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技术突破 | 医疗服务的离子风暴

近期刚停止的中国国际医疗东西展览会(CMEF)将人工智能及聪明医疗等话题推向了风口浪尖,诸多立异产品的推出更是刷新了人们对医疗科技的认知。

当人们开始深入钻研一种疾病时便越能抗衡它。例如,人们可以应用正电子发射断层扫描技巧(PET)来异常精准地将癌细胞与周围组织区分开来。

这些显微图像经由过程粒子加速器中孕育发生的低放射性同位向来天生,而通用电气医疗集团临盆GENtrace回旋加速器则由PiezoMotor电机(Faulhaber旗下品牌)来驱动。

针头大年夜小的转移瘤无处可逃

“现在已有许多技巧能发明母瘤,但要发明所有的转移瘤(此中有许多只有针头大年夜小)则异常艰苦,”瑞典通用电气医疗集团回旋加速器系统分部的总工程师Dr. Martin Pärnaste解释道。

PET有助于检测此类转移瘤,这对后续治疗具有抉择性意义。

PET与x射线和谋略机断层扫描(CT)一样,能在小剂量放射性辐射的赞助下天生图像。但在这种环境下,辐射并非经由过程外部指向人体的装配发出,而是来自之前打针到患者体内的放射性粒子。

放射性粒子平日经由过程放射性诊断试剂或“示踪剂”与葡萄糖混杂,并打针到人体血液中。

半衰期短的同位素

相对无害的低辐射物质可用于PET诊断剂,它们会迅速衰变,且无任何关键残留物。在大年夜约90%的环境下可应用卤素氟的同位素18F,其半衰期很短,约为110分钟,这意味着它在一天后将掉去险些所有的放射功能。当然,也可应用半衰期同样短的其他同位素。

因为PET示踪剂衰变太快,是以无法像其他材料一样持续供应。它们必须在应用前不久用粒子加速器即回旋加速器来临盆,而且临盆位置不能离应用地点太远,由于运输光阴不宜过长。

螺旋轨道上的粒子运动

粒子物理学家在20世纪30年代首创了回旋加速器,随后其功能道理颠末多次改进。后来,日内瓦CERN创造了天下上最大年夜的粒子加速器,并在医疗领域获得了证实。

为了临盆PET同位素,带负电荷的氢离子需在回旋加速器内真空室中经由过程电场加速,并在强磁场的感化下维持螺旋运动。

在运动路径末尾,它们飞过一层薄薄的石墨箔,并掉去电子,从而变成带正电的质子。因为电荷反转,它们的运动轨迹从先前的螺旋运动变成了一条直线。箔片的偏向抉择了质子束的偏向。质子束指向反映室,即所谓的目标,此中含同位素的源物质。在反映室中,质子束激发核反映,并在目标物质中天生所需的同位素。

几年前,Dr. Pärnaste博士和他的团队接到义务要对这些反映做进一步改进,并开拓出尽可能小的经济型机械。这有助于临床医疗更方便地获取PET同位素,并将成像技巧利用推而广之。其研发的产品即为GENtrace,并于2017年成功推出。

高效稳定的无磁驱动技巧

为了在一次轮回中经由过程各元素天生更多的同位素,新的回旋加速器设置了三个目标物。是以,质子束的偏向必须是可变的,以击中这三个目标物。

为了实现这一点,需应用电机驱动附着石墨箔的载体。

然则,标准电机难以适应回旋加速器内的前提,由于磁场、真空、电场和辐射会滋扰电机的功能,使其无法正常运行。

是以,用于定向质子束的电机平日位于实际回旋加速器的外部,然后经由过程繁杂的机器布局将其运动通报到箔片载体。然而这有一大年夜缺陷,当活动部件穿过真空室壁时必要的机器间隙和密封较大年夜。

而压电电机可以避免这一问题,因其不受回旋加速器中晦气前提的影响。

压电电机与传统电机不合,它既不必要磁性部件,也不必要扭转部件将电流转换为动力。其事情道理基于当电压施加到压电陶瓷元件上时,压电陶瓷元件的外形将发生改变这一事实。

出于这些缘故原由,压电电机可直接位于偏转点,由于电场、辐射或真空均不会影响其功能,只需进行调节,电源和节制器的电缆进入真空室。因为压电电机不会移动,是以在此环境下密封更轻易。

PiezoMotor的技巧上风显着

通用电气医疗集团的专家经由过程技巧杂志上的一篇文章懂得到了PiezoMotor的技巧,巧合的是,这两家公司均位于瑞典乌普萨拉。

“在测试了几种微电机和运动办理规划之后,我们终于在开拓方面取得了冲破,并在终极设计中应用了PiezoMotor的两个驱动:20N的直线电机,可用于移动质子束;以及用于调节离子引出的转矩为50 mNm的非磁性扭转电机,”Pärnaste 博士总结道。

位于回旋加速器内的第二个驱动可用于定位离子源,为了借助电极引出更多离子,必须反复调剂离子源和电极的相对位置,而压电电机可在运行操作中实现这一点,并大年夜大年夜缩短了校准系统的掩护光阴。

“PiezoMotor可供给广泛的产品系列和模块化设计,还有许多特性不合的直线电机和扭转电机型号可供选择,”Pärnaste博士解释道。“此外,PiezoMotor拥有一支高本质的工程师团队,他们为我们的产品开拓做出了伟大年夜供献。”

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