MINItrace回旋加速器的安裝項目要點

譚志堅，楊東，藍文才，黃平堅，潘第

廣州醫學院第一附屬醫院 設備科，廣東 廣州 510120

MINItrace回旋加速器的安裝項目要點

譚志堅，楊東，藍文才，黃平堅，潘第

廣州醫學院第一附屬醫院 設備科，廣東 廣州 510120

醫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成，并結合工作實踐，闡述了作者在負責安裝該大型醫療設備項目中總結出的經驗和要點。

回旋加速器；設備安裝；大型醫療設備

在PET-CT中心, 醫用回旋加速器生產提供PET-CT檢查所需示蹤劑中的放射性核素，起著至關重要的作用。醫用回旋加速器涉及到放射物理、放射化學、醫學工程、藥物藥效學等各方面知識，機器結構比較復雜，設備價格及運行成本都十分昂貴。另外回旋加速器的安裝項目過程也是比較復雜的，光設備的安裝項目過程就需要一個多月的時間。因此，醫學工程人員熟悉、掌握回旋加速器的基本原理及其構成，有利于安裝項目工作的順利完成和保證較高的設備開機率。本文先介紹和分析回旋加速器的基本原理及其構成，并將本人負責安裝該大型醫療設備項目時的經驗總結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成

圖 1 粒子束流在D形盒的運動軌跡示意圖

圖 2 RF 波形圖與粒子束流在D形盒運動時的時相圖

1.1 原理

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

其工作原理：位于在回旋加速器中心位置的離子源（Ion Source）經加載高壓后，電弧放電使H2氣體電離發射出粒子束流，粒子被拉出后經電場的加速而獲得較低的初速度v，同時，磁場（B）也對這些電荷為q的粒子產生洛侖茲力（FL=vBq）的作用，磁場和電場兩種場作用的結果是粒子在Dee1、Dee2、間隙（gap）內按螺旋軌道飛行[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。粒子經間隙進入一個Dee電極盒，在該Dee電極盒被加速飛行，此后經間隙進入另一個Dee電極盒，粒子在每次間隙飛行期間兩個Dee電極盒電性互換,使電場方向相反,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量、電荷數及磁場強度有關。在回旋加速器中，帶電粒子經多次加速后，圓周軌道直徑達到最大而接近Dees的邊緣并具有最大的能量，在該點粒子被束流提取裝置提取出，引導進入任意的同位素生產靶[2]。其工作原理如圖1、2所示。

1.2 結構

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

1.2.1 磁場系統（Magnet System）。產生帶電粒子運動所需要的磁場強度，由磁鐵、線圈、磁場電源配給系統等系統組成。平均磁場強度1.66T。

1.2.2 射頻系統（Radio Frequency System，RF）。由射頻發生器（RFPG）和共振器組成，產生高頻振蕩加速高電壓，加速帶電粒子。RFPG包括一個高度穩定的頻率發生器、前置放大器、功率放大器、RF饋通電纜、Dee電壓反饋控制系統和安全連鎖系統等。兩個具有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共振器。RF通過一個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提取）；②被加速的束流每旋轉一次給于離子四次能量脈沖。

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

束流提取系統主要包括剝離碳膜、裝載碳膜的多葉轉動器、馬達等裝置。該系統直接將加速的帶電粒子從真空箱中引出；提取系統最主要的基礎是剝離膜（stripping foil）。被加速的負離子在通過提取膜期間被脫去二個電子。在通過提取膜期間帶電粒子由陰粒子向陽粒子轉變，因此，在磁場中粒子的運行軌道是逆時針方向偏轉。提取膜的位置直接確定束流的退出，并能夠調整引出的束流引導進入任意的同位素生產靶。該系統有二種提取模式：① 單束流提取，一種引出束流被引導進入到一個出口；② 雙束流提取，二種引出束流被同時引導進入到二個出口。MINItrace回旋加速器的單束流提取器中有2個碳膜，雙束流提取器中僅裝1個碳膜；一個多葉轉動器司服5個靶位，無雙束流引出功能，而另一個則是在雙束流引出時，司服第6號靶位。1.2.3 靶系統。在靶室中用帶電粒子轟擊穩定同位素生產出正電子核素；當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的靶上。粒子束進入靶室穿過靶的雙箔膜（double-foil）裝置。

1.2.4 控制系統。在Master System的控制下，進行回旋加速器的自動操作，進行連鎖管理和安全控制。

1.2.5 真空系統。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），真空同樣對高電壓RF場提供絕緣。

1.2.6 冷卻系統。包括水冷卻系統和He系統。加速器消耗電能而散發熱量，水冷卻系統主要用于從不同的各系統中將熱量帶出，去離子冷卻水被泵到各個循環中，帶出的熱量通過二級冷卻系統進行熱交換，將熱量傳送到一級冷卻系統。He系統主要在轟擊期間對靶室和靶窗的Havar箔膜和鉭箔膜之間進行冷卻，兩個箔膜之間的He流束提供了所必需的冷卻。

2 安裝項目要點

由于大型醫療設備的安裝項目過程比較復雜，因此，醫院實行專人專項負責，設立大型醫療設備項目執行工程師，負責參與從項目的論證、招標購買、安裝、調試、驗收、培訓等全過程。實行專人專項負責制不但保證了項目的順利完成，而且讓項目執行工程師也得到了鍛煉和提高了專業技術水平。

2.1 安裝前期的準備工作

主要是收集齊全回旋加速器的技術資料：主機房、設備間、控制室以及相關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；機座承重要求；電源負載要求；環境溫濕度、水質氣源要求；物流及輸送管道要求；網絡及遠程服務管線等等這些必要的基礎設備條件。負責回旋加速器安裝項目執行工程師，應提前與設備供應商的安裝工程師取得聯系，獲取準備安裝設備的上述信息和圖紙數據，并完全理解掌握。

2.2 多方協調

為了讓基建工作保質順利進行，避免返工、扯皮等現象發生，應該積極進行多方協調，特別是多方工程師聯合協調會。多方工程師聯合協調會主要是指由回旋加速器安裝工程師、設備科項目管理工程師、基建工程師等人員參加的現場協調會。開好此會，是大型醫療設備項目執行工程師，完成設備安裝管理整個項目工程中的關鍵點。協調會應編制安裝項目手冊和規劃圖，以及設備安裝環境的選址。安裝工程師應向用戶詳細解析項目手冊。

2.3 基建項目的實施及其檢查確認（約三個月）

在整個基建項目的過程中，回旋加速器安裝工程師、設備科項目管理工程師、基建工程師應全程對基建項目的質量、進度進行監督，對有爭議或不清晰的地方須及時協調溝通，以保證基建項目的正確性。制定該基建項目驗收表，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、設備科項目管理工程師、基建工程師三方共同簽字驗收。

2.4 安裝項目流程及其要點

設備項目管理工程師應協助安裝工程師按照合同清單(或裝箱清單)，進行拆包清點，同時配合安裝工程師將設備搬運安裝到位。安裝工程師就本項目的安裝工程，向用戶提交項目安裝進度表。在設備的安裝過程中，安裝工程師應嚴格執行設備安裝手冊要求，并詳細做好醫療設備的安裝過程記錄。

2.4.1 吊裝及設備就位(約6天)。回旋加速器的主機和附屬設備都比較特殊，體積巨大，物體的質量超重，最大的單體質量就達12.9噸，8噸以上的就達五件。為了做好該大型醫療設備的搬運吊裝，主要抓好以下環節:

(1) 確認所有基建及裝修工作已完成；各房間溫濕度可控；運輸路徑平整等；認真勘查大型醫療設備的安裝場地、與臨時存放場地間的通道尺寸和道路坡度。

(2) 詳細收集安裝回旋加速器的有關信息，包括:體積、重量、形態、存放和運輸的特殊要求。

(3) 公開招標選擇吊裝搬運公司。將上述設備和吊裝搬運環境的信息，通過實物圖片，在吊裝現場進行講解和提出吊裝的質量安全要求。然后由承運商就現場獲取的上述信息，提出吊裝搬運的安全設計方案(文字的、圖形的、現場的)。

設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節。

2.4.2 機械和電氣安裝(約13天)。檢查場地是否完全就緒：系統電源、氣瓶、氣體減壓閥、空氣壓縮機及一級冷水機安裝就位。系統電源為符合國家規范的三相五線制供電系統，電壓380V±10%，本系統的最大功率消耗為50kVA；壓縮空氣達到要求：潔凈、干燥、無油，其中灰塵粒子大小＜0.1μm，露點＜-40°C，流量＞150L/min，油含量＜0.01 mg/m3；一級水冷冷卻能力為35KW，流速50L/min，壓差（熱交換器）為0.05MPa。

機械和電氣安裝過程主要有：細調左右屏蔽門、安裝CSC、安裝TSC、RFPG&CCAB定位、組裝電纜橋架、鋪設磁體電纜、安裝連接RF電纜、安裝水冷管道、安裝壓縮空氣和氣體管道、安裝提取電機和3塊內屏蔽、安裝氦壓縮機、安裝閥門和靶冷單元、安裝真空泵和機械泵、安裝示警燈和門傳感器、安裝門控電機、粉刷外屏蔽表面等。2.4.3 加電及校準(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；輻射監控系統安裝就位；電源質量測試完成。通電過程必須按照順序逐一開啟各子系統，做好以下檢查：輸入電源和相位、從MDP到各系統輸入電源、主機和PFPG電源、CSC電源；控制系統、二級水冷、磁體腔體、真空系統（穩定壓力在5×10-7±2×10-7mbar）、磁場系統、RF、氦冷系統、LTF和靶系統等檢查。以上檢查通過后再進行束流調節、靶系統、束流功能測試等調試校準，如：PSMC輸出電流運行15min后漂移＜100ppm、束流輸入范圍 0±200μA輸出精度 ±0.01μA等。

2.4.4 性能測試(約5天)。必備條件：熱室安裝就位；化學試劑就位。主要進行空靶功能測試、18F-FDG、合成器系統等測試。如：檢測其靶系統氟-18的生產能力＞1000mci/h、氮-13-氨水的生產能力＞70mci/25min；FDG化學合成系統的合成效率70%±5%（EOB）、放射化學純度＞99%、合成時間＜25min等。

2.5 設備的檢測驗收及功能驗證

設備安裝完畢后，廠家應對用戶進行操作培訓。待回旋加速器試運行一段時間后，廠家和用戶應聯合委托國家質量技術監督部門，或組織院內、外的行業專家組，對新設備進行檢測驗收和應用功能驗證。專家驗收組將現場檢測采集的所有數據進行整理、裝訂并簽署現場專家的姓名，作為該設備的技術數據存入設備檔案[5]。

3 總結

回旋加速器的安裝項目是一項系統工程，設備龐大，整個過程復雜且花費時間長。因此，要求醫院設備項目管理工程師有全面的專業知識和較強的解決問題的能力，通過先熟悉掌握回旋加速器的基本原理及其構成，做好回旋加速器及其輔助設施的安裝以及機房的合理規劃設計，制定好工作項目書和進度表，積極進行多方協調，認真仔細地做好每一項工作，并做好記錄，這樣不但能迅速地提高專業技術水平和組織協調能力，而且有利于安裝項目工作的順利完成。

[1] 潘屏南,等.現代大型醫用設備·回旋加速器的組成和原理[M].北京:中國醫藥科技出版社,2002.

[2] 王明芳.醫用回旋加速器及正電子核素生產[J].國外醫學·放射醫學核醫學分冊,2002,26(5):231-236.

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

[4] 胡玉民,于麗娟,梁秀艷,等.PET/CT中心的回旋加速器安裝基本要求[J].醫療設備信息,2006,21(7):65-66.

[5] 陳澤龍,馬繼民.醫用回旋加速器安裝及生產的準備與要求[J].醫療衛生裝備,2005,26(11):59-60.

[6] 藍文才.大型醫療設備安裝項目執行及管理[J].醫療設備信息,2006,21(1):43-45.

[7] 王欣,陳云富,梁秀艷.實用PET診斷學[M].哈爾濱:黑龍江省科學技術出版社,2005.

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