GE FASTlab2化學(xué)合成模塊典型故障分析與處理

張穎，鄧旋，王聯(lián)輝，張志博，田浩坤

江西省人民醫(yī)院（南昌醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院） a.核醫(yī)學(xué)科；b.腫瘤科；c.醫(yī)學(xué)裝備部，江西 南昌 330006

引言

近年來(lái)核醫(yī)學(xué)事業(yè)迅猛發(fā)展，PET/CT 進(jìn)入一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代。而PET/CT 本身是一個(gè)完全藥物依賴性的設(shè)備，正電子藥物及時(shí)、穩(wěn)定的獲得是PET/CT 檢查的關(guān)鍵一環(huán)[1]。GE FASTlab2 化學(xué)合成模塊是制備PET/CT 檢查用正電子藥物的專(zhuān)用設(shè)備，因其具有更高的放射化學(xué)產(chǎn)率和更穩(wěn)健的合成過(guò)程而被廣泛應(yīng)用[2]。18F-2-脫氧-D-葡萄糖（18F-2-Deoxy-D-Glucose，18F-FDG）作為目前PET/CT 最常用的正電子藥物，其具有很強(qiáng)的放射性（半衰期為109.8 min）。在合成過(guò)程中若合成模塊出現(xiàn)故障需要等到輻射劑量降到安全線下后方能進(jìn)行維修，等待時(shí)間長(zhǎng)，且藥物生產(chǎn)成本較高，因此最大限度減少設(shè)備故障、保質(zhì)保量合成每一批18F-FDG 藥物十分重要[3]。本文以 FASTlab2 合成18F-FDG 為例，介紹3 例FASTlab2 合成模塊典型故障分析和維修過(guò)程。

1 FASTlab2合成模塊介紹

FASTlab2 是一套自動(dòng)化合成系統(tǒng)（圖1），該系統(tǒng)可以將外部生成的放射性同位素（來(lái)自回旋加速器）轉(zhuǎn)換成放射性藥物，可供進(jìn)一步處理和質(zhì)量控制[4]。這是通過(guò)一次性消耗品試劑卡套實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)ASTlab2 生成的放射性藥物可供在正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)（PET/CT）中使用[5]。

圖1 FASTlab2合成模塊系統(tǒng)

如圖2 所示，F(xiàn)ASTlab2 正面面板與卡套緊密匹配。其有一排有 25 個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，允許旋轉(zhuǎn)歧管閥門(mén)，還有 3 個(gè)線性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)注射器。另有一個(gè)促動(dòng)抽屜，可確?？ㄌ追胖糜诤铣善髑安浚⒄_地與促動(dòng)器相互作用。反應(yīng)筒位于裝配有進(jìn)行溫度調(diào)整的熱電偶和冷卻系統(tǒng)的加熱器上。連接到廢液瓶的真空泵將液體從系統(tǒng)排出，并流入給予放射防護(hù)的外部廢物瓶。合成過(guò)程中所需的不同的真空水平，由1 個(gè)電子真空計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)1 組電動(dòng)氣動(dòng)閥和1 個(gè)緩沖體積來(lái)調(diào)整合成過(guò)程中所需的不同氮?dú)鈮毫λ?。位?FASTlab2 的電動(dòng)氣動(dòng)閥門(mén)可以確保氣體供應(yīng)管路、真空管路和卡套之間的連接。

圖2 FASTlab2合成模塊初始界面示意圖

合成模塊通過(guò)安裝不同的試劑卡套可以完成不同正電子放射性藥物的合成[6]，18F-FDG 的合成可以用FDG檸檬酸鹽卡套完成，而且模塊還配備可以同一卡套連續(xù)合成兩批次FDG 的雙次FDG 檸檬酸鹽試劑卡套，能滿足短時(shí)間內(nèi)18F-FDG 用量大需要連續(xù)合成藥物的單位需求[7]。雖然FASTlab2 合成模塊具有自動(dòng)化程度高且穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)[8]，但是長(zhǎng)時(shí)間使用也會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。本文對(duì)用單次FDG 檸檬酸鹽卡套合成18F-FDG（圖3）中FASTlab2 合成模塊出現(xiàn)的3 例典型故障進(jìn)行介紹。

2 典型故障分析與處理

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

FASTlab2 合成模塊開(kāi)始新的合成程序后，首先進(jìn)行Lab Unit Test 實(shí)驗(yàn)室部件測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，報(bào)錯(cuò)提示為“Repressurization of the waste bottle test failed”（廢液瓶復(fù)壓測(cè)試失?。?，見(jiàn)圖4。

2.1.2 故障分析

實(shí)驗(yàn)室部件測(cè)試為系統(tǒng)硬件測(cè)試，安裝試劑盒前要驗(yàn)證FASTlab2 的關(guān)鍵功能。此驗(yàn)證包括檢查：輸出板可操作，在一個(gè)充分壓力水平供應(yīng)空氣和氣體，加熱器可操作，線性促動(dòng)器功能正常（注射器和放射性柱塞），氮?dú)鈮毫驼婵照{(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行正常，已連接廢液瓶[9]。測(cè)試結(jié)果顯示錯(cuò)誤發(fā)生在廢液瓶復(fù)壓時(shí)。廢液瓶連接有4 根硅膠管（圖5），F(xiàn)ASTlab2 真空泵通過(guò)其中1 根硅膠管與廢液瓶直接連接，系統(tǒng)可以向連接至歧管的廢液收集瓶施加-1000～0 mBar 的負(fù)壓，通過(guò)第2 根硅膠管將廢液從盒中吸出。第3 根硅膠管連接至氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)，可使廢液瓶復(fù)壓。第4 根硅膠管可以連接到另外一個(gè)容器（可以通過(guò)廢液瓶增壓將 FASTlab2 廢液瓶的廢液遠(yuǎn)程排空至此外部容器中）。復(fù)壓測(cè)試問(wèn)題可能出現(xiàn)在第3根管路或氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)。

圖5 廢液瓶連接管示意圖

2.1.3 故障處理

斷開(kāi)廢液瓶上連接氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)硅膠管接口，檢查硅膠管，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯堵塞或裂縫。在維護(hù)模式下設(shè)真空壓力為-300 mBar，觀察實(shí)際壓力變化，發(fā)現(xiàn)真空泵工作但無(wú)法達(dá)到設(shè)定負(fù)壓值，而快速封堵硅膠管接口后迅速達(dá)到-300 mBar 負(fù)壓，表明廢液瓶連接氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)硅膠管路正常。硅膠管接回到合成器相應(yīng)接口，再檢查氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)，更改設(shè)定壓力為-300 mBar 后，待負(fù)壓穩(wěn)定在0 mBar 時(shí)，觀察復(fù)壓閥（圖2 中waster repress 閥）打開(kāi)后壓力讀數(shù)變至-240 mBar 左右不再變化，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有氮?dú)夤?yīng)給廢液瓶復(fù)壓，而測(cè)試氮?dú)庹{(diào)壓組件中緩沖瓶壓力變化發(fā)現(xiàn)氮?dú)夤?yīng)正常，由此判斷復(fù)壓閥堵塞或無(wú)法實(shí)際打開(kāi)。因合成模塊需配有超純氮?dú)猓?9.9999%）工作，氮?dú)獾募兌仁欠襁_(dá)標(biāo)以及更換氣瓶操作可能導(dǎo)致有雜質(zhì)進(jìn)入從而影響氮?dú)鈿饴烽y門(mén)的開(kāi)閉效果。拆下氮?dú)庹{(diào)壓組件更換廢液復(fù)壓閥，將氮?dú)庹{(diào)壓組件裝回模塊，重新測(cè)試后正常，故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象

FASTlab2 合成模塊合成前期測(cè)試結(jié)束，加速器轟擊完的氧18 水（靶水）傳輸完成后開(kāi)始合成，靶水通過(guò)一個(gè)陰離子交換柱（QMA），18F 離子被捕獲于柱上，剩余氧水進(jìn)入回收瓶[10]。此時(shí)位于QMA 柱（捕獲18F）的放射性探測(cè)器讀數(shù)356 mCi（圖6），遠(yuǎn)低于加速器轟擊出靶水的放射性活度（約750 mCi），捕獲率低于50%，最終18F-FDG 產(chǎn)量明顯降低。

圖6 QMA柱放射性探測(cè)器顯示數(shù)值（356 mCi）

2.2.2 故障分析

轟擊完的氧18 水經(jīng)QMA 柱捕獲18F 離子，捕獲效率低其原因可分為3 點(diǎn)：① 加速器是否正常產(chǎn)出18F；② 靶水是否全部傳輸?shù)胶铣煽ㄌ族F形瓶中；③ QMA 柱是否失效[11]。加速器的18F 的產(chǎn)出可通過(guò)直接測(cè)量轟擊完的氧18F 的放射性活度判斷，根據(jù)其他合成模塊生產(chǎn)正?？膳懦铀倨魃a(chǎn)原因[12]。由于其他同一批號(hào)合成卡套在合成中均未出現(xiàn)QMA 柱捕獲異常，暫不考慮QMA 柱失效原因。合成結(jié)束且場(chǎng)地安全后，檢查氧18水回收瓶中液體體積明顯減少（約0.7 mL），而加速器傳輸氧水體積為2.2 mL，由此懷疑氧水極大可能未能傳輸?shù)娇ㄌ族F形瓶中。測(cè)試從加速器傳輸液體（用普通去離子水測(cè)試）到合成卡套錐形瓶，測(cè)量體積發(fā)現(xiàn)加速器上水體積為2 mL，而錐形瓶收集體積約為0.7 mL，在斷開(kāi)合成器與加速器靶水傳輸管路接口后，再次傳輸靶水，在接口處另取收集瓶收集加速器傳輸液體，測(cè)量體積為2 mL。故問(wèn)題可能出在合成模塊的靶水收集管路上（管線堵塞或被擠壓）。

2.2.3 故障處理

合成模塊的氧18 水接收管連接如圖7 所示，左邊接口連接加速器傳輸管，經(jīng)中間夾管閥，再連接右側(cè)活動(dòng)柱塞，通過(guò)加速器5 bar 氦氣正壓傳輸和合成器負(fù)壓抽取同時(shí)進(jìn)行氧18 水收集。取下氧18 水接收管（圖8），用去離子水測(cè)試發(fā)現(xiàn)有堵塞情況（因長(zhǎng)時(shí)間傳輸放射性很強(qiáng)的18F 核素導(dǎo)致管線老化，以及加速器銀靶長(zhǎng)期使用導(dǎo)致靶水中銀粉等雜質(zhì)含量增多堵塞管道[13]），更換新的接收管，裝入合成器，測(cè)試傳輸靶水后體積實(shí)測(cè)約1.5 mL（加速器傳輸約2 mL）。檢查錐形瓶上活動(dòng)柱塞，發(fā)現(xiàn)下端靶水出口因長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)強(qiáng)放射性核素有腐蝕情況（變黑且端口變粗糙）[14]，取下經(jīng)超聲清洗后重新安裝，但多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)傳輸體積仍偶有減少狀況發(fā)生。最后更換新的活動(dòng)柱塞，經(jīng)多次測(cè)試后傳輸正常，故障排除。

圖8 氧18水接收管結(jié)構(gòu)圖

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

FASTlab2 合成模塊合成18F-FDG 過(guò)程中，右側(cè)第一位注射器的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作注射器位置實(shí)際數(shù)值（5.2 mm）與當(dāng)前設(shè)定數(shù)值（0）不符（圖9），注射器驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作異常，致合成程序無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。

圖9 驅(qū)動(dòng)動(dòng)作注射器位置實(shí)際數(shù)值

2.3.2 故障分析

在FASTlab2 的前面板上有3 個(gè)注射器驅(qū)動(dòng)器Syringe1、Syringe2 和Syringe3，見(jiàn)圖10。這些注射器驅(qū)動(dòng)器控制來(lái)自FASTlab 試劑卡套的兩個(gè)6 mL 注射器Syringe2 和Syringe3 和一個(gè)1 mL 注射器Syringe1在60 mm 的高度范圍中推拉。FASTlab2 試劑卡套中注射器通過(guò)程序設(shè)定推拉動(dòng)作完成合成中液體試劑的轉(zhuǎn)移。注射器3 在合成過(guò)程中出現(xiàn)位置報(bào)錯(cuò)，即實(shí)際位置無(wú)法達(dá)到程序設(shè)定值，原因可能是試劑卡套中注射器出現(xiàn)問(wèn)題如位置偏移卡住等，也可能是合成器上注射器驅(qū)動(dòng)器故障導(dǎo)致無(wú)法到達(dá)設(shè)定位置。

圖10 FASTlab2前板注射器示意圖

2.3.3 故障處理

等到輻射劑量降到安全線下后，開(kāi)熱室觀察Syringe3 的實(shí)際位置未到最低原始位置。進(jìn)入維修模式，設(shè)定Syringe3 位置到0，觀察到注射器位置沒(méi)有推動(dòng)。拆下注射器驅(qū)動(dòng)器外金屬擋板讓注射器活塞上端露出，彈出卡套取下。手動(dòng)測(cè)試Syringe3 進(jìn)行推拉動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)活塞正常運(yùn)動(dòng)，因此故障不在卡套上。測(cè)試合成器上Syringe3 驅(qū)動(dòng)器，在維修模式程序中，設(shè)定不同位置數(shù)值，觀察驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器位置60 mm 可以完成，但位置0 mm 無(wú)法達(dá)到，在18 mm 左右即不再動(dòng)作。拆下Syringe3 驅(qū)動(dòng)器，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器中金屬滑軌與活動(dòng)塊上有黑色污漬，清理后裝回，再反復(fù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器基本能完成在0～60 mm 范圍動(dòng)作，但不夠順暢，會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)觀察分析發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器因長(zhǎng)期反復(fù)上下動(dòng)作，活動(dòng)塊與金屬滑軌間反復(fù)摩擦造成磨損，黑色污漬為磨損物質(zhì)積累所致，滑軌上不再光滑導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器動(dòng)作不順甚至卡死。最后更換Syringe3 驅(qū)動(dòng)器，多次測(cè)試后正常，故障排除。

3 小結(jié)

FASTlab2 模塊初始自檢是運(yùn)行前自我檢查各組件狀態(tài)的過(guò)程，如故障一中自檢程序會(huì)對(duì)硬件系統(tǒng)檢查，對(duì)運(yùn)行異常的組件給予故障提示便于及時(shí)維修處理，避免影響后續(xù)使用。但檢查不能涵蓋所有管道組件，即便自檢程序通過(guò)，仍可能出現(xiàn)異常，如故障二和故障三都在自檢正常后出現(xiàn)，因此也不能過(guò)于依賴自檢程序。

FASTlab2 合成模塊是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成有放射性的正電子藥物，各氣體液體管線接頭等組件因長(zhǎng)期接觸化學(xué)性和放射性物質(zhì)容易出現(xiàn)管路堵塞腐蝕等情況（管路老化加速），進(jìn)而導(dǎo)致合成異常甚至失敗。而且FASTlab2 合成卡套的很多合成步驟是靠許多的促動(dòng)器等機(jī)械組件完成，尤其是注射器促動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)動(dòng)作有精確的距離要求，這些機(jī)械組件長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)磨損老化，易導(dǎo)致其機(jī)械動(dòng)作無(wú)法完成進(jìn)而影響合成過(guò)程。因此對(duì)于這些易腐蝕、易磨損、易老化的各組件應(yīng)提前儲(chǔ)備一定數(shù)量的相應(yīng)替換備件，能在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)更換，避免因備件運(yùn)輸延長(zhǎng)維修時(shí)間。

綜上所述，F(xiàn)ASTlab2合成模塊雖具有自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但長(zhǎng)期使用也會(huì)出現(xiàn)各種故障。工作人員應(yīng)該熟悉FASTlab2 合成模塊結(jié)構(gòu)，掌握工作原理和運(yùn)行流程，做好日常維護(hù)，定期檢查所有管線接頭和各組件的功能，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。在其使用過(guò)程中，更要對(duì)出現(xiàn)的故障和處理過(guò)程做好記錄，仔細(xì)分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，盡可能地做到預(yù)防式維修。