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

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)射計算機斷層掃描儀/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(shè)粒子Q的質(zhì)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(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，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(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，實時監(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)。

燈絲報錯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，弧壓報錯Arc time out（陽極啟動超時），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，某晚開機前檢查發(fā)現(xiàn)停電，復(fù)位后開機真空一直很差。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(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排除其他兩個區(qū)域干擾。效果未見改善，關(guān)閉PV42時，真空出現(xiàn)波動。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)時應(yīng)注意觀察及時發(fā)現(xiàn)錯誤；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,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,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