion source and target reconstruction kit consumption decreased by 25% and 84%, respectively.ConclusionAfter the upgrade of Eclipse system, the production ef ficiency is greatly improved, and the maintenance period is prolonged. The maintenance dif ficulty is decreased, consumable consumption and operation cost are reduced.

cyclotron; ion source system; target system; cooling system

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.09.012

1674-1633(2017)09-0053-03

2016-08-26

2016-11-30

作者郵箱：liu lanrisccisc@163.com