張曉鋒,高振江,李帥,楊建偉
1 鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 PET-CT中心,鄭州市,450008
2 通用電氣醫(yī)療集團有限公司,鄭州市,450008
PET-CT有機融合了PET的功能成像和CT的解剖結(jié)構(gòu)顯像,可提供靶器官的功能和解剖雙重信息[1-2]。隨著PET-CT受檢患者不斷增加[3],要求回旋加速器制藥系統(tǒng)不僅能提供越來越大量的正電子示蹤劑,還要有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時隨著科研需求的不斷增加,對新型示蹤劑的合成制備環(huán)節(jié)也提出了許多新的要求。
我院于2007年10月引進美國GE公司MINItrace型回旋加速器,設(shè)備經(jīng)過十余年的運行,部分系統(tǒng)硬件存在老化問題,尤其是射頻系統(tǒng)不穩(wěn)定、爆靶故障及離子源短路時有發(fā)生。這些對PET-CT檢查的正常進行提出了非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外,病人對于醫(yī)院準(zhǔn)時性、準(zhǔn)確性等方面的要求不斷提高,放射性藥物供應(yīng)的及時性和穩(wěn)定性就尤為重要。本院于2018年4月對MINItrace型回旋加速器升級為Qilin型。本研究回顧性分析了升級前后回旋加速器的運行情況,以期為回旋加速器的系統(tǒng)升級提供客觀依據(jù)。
回旋加速器的原理是離子源氣體經(jīng)電弧放電電離產(chǎn)生粒子束流,該粒子束流在直流磁場和高頻電壓作用下獲得足夠動能,經(jīng)束流提取系統(tǒng)獲得高能量的質(zhì)子[4],轟擊靶系統(tǒng)的原子核,利用質(zhì)子/中子(P/N)反應(yīng),形成半衰期很短的正電子核素。
不同型號的回旋加速器結(jié)構(gòu)有較大差異,但其基本組成單元[5-6]一般有:靶系統(tǒng)、離子源系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、磁場系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自屏蔽系統(tǒng)及診斷系統(tǒng)。
本次GE公司MINItrace回旋加速器升級部分主要包括全面升級現(xiàn)有的軟硬件平臺,采用最新的射頻控制及管理系統(tǒng),更換GE新一代的離子源系統(tǒng),新增最新的智能Smart Tool離子源實時調(diào)節(jié)工具,銀靶系統(tǒng)升級為鈮靶系統(tǒng)。
升級后的回旋加速器,可以獲得更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性及更加安全的系統(tǒng)維護方式,有效避免系統(tǒng)維護中的輻射安全問題。相比MINItrace系統(tǒng),Qilin系統(tǒng)的射頻穩(wěn)定性、核素產(chǎn)量、保養(yǎng)維護周期等核心性能指標(biāo)都有顯著改善。
采用美國GE公司MINItrace/Qilin型回旋加速器。活度檢測儀器為美國CAPINTEC公司CRC-25R型活度計,儀器測量分辨率為0.01 MBq,系統(tǒng)線性2%以內(nèi),儀器在法定計量檢定有效期內(nèi)。
數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0處理,計數(shù)資料采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,組間比較使用配對t檢驗,檢驗水準(zhǔn)α=0.05。
離子源的微控Smart Tool智能調(diào)節(jié)技術(shù)可以在新離子源位置調(diào)整中避免不必要的開腔調(diào)節(jié),大大減小了離子源不必要的損耗。配合二代離子源技術(shù),可以在工作條件不變的情況下得到更好的離子源效率。
升級后的離子源系統(tǒng)提供了實時離子源調(diào)節(jié)的能力,確保束流時刻擁有最好的集中度和準(zhǔn)確度,動態(tài)最優(yōu)化產(chǎn)能。日常示蹤劑生產(chǎn)中,可以根據(jù)離子源狀態(tài),實時調(diào)整位置,確保離子源時刻處于最佳工作狀態(tài),減少轟擊時間,延長離子源壽命。
射頻控制系統(tǒng)在升級后由專用的計算機電路替代以前的數(shù)個集成電路板。一方面一體化的設(shè)計有助于提高其整體的穩(wěn)定性,另一方面對射頻參數(shù)的控制更為精確,有效提高束流的加速效率,同時對射頻參數(shù)的故障判斷也更加個性化,能更加準(zhǔn)確地判斷射頻的運行狀態(tài)。
Qilin全新鈮靶系統(tǒng)配置全水冷系統(tǒng),相比MINItrace銀靶系統(tǒng)所配置的氦冷/水冷復(fù)合系統(tǒng),冷卻能力有大幅提高。由于鈮靶系統(tǒng)沒有氦冷系統(tǒng),大幅降低了轟擊過程中因氦冷壓力問題導(dǎo)致的爆靶可能。此外靶室容量由MINItrace系統(tǒng)的2 mL提高到2.7 mL,靶水體積增加產(chǎn)量也大幅增加。鈮靶系統(tǒng)在臨床上將成為趨勢[7-8]。
MINItrace/Qilin在前兩代MINItrace的基礎(chǔ)上通過改善離子源、射頻控制系統(tǒng)、射頻加速系統(tǒng)、靶系統(tǒng)等子系統(tǒng)的工作效率,可以提高靶上有效束流,將靶上束流提高40%,由原來的最大有效靶束流35 μA提高到50 μA,靶產(chǎn)率隨有效靶電流的增大而提高[9]。換言之,如果仍然使用原有的工作負(fù)荷,即產(chǎn)量不變,靶系統(tǒng)承受的工作壓力就會減小40%~50%以上。因此僅對于束流負(fù)荷的變化上,對靶膜等耗材來講如果采用相同的工作條件可以延長40%~50%的壽命。
MINItrace由于射頻不穩(wěn)定,離子源打火,銀靶系統(tǒng)所配置的氦冷/水冷復(fù)合系統(tǒng)靶膜容易爆靶等原因,在日常工作中,轟擊電流一般不超過35 μA。升級后的Qilin系統(tǒng)可以有效提高靶上束流,將靶上有效束流提高到50 μA。筆者回歸性分析升級前后產(chǎn)量對比,轟擊產(chǎn)品18F離子均經(jīng)QMA柱子捕獲經(jīng)活度計測量。測量結(jié)果見表1。
結(jié)果表明在轟擊條件(35 μA,60 min)下MINItrace的18F離子產(chǎn)量為803~839(822.50±10.61)mCi,Qilin為1 246~1 310(1 263.01±9.19)mCi。對兩組數(shù)據(jù)進行配對t檢驗,得出兩組之間差異具有顯著性,P<0.05(t=-85.86,P=0.000)。在轟擊條件(35 μA,90 min)下MINItrace的18F離子產(chǎn)量為1 148~1 198(1 163.60±18.38)mCi,Qilin為1 756~1832(1 774.50±14.85)mCi。兩組之間差異具有顯著性P<0.05(t=-164.04,P=0.000)。表明在相同的轟擊條件下加速器升級以后18F離子產(chǎn)量提高約45%;在轟擊條件(35 μA,60 min)下MINItrace的18F離子產(chǎn)量為803~839(822.50±10.61)mCi,在轟擊條件(50 μA,60 min)下Qilin的18F離子產(chǎn)量為1 658~1 728(1 691.50±12.06)mCi。表明轟擊束流50 μA比35 μA時增加約100%(t=-143.43,P=0.000)。更高產(chǎn)量的正電子核素可以滿足更多患者受檢所需,大幅縮短了受檢病人預(yù)約等待時間,更有利于臨床工作的開展[10]。
表1 MINItrace/Qilin升級前后F離子產(chǎn)量對比Tab.1 Comparison of-F production of the MINItrace cyclotron before and after upgrade
回顧性分析升級前MINItrace于2017年4月1日到2018年3月31日(12個月)的整機故障率及升級后Qilin于2018年4月11日到2019年4月10日的整機故障率見表2。結(jié)果表明升級前射頻系統(tǒng)故障一年多達(dá)27次,射頻不穩(wěn)導(dǎo)致停機問題在升級后得到根本性解決,離子源及靶膜更換次數(shù)減少表明升級后離子源及靶膜的使用壽命變長。升級前MINItrace系統(tǒng)二級水冷系統(tǒng)異常發(fā)熱致管道變形爆管,升級后尚未有異常發(fā)生。Qilin系統(tǒng)整機故障率較升級前下降86.8%。詳見表2。
表2 MINItrace/Qilin升級前后故障率對比Tab.2 Comparison of failure rates of the MINItrace/Qilin before and after upgrade
Qilin各系統(tǒng)升級后故障率較升級前均有明顯降低,尤其是射頻系統(tǒng),根本性解決了射頻不穩(wěn)定導(dǎo)致的意外停機。Qilin整機穩(wěn)定性大幅提高,為臨床工作的順利開展提供了有效保障。
Qilin在MINItrace的基礎(chǔ)上通過改善離子源、射頻控制系統(tǒng)、鈮靶系統(tǒng)等子系統(tǒng)的工作效率,系統(tǒng)故障率明顯降低,系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提升,相應(yīng)的維護保養(yǎng)周期大幅提高。離子源、靶膜的壽命延長降低了更換耗材費用,節(jié)省了運行成本。升級后的靶容量及有效靶電流增加,同樣的轟擊條件較升級前產(chǎn)量提高約45%,可以更好地為臨床服務(wù)。
更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性及更加安全的系統(tǒng)維護方式,更長的保養(yǎng)維護周期也有效降低了系統(tǒng)維護中的工作人員輻射劑量。
該型號回旋加速器升級耗時約需10 d,周期短可放在長假進行。升級無須做新場地及環(huán)評等,對場地沒有破壞、升級耗時短??捎行Ы鉀Q放射性藥物供應(yīng)及時性和穩(wěn)定性的問題,為PET-CT檢查流程順利進行提供藥物保障。