醫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

南京軍區南京總醫院 核醫學科，江蘇 南京 210002

醫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

南京軍區南京總醫院 核醫學科，江蘇 南京 210002

正電子藥物是由回旋加速器和化學合成模塊等經系列化學反應合成。對回旋加速器的故障分析的報道尚不多。文中對兩例故障發生的現象，故障原因，故障排除進行分析，以期減少故障率的發生。

回旋加速器；故障；維護

引言

正電子發射計算機斷層掃描儀/CT（Positron Emission Computed Tomography/CT，PET/CT）是目前核醫學界內較高端的影像設備。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合成模塊等經系列化學反應合成?，F以，加拿大EBCO公司TR19型回旋加速器為例總結發生常見故障現象及對故障發生的原因，故障排除進行分析，以期減少故障率的發生。

1 設備工作原理

如圖1所示，在回旋加速器中心部位的離子源經高壓而使氣體電離發射粒子束流，該粒子束流在稱為Dee的半圓弧電極盒（簡稱D型盒）中運動。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動飛行。設粒子Q的質量為m，所帶電荷為q，所具的運動速度V，磁場強度為B，粒子受到的洛侖茲力F=BqV，粒子運行軌道的圓周半徑r與洛侖茲力F關系為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域，粒子被拉出后經電場的加速而獲得較低的初速度，同時，磁場也對這些粒子產生作用，兩種場作用的結果是粒子在D型盒間隙（gap）內按螺旋軌道飛行。帶電粒子經多次加速后，圓周軌道半徑達到最大并獲得最大的能量，在該點處粒子將被束流提取裝置提取引出[3-5]。

結構上，回旋加速器主要由7個系統來支持：離子源系統，射頻系統，磁場，引出系統，冷卻系統，真空系統和控制系統等，見圖2。

圖1 回旋加速器工作基本原理簡圖

圖2 加速器組成系統圖

2 常見故障

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

點擊離子源（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f lament time out（燈絲開啟超時）錯誤。

2.1.2 故障分析

TR19的離子源為外置離子源，該類型離子源的結構[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、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節系統、電源系統、水冷系統和控制系統等。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射電子，實時監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。

燈絲報錯可能存在的問題為燈絲電源故障，燈絲斷掉導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，開啟離子源發現燈絲可以正常開啟，弧壓報錯Arc time out（陽極啟動超時），確認光電隔離板故障。檢查光電隔離板發現精密放大器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 故障現象

真空異常，某晚開機前檢查發現停電，復位后開機真空一直很差。離子源真空正常主真空達10 uTorr，超過射頻開啟閾值5.7 uTorr.

2.2.2 故障分析

TR19加速器真空系統分為主真空，離子源真空以及靶區真空（如圖4）。主真空為粒子加速的場所，主要有一個機械泵（Rotate Pump，RP）和一個冷凝泵（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有泄露。PV42為剝離支架連接處，也可能導致泄露。

2.2.3 故障排除

首先檢查冷泵發現泵頭溫度15.8 K（凱爾文，溫度單位）效果還比較好。首先關閉XV0和XV2排除其他兩個區域干擾。效果未見改善，關閉PV42時，真空出現波動。懷疑該處有泄露，取出碳膜支架發現密封圈老化，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，附屬設備故障和人為操作失誤等多方面原因造成。有些設備的故障是可以通過預防減少其發生機率，而人為造成的故障是完全可以避免的。因此對設備、人員及物品等應制定相應的規章制度并嚴格執行，對確?；匦铀倨鞯恼９ぷ魇欠浅Ｖ匾?。以下是針對設備、人員及物料提出的建議：定期檢查保養設備；相關人員上崗操作應接受全面的培訓，考核合格之后方可上崗；所有人員均應按照標準作業程序操作，不得隨意更改控制流程；生產時應注意觀察及時發現錯誤；設備間的溫濕度必須嚴格按照相關規定要求。

4 小結

在回旋加速器生產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有關。加速器的常規維護與保養，合理規范的技術操作、嚴謹的工作態度及工作人員的全面培訓可減少加速器的故障發生率。

[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節的Meta分析[J].醫學研究生學報,2011,24(1):39-42.

[2]胡裕效,張壘,季發權,等.膠質母細胞瘤18氟-脫氧葡萄糖PET/CT影像學表現[J].醫學研究生學報,2011,24(6):597-601.

[3]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.

[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.醫用回旋加速器結構性能分析與技術進展[J].中國醫療器械信息,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