MINItrace回旋加速器的安装项目要点

谭志坚，杨东，蓝文才，黄平坚，潘第

广州医学院第一附属医院 设备科，广东 广州 510120

MINItrace回旋加速器的安装项目要点

谭志坚，杨东，蓝文才，黄平坚，潘第

广州医学院第一附属医院 设备科，广东 广州 510120

医用回旋加速器主要为PET-CT检查提供所需示踪剂中的放射性核素。本文先介绍了MINItrace回旋加速器的原理及其构成，并结合工作实践，阐述了作者在负责安装该大型医疗设备项目中总结出的经验和要点。

回旋加速器；设备安装；大型医疗设备

在PET-CT中心, 医用回旋加速器生产提供PET-CT检查所需示踪剂中的放射性核素，起着至关重要的作用。医用回旋加速器涉及到放射物理、放射化学、医学工程、药物药效学等各方面知识，机器结构比较复杂，设备价格及运行成本都十分昂贵。另外回旋加速器的安装项目过程也是比较复杂的，光设备的安装项目过程就需要一个多月的时间。因此，医学工程人员熟悉、掌握回旋加速器的基本原理及其构成，有利于安装项目工作的顺利完成和保证较高的设备开机率。本文先介绍和分析回旋加速器的基本原理及其构成，并将本人负责安装该大型医疗设备项目时的经验总结出来与各位同行一起分享、探讨。

1 MINItrace回旋加速器的原理及其构成

图 1 粒子束流在D形盒的运动轨迹示意图

图 2 RF 波形图与粒子束流在D形盒运动时的时相图

1.1 原理

MINItrace回旋加速器可使质子能量达9.6MeV；束流达50μA；其主要靶系统：氟-18的生产能力＞1000mci/h、氮-13-氨水的生产能力＞70mci/25min；FDG化学合成系统的合成效率70%±5%（EOB）、放射化学纯度＞99%、合成时间＜25min。

其工作原理：位于在回旋加速器中心位置的离子源（Ion Source）经加载高压后，电弧放电使H2气体电离发射出粒子束流，粒子被拉出后经电场的加速而获得较低的初速度v，同时，磁场（B）也对这些电荷为q的粒子产生洛仑兹力（FL=vBq）的作用，磁场和电场两种场作用的结果是粒子在Dee1、Dee2、间隙（gap）内按螺旋轨道飞行[3]。Dees电极盒上加载高频振荡的电压，为加速粒子提供交变的电场。粒子经间隙进入一个Dee电极盒，在该Dee电极盒被加速飞行，此后经间隙进入另一个Dee电极盒，粒子在每次间隙飞行期间两个Dee电极盒电性互换,使电场方向相反,因此粒子在Dee电极盒里都是被加速的。每越过一个间隙后，其轨道半径越来越大。粒子的回旋频率f＝qB/2πm，可见其回旋频率只和粒子的质量、电荷数及磁场强度有关。在回旋加速器中，带电粒子经多次加速后，圆周轨道直径达到最大而接近Dees的边缘并具有最大的能量，在该点粒子被束流提取装置提取出，引导进入任意的同位素生产靶[2]。其工作原理如图1、2所示。

1.2 结构

其构造由以下几个部分组成：磁场系统、射频系统、离子源系统、束流提取系统、真空系统、靶系统、供电与控制系统、冷却系统[3]。

1.2.1 磁场系统（Magnet System）。产生带电粒子运动所需要的磁场强度，由磁铁、线圈、磁场电源配给系统等系统组成。平均磁场强度1.66T。

1.2.2 射频系统（Radio Frequency System，RF）。由射频发生器（RFPG）和共振器组成，产生高频振荡加速高电压，加速带电粒子。RFPG包括一个高度稳定的频率发生器、前置放大器、功率放大器、RF馈通电缆、Dee电压反馈控制系统和安全连锁系统等。两个具有34°张角的Dees盒、Dees的支杆以及由真空腔和磁极面建立的谐振腔共同形成两个共振器。RF通过一个同轴电缆传输线反馈传送到共振器。其主要功能：① 从离子源中拉出离子（RF提取）；②被加速的束流每旋转一次给于离子四次能量脉冲。

离子源系统由离子源(IS)、离子源电源配给器(Ion Source Power Supply，PSARC)和气体管理系统组成。其主要功能是产生需要加速的带电粒子。

束流提取系统主要包括剥离碳膜、装载碳膜的多叶转动器、马达等装置。该系统直接将加速的带电粒子从真空箱中引出；提取系统最主要的基础是剥离膜（stripping foil）。被加速的负离子在通过提取膜期间被脱去二个电子。在通过提取膜期间带电粒子由阴粒子向阳粒子转变，因此，在磁场中粒子的运行轨道是逆时针方向偏转。提取膜的位置直接确定束流的退出，并能够调整引出的束流引导进入任意的同位素生产靶。该系统有二种提取模式：① 单束流提取，一种引出束流被引导进入到一个出口；② 双束流提取，二种引出束流被同时引导进入到二个出口。MINItrace回旋加速器的单束流提取器中有2个碳膜，双束流提取器中仅装1个碳膜；一个多叶转动器司服5个靶位，无双束流引出功能，而另一个则是在双束流引出时，司服第6号靶位。1.2.3 靶系统。在靶室中用带电粒子轰击稳定同位素生产出正电子核素；当粒子束通过选择性提取碳膜后，在回旋加速器束流出口处粒子束将打在相应的靶上。粒子束进入靶室穿过靶的双箔膜（double-foil）装置。

1.2.4 控制系统。在Master System的控制下，进行回旋加速器的自动操作，进行连锁管理和安全控制。

1.2.5 真空系统。在真空箱里建立离子加速所需要的真空压力水平，以降低束流的丢失（较低的气体剥离），真空同样对高电压RF场提供绝缘。

1.2.6 冷却系统。包括水冷却系统和He系统。加速器消耗电能而散发热量，水冷却系统主要用于从不同的各系统中将热量带出，去离子冷却水被泵到各个循环中，带出的热量通过二级冷却系统进行热交换，将热量传送到一级冷却系统。He系统主要在轰击期间对靶室和靶窗的Havar箔膜和钽箔膜之间进行冷却，两个箔膜之间的He流束提供了所必需的冷却。

2 安装项目要点

由于大型医疗设备的安装项目过程比较复杂，因此，医院实行专人专项负责，设立大型医疗设备项目执行工程师，负责参与从项目的论证、招标购买、安装、调试、验收、培训等全过程。实行专人专项负责制不但保证了项目的顺利完成，而且让项目执行工程师也得到了锻炼和提高了专业技术水平。

2.1 安装前期的准备工作

主要是收集齐全回旋加速器的技术资料：主机房、设备间、控制室以及相关的其它用房的空间要求，布局位置平面或立体图；防辐射屏蔽要求；机座承重要求；电源负载要求；环境温湿度、水质气源要求；物流及输送管道要求；网络及远程服务管线等等这些必要的基础设备条件。负责回旋加速器安装项目执行工程师，应提前与设备供应商的安装工程师取得联系，获取准备安装设备的上述信息和图纸数据，并完全理解掌握。

2.2 多方协调

为了让基建工作保质顺利进行，避免返工、扯皮等现象发生，应该积极进行多方协调，特别是多方工程师联合协调会。多方工程师联合协调会主要是指由回旋加速器安装工程师、设备科项目管理工程师、基建工程师等人员参加的现场协调会。开好此会，是大型医疗设备项目执行工程师，完成设备安装管理整个项目工程中的关键点。协调会应编制安装项目手册和规划图，以及设备安装环境的选址。安装工程师应向用户详细解析项目手册。

2.3 基建项目的实施及其检查确认（约三个月）

在整个基建项目的过程中，回旋加速器安装工程师、设备科项目管理工程师、基建工程师应全程对基建项目的质量、进度进行监督，对有争议或不清晰的地方须及时协调沟通，以保证基建项目的正确性。制定该基建项目验收表，如：其供电电缆线径是否保证线路压降＜2%、接地电阻＜2Ω等。由回旋加速器安装工程师、设备科项目管理工程师、基建工程师三方共同签字验收。

2.4 安装项目流程及其要点

设备项目管理工程师应协助安装工程师按照合同清单(或装箱清单)，进行拆包清点，同时配合安装工程师将设备搬运安装到位。安装工程师就本项目的安装工程，向用户提交项目安装进度表。在设备的安装过程中，安装工程师应严格执行设备安装手册要求，并详细做好医疗设备的安装过程记录。

2.4.1 吊装及设备就位(约6天)。回旋加速器的主机和附属设备都比较特殊，体积巨大，物体的质量超重，最大的单体质量就达12.9吨，8吨以上的就达五件。为了做好该大型医疗设备的搬运吊装，主要抓好以下环节:

(1) 确认所有基建及装修工作已完成；各房间温湿度可控；运输路径平整等；认真勘查大型医疗设备的安装场地、与临时存放场地间的通道尺寸和道路坡度。

(2) 详细收集安装回旋加速器的有关信息，包括:体积、重量、形态、存放和运输的特殊要求。

(3) 公开招标选择吊装搬运公司。将上述设备和吊装搬运环境的信息，通过实物图片，在吊装现场进行讲解和提出吊装的质量安全要求。然后由承运商就现场获取的上述信息，提出吊装搬运的安全设计方案(文字的、图形的、现场的)。

设备就位主要做好以下工作:左右屏蔽体就位；安装3块塑料屏蔽，就位磁体；就位左右屏蔽门；安装左右屏蔽门并调节。

2.4.2 机械和电气安装(约13天)。检查场地是否完全就绪：系统电源、气瓶、气体减压阀、空气压缩机及一级冷水机安装就位。系统电源为符合国家规范的三相五线制供电系统，电压380V±10%，本系统的最大功率消耗为50kVA；压缩空气达到要求：洁净、干燥、无油，其中灰尘粒子大小＜0.1μm，露点＜-40°C，流量＞150L/min，油含量＜0.01 mg/m3；一级水冷冷却能力为35KW，流速50L/min，压差（热交换器）为0.05MPa。

机械和电气安装过程主要有：细调左右屏蔽门、安装CSC、安装TSC、RFPG&CCAB定位、组装电缆桥架、铺设磁体电缆、安装连接RF电缆、安装水冷管道、安装压缩空气和气体管道、安装提取电机和3块内屏蔽、安装氦压缩机、安装阀门和靶冷单元、安装真空泵和机械泵、安装示警灯和门传感器、安装门控电机、粉刷外屏蔽表面等。2.4.3 加电及校准(约12天)。必备条件：所有气体到位，离子源气体H2的纯度≥99.999%（5.0），He气的纯度≥99.999%（5.0）等；辐射监控系统安装就位；电源质量测试完成。通电过程必须按照顺序逐一开启各子系统，做好以下检查：输入电源和相位、从MDP到各系统输入电源、主机和PFPG电源、CSC电源；控制系统、二级水冷、磁体腔体、真空系统（稳定压力在5×10-7±2×10-7mbar）、磁场系统、RF、氦冷系统、LTF和靶系统等检查。以上检查通过后再进行束流调节、靶系统、束流功能测试等调试校准，如：PSMC输出电流运行15min后漂移＜100ppm、束流输入范围 0±200μA输出精度 ±0.01μA等。

2.4.4 性能测试(约5天)。必备条件：热室安装就位；化学试剂就位。主要进行空靶功能测试、18F-FDG、合成器系统等测试。如：检测其靶系统氟-18的生产能力＞1000mci/h、氮-13-氨水的生产能力＞70mci/25min；FDG化学合成系统的合成效率70%±5%（EOB）、放射化学纯度＞99%、合成时间＜25min等。

2.5 设备的检测验收及功能验证

设备安装完毕后，厂家应对用户进行操作培训。待回旋加速器试运行一段时间后，厂家和用户应联合委托国家质量技术监督部门，或组织院内、外的行业专家组，对新设备进行检测验收和应用功能验证。专家验收组将现场检测采集的所有数据进行整理、装订并签署现场专家的姓名，作为该设备的技术数据存入设备档案[5]。

3 总结

回旋加速器的安装项目是一项系统工程，设备庞大，整个过程复杂且花费时间长。因此，要求医院设备项目管理工程师有全面的专业知识和较强的解决问题的能力，通过先熟悉掌握回旋加速器的基本原理及其构成，做好回旋加速器及其辅助设施的安装以及机房的合理规划设计，制定好工作项目书和进度表，积极进行多方协调，认真仔细地做好每一项工作，并做好记录，这样不但能迅速地提高专业技术水平和组织协调能力，而且有利于安装项目工作的顺利完成。

[1] 潘屏南,等.现代大型医用设备·回旋加速器的组成和原理[M].北京:中国医药科技出版社,2002.

[2] 王明芳.医用回旋加速器及正电子核素生产[J].国外医学·放射医学核医学分册,2002,26(5):231-236.

[3] Strijckmans K.The isochronous cyclotron: principles and recent developments[J].Comput Med Imaging Graph,2000,25(2):69-78.

[4] 胡玉民,于丽娟,梁秀艳,等.PET/CT中心的回旋加速器安装基本要求[J].医疗设备信息,2006,21(7):65-66.

[5] 陈泽龙,马继民.医用回旋加速器安装及生产的准备与要求[J].医疗卫生装备,2005,26(11):59-60.

[6] 蓝文才.大型医疗设备安装项目执行及管理[J].医疗设备信息,2006,21(1):43-45.

[7] 王欣,陈云富,梁秀艳.实用PET诊断学[M].哈尔滨:黑龙江省科学技术出版社,2005.

Installation Points of the MINItrace Cyclotron

TAN Zhi-jian,YANG Dong,LAN Wen-cai,HUANG Ping-jian,PAN Di Equipment Department,The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510120,China

TL54+.2；R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.05.032

1674-1633(2010)05-0087-03

2010-01-12

2010-03-29

作者邮箱：tz168168@163.com

Abstract: Medical cyclotron is mainly used to product the positron emitting radionuclides in PET-CT.This paper describes the principle and system components of medical cyclotron，and introduces the author's experiences of the installation of the large medical equipment.

Key words: cyclotron;installation;large medical equipment