紧凑型医用回旋加速器的物理设计.pdfVIP

第37卷第1期 核 技 术 Vbl．37．NO．1 NUCLEAR 2014 2014年1月 TECHNIQUES January 紧凑型医用回旋加速器的物理设计 何小中 杨国君龙继东 庞健张开志石金水 (中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900) 摘要介绍了能量llMeV、流强50 LIA的紧凑型质子医用回旋加速器的物理设计方案，并较详细报告了各主 要分系统(包括离子源、磁铁、高频、中心区、引出系统)的设计方法及结果。该加速器已经完成调试，成 功引出平均流强50 uA、能量llMeV的质子束流，验证了整机物理设计的正确性。 关键词 回旋加速器，离子源，磁铁，中心区，引出系统 中图分类号TL54+2．1 Emission 小型医用回旋加速器通过加速质子(或氘离子 正电子发射断层显像(Positron 等)到几MeV至数十MeV能量，轰击到靶材上通过 Tomography,PET)11-3]是一种利用短寿命(半衰期一 般小于2h)正电子放射性核素标记化合物或显像剂 (p，n)等核反应生产正电子放射性核素。加速器的能 进行体内生物分子水平显像的技术。所谓正电子发 量越高，流强越高，产生的正电子放射性核素种类 射断层成像是指通过呼吸或者静脉注射等方式将正 越多，产量越高，但对应的技术难度和成本也越高。 电子放射性药物引入到活体内，随着人体内部新陈 我国PET检查的普及程度大大落后于发达国家，美 代谢等生化反应，药物在体内形成一定的分布；正 国每百万人享有PET／CT约6台，而我国每百万人 电子放射性核素在人体内发生正电子衰变，衰变产 仅享有PET／CT0．1刽41。PET设备在我国有较大市 生的正电子即刻发生湮灭辐射，放出一对方向相反 场，我国目前相关设备基本依赖进口。综合考虑放 且能量为51l 射性核素产量、成本等因素，研制了一台能量 keV的Y光子，置于人体外的探测器通 过符合探测技术探测到这对1，光子，通过大量正电子 l1MeV、流强50uA的小型质子医用回旋加速器样 湮灭事件的探测计算得到人体内正电子药物浓度分 机，用于医用PET正电子放射性同位素的生产。 布的图像。 1紧凑型医用回旋加速器总体设计 正电子显像由于具有活体生化显像、定量、高 分辨率及高灵敏度的特点，其在肿瘤早期诊断和心 紧凑型医用回旋加速器主体构成如图1(a)所 脑疾病的诊断中具有重要的临床价值。全身氟代脱 示。氢负离子(或者其他离子)从离子源中发射出 来，在主磁铁(通常是径向扇等时性磁铁，磁极形 氧葡萄糖(18F．FDG)代谢显像目前已经成功应用于 肿瘤诊断和分期EJ，对肿瘤治疗产生了重要影响。 状如图1(b)所示)的二极磁场中做回旋运动，同时 受到射频加速电场的共振加速，能量升高，回旋半 PET显像己成为新世纪医学的热点之一。PET设备 主要分两大部分：一部分是PET显像仪，另一部分 径增大，最终达到一定的能量并到达引出半径，经 为生产正电子放射性核素的小型医用回旋加速器。 过一层薄的碳膜，将氢负的两个电子剥离掉，从而