医院PET中心暖通空调系统的设计探讨-吴丹芸

医院PET中心暖通空调系统的设计探讨中国中元国际工程公司　吴丹芸☆摘要　简要介绍了PET中心主要组成部分的功能及工作流程,包括回旋加速器、合成热室和PET-CT,并论述了各医疗设备房间的暖通空调设计。以上海某肿瘤医院的PET中心为例,介绍了通风系统的设置。关键词　医用回旋加速器　药物合成热室　PET-CT　暖通空调设计DiscussiononHVACsystemdesignofthePETcenterinhospitalsByWuDanyunAbstract　PresentsthefunctionandworkflowofthePETcenterinhospitals,includingthecyclotron,synthesishotcellandPET-CT,anddiscussestheHVACsystemdesigninthedepartment.Takesacancerhospitalinshanghaiasexample,presentstheventilationsystemdesignofthePETcenter.Keywords　medicalcyclotron,drugsynthesishotcell,PET-CT,HVACdesignChinaIPPRInternationalEngineeringCorporation,Beijing,China＊0　引言随着医疗技术的不断进步和人们生活水平的不断提高,PET(positronemissoncomputedtomography)中心作为一种对于肿瘤的早发现、早治疗有着极大优势的新型医疗设备不断被国内各大医院引进。但是目前在新建的医技综合楼和旧楼改造工程的设计过程中,很多设计者由于对PET中心了解不够,前期设计不到位,导致后期施工安装时需要耗费更多人力物力进行重新设计。笔者总结了多年医院建筑设计的经验,在此与暖通同行分享,以促共同提高。1　PET中心的组成部分及功能PET中心主要由两部分组成,即加速器药物制备室(包括回旋加速器产生短寿命核素,运输至合成热室进行药物合成标记和包装转运)和PET-CT检查室。1.1　医用回旋加速器医用回旋加速器是指采用带电离子、中子或带电质子在加速器中通过改变磁场加速粒子,使粒子得到高能量后轰击靶物质,从而使靶物质产生需要的放射性同位素。目前使用的回旋加速器均是固定能量带电离子加速器。这些离子能够获得10～18MeV(百万电子伏)能量。普通的回旋加速器均能够生产2～6种放射性同位素。根据PET-CT(positronemissoncomputedtomography-computedtomography)检查的需要选择不同的靶原料就能产生相应的放射性核素,如15N2为生产1502的原料,14N2和1602为生产11C的原料等。医用回旋加速器有多种分类:可以根据束流数量分为单束流回旋加速器与双束流回旋加速器;也可以根据加速离子的电性分为正离子回旋加速器与负离子回旋加速器;还可以根据加速离子运动平面分为立式回旋加速器与卧式回旋加速器等。但是设计人员需明确是否自带屏蔽。对于带屏蔽的加速器,当其产能较小时,用特制的混凝土材料五面体包围(不含地面),由于质量比较大(10t以上),混凝土密度需大于23t/m3,表面涂有硼化物;而设计产能较大时,中子能量变为主要防护对象,自屏蔽装置改为铅砖、水、硼化物等填充的高密度铸件构成的密闭腔体,在靶心方向还需安装一块聚乙烯板,吸收绝大多数中子。对于不带自屏蔽的·53·　　　　　　　暖通空调HV&AC　2010年第40卷第2期　　　　设计参考＊☆吴丹芸,女,1977年10月生,大学,工程师100089北京市西三环北路5号(010)68732428E-mail:[e-mail]收稿日期:2009-04-03修回日期:2009-08-04回旋加速器,厂家只提供裸机,防护全部由建筑和结构专业完成,并需要做迷道,以3道迷道为最佳。1.2　药物合成热室药物合成热室通常包括热室、质控室、无菌室、分装准备室、洁具室等房间。热室内设有集成的合成热室柜和分装热室柜,合成热室底部连接从回旋加速器机房敷设过来的专用管道(见图1),用于输图1　放射性同位素输送管连接送放射性核素,通过程序自动控制进行药物合成,之后进入到分装热室,手动或自动分装稀释同位素药物。合成热室是一完全密封的柜体,外包60mm厚铅屏蔽,可以确保在热室表面的放射性辐射小于10μSv/h,柜体内配置有通风系统,包括离心涡旋排风机、高效过滤器、活性炭吸附装置、负压监视器,进入热室的空气经过严格的过滤和吸附,直接作用于工作面,该系统可以确保热室在关闭状态下进行PET放射性制剂操作时的空气质量。分装热室的结构与合成热室相差不多(见图2),在柜体内可达到百级垂直层流。图2　合成/分装热室气流原理1.3　PET-CTPET-CT是目前国际先进高端的医学影像设备,同时也是一种独特的医疗诊断技术。PET-CT的全称是正电子发射计算机断层/X线计算机体层成像,是正电子发射型计算机断层(PET)和X-射线计算机体层(CT)组合而成的功能分子影像成像系统。它利用PET特有的通过正电子核素做其标记的示踪剂,示踪人体内特定生物物质的生物活动,将获得的信息通过计算机处理,以解剖影像的形式及其相应的生理参数,显示靶器官或病变组织的状况,藉此诊断疾病;同时结合应用高档16排CT技术进行精确定位,可精确地提供靶器官的解剖和功能双重信息。具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像,可一目了然的了解全身整体状况。是当今临床用以诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和神经精神疾病这三大威胁人类疾病的最佳手段。2　PET中心的工作流程从图3中不难看出,PET机房各房间辐射性由高到低依次是:药物合成热室※回旋加速器室※实验室※注射室※PET扫描室※病人休息室、厕所,通风设计时应维持各房间之间一定的压力梯度,严格保证空气由低辐射区流向高辐射区,这些房间应设计独立的排风系统,并对相邻医用房间及室外维持负压,排风宜高空排放。图3　正电子核素药物制备流程3　各设备机房的暖通空调设计3.1　回旋加速器暖通空调设计对于市场占有率比较高的某品牌自屏蔽回旋加速器,其机房一般要求环境温度18～24℃,相对湿度40%～50%,设备不能结露,新风换气次数宜为3～4h-1。回旋加速器自身散热量不大,工作时通常为4～6kW,但是其控制柜散热量较大,可达到8～11kW,且大多数控制柜与回旋加速器结合·54·设计参考　　　　暖通空调HV&AC　2010年第40卷第2期　　　　　　　为一体,都设在机房内。由于常年发热量比较大,可采用独立的恒温恒湿空调系统,设计时应注意采用压缩机供冷水,独立于整个建筑的集中空调系统。对于一些不带自屏蔽的设备,由于其主要发热元件———支持柜大多设置在控制室,所以设计空调系统时要注意控制室的降温需求。由于目前市场上的变制冷剂流量多联机空调系统的温度控制精度比较高,也可采用此种空调形式,在系统设置时注意将发热量大且全年发热的房间,如机房、设备间等单独设计一套系统,室外机采用低温制冷性能比较好的产品,可全年供冷,而控制室、候诊区等室内发热量不大的辅助房间单独设计一套系统,夏季可制冷、冬季可制热。回旋加速器自带一个换热柜,用于为加速器和辅助设备提供降温的闭式水循环系统以及脱离子水系统,需要设置一套冷却水系统,入口温度4～10℃,设计流速2～3m/s,换热柜满负荷工作时散热量高达20kW左右,待机时大约6kW,自身压降35kPa左右,建议配置8t/h左右的冷却水系统。建议采用小型风冷变频制冷机组,由于其散热量较大,在配管长度许可的范围内最好置于室外,可与恒温恒湿空调或多联机空调系统的室外机放置在一起,并设计水泵、调节阀、压力表、温度计等,以便监控冷却水各项参数。为了满足放射性物质的防护要求,回旋加速器室需要保持15～20Pa负压,可采用5～6h-1换气次数计算排风量,排风系统需单独设计,排风经中效或亚高效过滤器和活性炭吸附装置后高空排放。另外,回旋加速器在运转时,特殊情况下会有少量带有微量放射性物质的气体排放,多数厂家提供的风量为850m3/h,需要单独设置废气排风系统,此系统也需要过滤和吸附后高空排放。大多数回旋加速器的废气排放口在设备底部,加速器安装钢架底座时将排放管预埋在结构找平层内(见图4),敷设至扫描室墙角后伸出地面200mm,管材为内径150mm的PVC管。废气排风系统的排风管可在吊顶接至墙角后沿墙敷设至地面,再与废气管连接,施工时需注意接口密封连接,避免放射性物质外泄。由于回旋加速器室要求设备运输门洞尺寸为2.5m×3m,室内要求高度在3.2m左右,所以在设计空调通风系统时注意吊顶标高应满足设备的净高要求。另外,由于加速器室墙壁和顶板为厚度500图4　回旋加速器废气排放管埋地做法mm左右的混凝土,管道穿墙需作屏蔽防护,对于不带自屏蔽的回旋加速器室必须设置迷道,为减小放射性物质泄漏,风管最好从迷道入口处穿入。3.2　热室暖通空调设计回旋加速器产生短寿命核素后通过专用管道传输至热室进行药物合成。由于药物为体内静脉注射液,药物制备的布局和实施要符合国家食品和药品监督管理局的GMP要求,需达到1万级净化要求,人流和物流通道设置要合理,洁净区内各房间压力梯度要合理。热室的净化区包括合成室、质控室、无菌室等,需设置单独的全空气净化空调系统,可利用集中冷热源。净化空调机组设置粗效、中效和亚高效过滤器,经过表冷、加热、再热、加湿等热湿处理后,通过高效送风口送入室内,送风量可按换气次数17～20h-1计算,新风量可按3h-1计算。房间的排风系统宜单独设置,排风口设置在房间的下部,排风经过中效过滤和活性炭吸附后高空排放。药物合成柜在制备药物时有少量气体产生,如盐酸和乙腈,合成热室和分装热室柜的上部设有排风口,通常口径为115mm,合成热室的排风量为40m3/h,分装热室的排风量为170m3/h。排风系统需单独设置,并经过中效过滤和活性炭吸附后高空排放。质控室和无菌室内通常都设有通风柜或净化工作台,其上部需设置排风口,可与合成分装柜合成一套排风系统。3.3　PET-CT暖通空调设计PET-CT的机房设计需考虑设备运行时的X射线和接受药物治疗后病人的γ射线的防护。扫描室室温要求20～24℃,ECT晶体探测器要求温度波动不能超过3℃/h,相对湿度要求·55·　　　　　　　暖通空调HV&AC　2010年第40卷第2期　　　　设计参考35%～70%,设备不结露即可。操作室室温要求18～25℃,相对湿度要求35%～70%,设备不结露即可。设备间室温要求16～26℃,相对湿度35%～70%,设备不结露即可。对于不同品牌的PET-CT室内散热量差异较大,如A品牌扫描室发热量大约3～5kW,而设备间由于PET和CT的水冷机和其他设备发热量较大,可达到7～9kW,操作室散热量约3kW。而B品牌的PET-CT发热量主要在扫描间,大约18～20kW,控制室发热量约3～4kW,而设备间仅1kW左右。扫描室的空调系统建议采用自带压缩机的恒温恒湿系统,独立于集中空调冷热源。新风量可按换气次数3h-1计算,送风口尽量远离晶体探测器,避免晶体探测器周围温度波动过大。对于B品牌的PET-CT,其扫描室温度要求相对宽松,也可采用变制冷剂流量多联机空调系统,系统配置时要注意将全年发热的房间和冬夏季空调工况不同的房间划分为不同的系统。如果PET-CT和回旋加速器在同层并相邻,可将回旋加速器和PET-CT的辅助机房等全年需供冷的房间划分为同一系统,室外机采用低温制冷性能比较好的产品。由于注射药物后的病人也成为放射源,故注射室、卧床休息室等房间和PET-CT扫描室都有射线防护要求,排风系统宜单独设置,并经过中效过滤和活性炭吸附后高空排放。设备间内的PET水冷机发热量较大,且机组自带进排风软管,需要设置大风量排风系统。4　工程实例简介上海某肿瘤医院PET中心位于门急诊综合楼地下2层,总面积约510m2,包含回旋加