醫(yī)用回旋加速器的聯(lián)動防護和日常生產(chǎn)保障措施

梁耿，劉大鵬

聯(lián)勤保障部隊第九二三醫(yī)院 （廣西南寧 530012）

隨著我國核醫(yī)學的發(fā)展和近年來國家對核醫(yī)學的重視，分子顯像技術得以迅速發(fā)展和廣泛應用。PET-CT 作為核醫(yī)學科進一步升級的標志性設備，已成為大部分三甲醫(yī)院甚至部分縣級醫(yī)院的常見設備，在提高和豐富醫(yī)院檢查手段的同時，為疾病治療提供了更多更好的醫(yī)療技術支持。正電子放射性藥物是PET-CT 檢查的先決物質條件，對保障臨床正常診療工作尤為重要，而醫(yī)用回旋加速器作為生產(chǎn)正電子放射性藥物的設備，其價格相對于其他大型醫(yī)療設備而言并不昂貴，因此，醫(yī)用回旋加速器已成為PET-CT的必要配套設備。醫(yī)院配備醫(yī)用回旋加速器后，藥物可以隨時自產(chǎn)自用，不但可提高PET-CT 檢查效率，還可減少遠程購買藥物的風險和不確定性。在日常正電子放射性藥物生產(chǎn)工作中，保障醫(yī)用回旋加速器的安全運行是每一位核醫(yī)學物理師的必修課，本文以我科配備的住友HM-10醫(yī)用回旋加速器為例，討論醫(yī)用回旋加速器的聯(lián)動防護和日常生產(chǎn)保障措施，以供同行參考。

1 醫(yī)用回旋加速器配置房間分類及其作用

我科的醫(yī)用回旋加速器于2010年8月安裝完成，醫(yī)院針對該設備配備有回旋加速器室、加速器操作間、氣瓶室、外部設備室，每個房間的人員狀態(tài)和聯(lián)動安全配置均不同，見圖1。

圖1 醫(yī)用回旋加速器房間配置

1.1 回旋加速器室

回旋加速器室為醫(yī)用回旋加速器主體的放置房間。日常生產(chǎn)過程中，由于帶電粒子經(jīng)過加速后碰撞靶系統(tǒng)中的原料，原料原子核經(jīng)核裂變后會產(chǎn)生各種能量不同的正電子放射性核素，所以加速器運行時，回旋加速器室應是無人的狀態(tài)，因此醫(yī)用回旋加速器應聯(lián)動此房間入口的鉛防護門，使鉛防護門在加速器運行時無法開啟，而聯(lián)動信號應從醫(yī)用回旋加速器的主磁體部分取得（因為只有主磁體通電的情況下才能產(chǎn)生洛倫茲力讓帶電粒子偏轉引出真空腔碰撞靶系統(tǒng)）。但目前很多廠商為了方便安裝工程，采取直接從操作端工作站取得聯(lián)動信號的方法，導致在加速器和操作端斷聯(lián)的情況下仍然可以打開回旋加速器室的屏蔽門，這是一個很大的技術弊端和隱患。

1.2 加速器操作間

加速器操作間是工作人員駐留時間最長的地方，也是對輻射防護要求最高的房間。由于需要和加速器主電箱連接，所以加速器操作間和回旋加速器室一般都是毗鄰或者距離較近的兩個房間，且回旋加速器室的屏蔽門一般也設置在這兩個房間之間。在聯(lián)動防護方面，首先，加速器運行時從操作間進入回旋加速器室的屏蔽門應無法打開；再者，應該預留好人員撤離通道，撤離通道的防護門應是進入醫(yī)用回旋加速器區(qū)域的主大門，并且設置在加速器主體的最遠端，撤離通道的防護門在環(huán)境探測器報警時應聯(lián)動開啟或者可以快捷打開，方便發(fā)生事故時工作人員可以快速撤離；但在正常工作情況下，撤離通道防護門應采用生物識別的方式僅授權人員可以進入，以防止放射源被盜丟失，也可防止無關人員誤入產(chǎn)生被照射風險。

1.3 氣瓶室

醫(yī)用回旋加速器的氣瓶室一般用于存放氫氣和用于冷卻的惰性氣體。大部分醫(yī)用回旋加速器都是通過粒籽源電離氫氣的方式來取得帶電粒子，而氫氣屬于易燃易爆氣體，在被電離的過程中存在發(fā)生回火的概率。目前，大部分廠家使用回火止回閥來防止意外發(fā)生，但是回火止回閥缺乏可視部件，即核醫(yī)學工作人員無法通過觀察來確定回火止回閥的狀態(tài)是否正常。在聯(lián)動防護方面，首先，氣瓶室應該使用防火門，防火門從粒籽源部分取得信號，即粒籽源通電時防火門呈緊閉狀態(tài)，禁止人員進入；同時，由于氫氣是直接通過氣管連接加速器內部的粒籽源，所以在管道中段應設置單向閥門，若氫氣瓶發(fā)生燃爆則單向閥門可以防止火災牽連加速器內部導致次生輻射事故的發(fā)生。

1.4 外部設備室

醫(yī)用回旋加速器有空氣壓縮機和外部水冷機兩個附屬設備，一般安裝在同一個空間方便維護和操作。

1.4.1 空氣壓縮機

空氣壓縮機通常是給加速器的一些氣動閥門提供氣體壓力，并且是單向的，不存在氣體回流，所以沒有輻射的危害。在聯(lián)動防護方面，應該設置壓力感應的聲光報警儀，報警儀安裝在加速器操作間，若加速器運行過程中出現(xiàn)壓力不足的情況，工作人員可第一時間停止其運行，防止因壓力不足而造成的運行故障。

1.4.2 水冷機

醫(yī)用回旋加速器有兩級水循環(huán)，見圖2。因轟擊中的靶系統(tǒng)會產(chǎn)生較大熱量，所以一級水冷會穿過加速器的靶系統(tǒng)持續(xù)地循環(huán)運轉，然后將熱量通過導熱介質傳導到二級水冷；二級水冷會經(jīng)過外部水冷機，由水冷機將加速器的熱量帶出，實現(xiàn)給轟擊狀態(tài)下的靶系統(tǒng)降溫的目的。雖然兩級水循環(huán)并不直接聯(lián)通，但由于靶內輻射劑量非常大，一級水冷通過靶內會攜帶較大劑量的輻射，而導熱介質并不能隔離輻射，所以在外部設備室內運行的二級水冷也存在一定的輻射風險。省級生態(tài)環(huán)境部門要求核醫(yī)學科更換冷卻水時必須先排入衰變池，待輻射衰變至標準以下時方可排入市政管道[1]。聯(lián)動防護方面，應在外部水冷機附近設置可讀數(shù)輻射探頭，外部設備室的防護門應從輻射探頭取得信號，當探測劑量大于安全值時防護門呈常閉狀態(tài)，禁止人員進入，輻射探頭讀取端設置在加速器操作間，方便工作人員了解加速器運行或者停機時冷卻水的輻射數(shù)值，以保證進行換水或者維修工作時輻射值在安全范圍內。

圖2 兩級水冷系統(tǒng)

1.5 前期裝機準備

從醫(yī)用回旋加速器前期裝機開始就應該注意結合聯(lián)動防護機制，充分考慮解決生產(chǎn)故障的方案。首先，因加速器運行過程中人員無法靠近，所有應該考慮遠程操作存在的弊端。如加速器運行過程中有可能會出現(xiàn)的一些數(shù)據(jù)交互故障，這類故障會導致控制端與回旋加速器室之間出現(xiàn)斷聯(lián)的現(xiàn)象，使得工作人員無法控制加速器的部分功能，進而影響正電子放射性藥物的生產(chǎn)進程。一般此類故障是由于控制電箱的TLC 或者路由器數(shù)據(jù)過載導致的，只需要重啟過載部分的設備即可解決故障，但是在聯(lián)動防護機制下工作人員無法進入回旋加速器室，因此應在前期裝機階段將部分控制電箱放置在加速器操作間，同時外部設備的控制端也應放置在工作人員可以安全操作的地方。我科將水冷機的控制端放置在撤離通道，工作人員無須進入外部設備室就可以調節(jié)水冷機的溫度。目前，大部分新安裝的場地都要求控制電箱放置在獨立的房間，以方便工作人員手動重啟控制部件來保障正常生產(chǎn)。但是考慮到部分醫(yī)院空間較為局促，無法實現(xiàn)將控制電箱放置在獨立房間的情況，我們建議可以將控制電箱的電源通過接長的方式從線路地溝接入操作間，這樣既不需要進入回旋加速器室，又能通過斷電的手段控制部件的重啟動作。但需要注意的是，通過斷電進行重啟存在一定風險，應盡量細分各個控制部件，并且日常檢查時需注重電子部件的細微觀察，若一次重啟不能恢復生產(chǎn)，則不可重復進行斷電操作，更需要注意的是地溝穿線應保證地溝的輻射防護完整，不能隨意開孔以避免輻射泄漏[2]。

2 故障實例

醫(yī)用回旋加速器的穩(wěn)定生產(chǎn)是PET-CT 日常工作的根本保證，現(xiàn)結合我科室加速器的兩例故障和生產(chǎn)保障措施，以充分解釋靈活運用聯(lián)動防護機制是可以有效保障日常生產(chǎn)工作的。

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

某日生產(chǎn)氟代脫氧葡萄糖（18F-FDG）時，醫(yī)用回旋加速器轟靶過程中出現(xiàn)束流間斷現(xiàn)象，平均每20秒就會出現(xiàn)束流斷層，恢復束流時出現(xiàn)脈沖式波動，束流峰值可達到80 MPa，靶系統(tǒng)的內部壓力相較正常狀態(tài)增大0.5 MPa，而且靶內壓力呈持續(xù)上升狀態(tài)（如持續(xù)上升超過2 MPa，加速器會提示壓力過大然后強制關閉束流，進而影響藥物生產(chǎn)）。

2.1.2 故障分析

此現(xiàn)象可以視為靶內溫度過高，如果束流持續(xù)以這種狀態(tài)轟擊靶水，很有可能因為溫度太高導致靶內重氧水氣化，氣化后的重氧水在傳輸過程中易滯留在管道內，無法到達合成模塊，嚴重影響18F-FDG 的產(chǎn)率；同時，如果靶內壓力持續(xù)過大，還有可能導致靶系統(tǒng)內部真空膜破裂，直接造成重氧水泄漏，進而導致生產(chǎn)失敗。針對此故障，我們考慮是由于氫氣瓶填充時誤入微小雜質，導致氫氣管道內存在氣流斷層，進而引起故障。

余洋通過模擬仿真得出了運動間隙對動態(tài)特性的影響[3]；張春、黃華軍等人建立了剛柔耦合仿真模型，對轉子系統(tǒng)軸承進行了力學分析[4]；邵兵通過對渦旋壓縮機整機的仿真分析，得出了氣體力對整機泄漏的影響[5]。彭斌等對無油渦旋壓縮機的前景進行了展望[6]，王志軍利用三維軟件對實際運動進行了仿真，并對實際運動與理論運動進行了比對分析[7]。

2.1.3 故障處理

因加速器運行過程中我們無法進入氣瓶室檢查，因此，為了保障正常的藥物生產(chǎn)，靈活運用聯(lián)動防護機制是唯一的解決辦法：首先，關閉粒籽源的電源，斷電的情況下粒籽源不會電離氣體，因此可以確保無回火的危險；然后將加速器的射頻系統(tǒng)關閉到主磁體斷電的步驟，這時射頻系統(tǒng)處于預熱時的工作階段，即加速器處于半開狀態(tài)，無束流轟擊靶系統(tǒng)，整體環(huán)境輻射劑量會持續(xù)降低，又因粒籽源已斷電，此時我們既可以進入氣瓶室來完成排查故障的工作，又無需完全關閉加速器；進入氣瓶室后，手動切換氣瓶通路排出大部分微小雜質（見圖3），以排除隱患，再回到操作間重新啟動粒籽源電源，并將射頻系統(tǒng)全鏈路打開，以完成重新轟靶的操作；此時，通過觀察確定靶內壓力恢復正常，加速器束流也緩慢恢復穩(wěn)定，故障解除。整個故障處理過程既不影響后續(xù)藥物合成，還能減少加速器全關和重啟的時間成本，因正電子放射性藥物會自行衰減，所以節(jié)約時間就是增加藥物產(chǎn)量，保障患者的檢查完成率。需要注意的是，如果氣瓶室和加速器主體距離較近，氣瓶室內會有較大的輻射劑量，我們可以在氣瓶室和加速器主體之間增加鉛磚用于屏蔽射線，但需要具體結合各醫(yī)院實際情況進行處理，并將人員安全永遠放在第一位。

圖3 氣瓶通道

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

某日，加速器轟靶結束后出現(xiàn)傳輸閥門無法打開的現(xiàn)象，設備提示“KV open action alarm”，KV 為連接靶水腔和合成模塊之間的氣動閥門，KV 閥打不開會直接導致生產(chǎn)出來的F 離子無法正常傳輸至合成模塊所在熱室，正電子放射性藥物的生產(chǎn)也會因此中斷。

2.2.2 故障分析

因為傳輸閥門為氣動閥，所以初步判斷為空氣壓縮機失壓導致。但是由于外部設備室的水冷機此時仍在運轉，靶內的F 離子因無法轉移所以持續(xù)在對循環(huán)水進行輻射，導致外部設備室的輻射劑量居高不下，而在聯(lián)動防護機制下，工作人員無法進入外部設備室排查空氣壓縮機故障，所以排除故障的首要任務是如何進入外部設備室。

分析聯(lián)動防護機制后可知，主要輻射來源為二級水冷的循環(huán)水，因此，采用以下方法處理故障：首先，將水冷機溫度調低幾度，使一級水冷的溫度下降至20 ℃以下（正常運行溫度為28 ℃），然后停止二級水冷的循環(huán)泵，使被照射的循環(huán)水無法進入外部設備室，再將二級循環(huán)水排入衰變池，排空管道后外部設備室的輻射劑量會下降至正常范圍內，但是此時僅有一級水冷在工作，熱量無法傳導至水冷機，所以一級水冷的溫度會逐步上升，因前期我們已將溫度降低，使水溫上升至水冷溫度報警值（40 ℃）需要一定的時間，實際觀察發(fā)現(xiàn)從20 ℃上升至38 ℃耗時大約36 min，足夠工作人員進入外部設備室排查故障；經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)故障原因為蓄壓罐通路管道漏氣，導致壓力下降，工作人員手動將氣體管道轉換至備用通道后，壓力恢復正常，故障排除；傳輸閥門可以正常打開后，立即將F離子轉移至合成熱室，這樣可以將主要熱量的來源轉移，使一級水冷的溫度不再升高，解除高溫報警的威脅，之后再重新補充冷卻水并打開二級水冷，將之前累積在一級水冷里的溫度帶出，設備恢復正常。

3 小結

為了保證PET-CT 日常工作的順利進行，醫(yī)用回旋加速器的聯(lián)動防護應該更加細化，可按輻射風險來區(qū)分，將運行中無輻射危險的部件分別放置于每個房間中，方便工作人員排除故障保障生產(chǎn)，而有輻射風險的部件應該聯(lián)動防護，降低發(fā)生輻射事故的概率。國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局2003年發(fā)布的《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》[3]4.3.3中明確指出：對于任一特定源的照射，應使防護與安全最優(yōu)化。因此，我們在制定聯(lián)動防護措施的同時，不但要考慮經(jīng)濟和社會因素，還要考慮個人受照劑量、受照人數(shù)及受照射的可能性，盡可能地控制在合理范圍內的最低值，還應根據(jù)不同醫(yī)院的客觀條件因地制宜，靈活運用輻射防護知識，在安裝和生產(chǎn)過程中集思廣益，結合實際生產(chǎn)需要來設置好聯(lián)動防護機制，后期工作中則應學會靈活變通，保障生產(chǎn)，保證安全。