专利汇可以提供用于制造放射性同位素的装置和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种利用 加速 带电粒子对目标材料进行 辐射 而制成 放射性 同位素的装置和方法,所述装置在回路(17)中包括:一个辐射室(1),该辐射室包括一个能够形成腔体(8)的金属 插件 (2),该腔体被设计成能够容纳目标 流体 并可被一个辐射窗口(7)封闭起来的结构形式,所述腔体(8)包括至少一个入口(4)和至少一个出口(5);一个用于使目标流体在循环回路(17)中循环流动的 泵 (16);一个外部 热交换器 (15);所述的泵(16)和所述外部热交换器(15)构成了所述目标流体的外部冷却部件;所述装置的特征在于:它还包括所述循环回路(17)的加压部件(14),所述目标流体的外部冷却部件被构造成能够使存留在腔体(8)内的目标流体在辐射过程中基本处于液态下的结构形式。,下面是用于制造放射性同位素的装置和方法专利的具体信息内容。
1、一种用于通过加速带电粒子束对目标流体进行辐射而制造出放 射性同位素的装置,所述装置在循环回路(17)中包括:
辐射室(1),该辐射室包括能够形成腔体(8)的金属插件(2), 该腔体被设计成能够容纳目标流体并可被辐射窗口(7)封闭起来,所 述腔体(8)包括至少一个入口(4)和至少一个出口(5);
用于使目标流体在循环回路(17)中循环流动的泵(16);
外部热交换器(15);
所述泵(16)和所述外部热交换器(15)构成了所述目标流体的 外部冷却部件;
所述装置的特征在于:它还包括所述循环回路(17)的加压部件 (14),所述目标流体的外部冷却部件被设置成能够使目标流体在辐射 过程中基本以液态存留在腔体(8)内。
2、根据权利要求1的装置,其特征在于:所述泵(16)能够产生 足以使目标流体的平均温度保持低于130℃的流量。
3、根据权利要求1或2的装置,其特征在于:所述泵产生一个大 于200毫升/分钟的流量。
4、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述的泵产生一 个大于500毫升/分钟、优选大于1000毫升/分钟、最好大于1500毫升 /分钟的流量。
5、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述腔体(8) 能够容纳体积介于0.2至5.0毫升之间的目标流体。
6、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:其被构造成能够 在其循环回路(17)中容纳总体积小于20毫升的目标流体。
7、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述入口(4) 和出口(5)按照能够使位于所述空腔(8)内的目标流体流产生涡旋 的方式进行设置。
8、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述入口(4) 或出口(5)基本沿所述腔体(8)的切向定位。
9、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述入口和出口 沿同一子午线方向设置在腔体(8)的侧面上。
10、根据权利要求1-9中任一所述的装置,其特征在于:所述入 口(4)被设置成使目标流体的内流指向位于腔体窗口(7)内的加速 带电粒子束的冲击点,从而使该内流在所述粒子束的作用下迎面轰击 所述窗口。
11、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述腔体(8) 具有一个中心轴线(X-X),在该轴线周围形成有一个侧面,出口(5) 与所述侧面相连接,而入口(4)则沿所述中心轴线设置。
12、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述辐射室(1) 包括内部冷却部件。
13、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:所述内部冷却 部件是一个包围所述腔体(8)的双壁套管。
14、根据权利要求12或13的装置,其特征在于:所述内部冷却 部件是腔体(8)的间接冷却部件。
15、根据上述权利要求之一的装置,其特征在于:其包括用于对 辐射室(1)的辐射窗口(7)进行冷却的氦基冷却部件。
16、一种用目标流体制造出放射性同位素的方法,其中目标流体 被用作所述放射性同位素的前体并在辐射室内受到加速带电粒子束的 辐射,所述辐射室(1)包括一个能够形成一腔体(8)的金属插件(2), 该腔体(8)被设计成能够容纳目标流体并能够被一个辐射窗口(7) 封闭,所述腔体(8)设置有至少一个入口(4)和至少一个出口(5);
所述方法的特征在于:所述目标流体在循环回路(17)内循环流 动,除了辐射室(1)外,该循环回路还包括至少一个用于使材料循环 的泵(16)和一个外部热交换器(15);
所述方法的特征还在于:回路的压力由所述循环回路的加压部件 (14)来控制,而且所述泵(16)和所述外部热交换器(15)按照下 述方式进行设置:使目标流体在辐射过程中基本以液体状态保留在腔 体(8)内。
17、根据权利要求16的方法,其特征在于:使目标流体流在所述 腔体(8)内产生涡旋。
18、根据权利要求16或17的方法,其特征在于:所述泵(16) 产生一个足以使目标流体的平均温度保持在130℃以下的流量。
19、根据权利要求18的方法,其特征在于:使所述泵(16)产生 一个大于200毫升/分钟的流量。
20、一种辐射室(1),其包括一个能够形成一腔体(8)的金属插 件(2),该腔体(8)被设计成能够容纳目标流体并包括至少一个入口 (4)和至少一个出口(5),所述腔体(8)由一个中心轴线限定而成, 在该轴线周围形成有一个侧面,所述腔体(8)被一个辐射窗口(7) 所封闭,而且被一个基本垂直于中心轴线的第二表面所封闭并与辐射 窗口(7)相对,
所述辐射室的特征在于:入口与基本垂直于所述中心轴线的所述 第二表面相连接,而出口则与所述侧面相连接。
21、采用根据权利要求1至15之一的装置或根据权利要求16至 19之一的方法或根据权利要求20的辐射室来制造放射性药物成分, 尤其是用于医疗领域,例如正电子X射线层析术。
本发明涉及一种通过利用带电粒子束对目标材料进行照射来制造 放射性同位素(例如18F)的装置和方法,其中目标材料包括所述放射 性同位素的前体。
本发明的其中一种应用涉及到核医学,尤其涉及到正电子X射线 层析术。
技术背景
正电子X射线层析术(PET)是一种精确的非侵害性医学成像技 术。在实践中,将被放射正电子的放射性同位素所标记的放射性药物 注射到病人体内,其中放射性同位素的分解能够放射出伽马射线。这 些伽马射线可由成像装置检测到并对其进行分析,目的是以三维方式 重新构造出已注入放射性同位素的在体内的分解情况并得到其组织浓 度。
在四种放射正电子的轻质放射性同位素(13N、11C、15O、18F)中, 氟18(T1/2=109.6分钟)是唯一一种具有足够长的半衰期并能够在其 产地之外加以使用的放射性同位素。
在多种由相关放射性同位素(即18F)合成的放射性药物中,2- [18F]氟-2-脱氧-D-葡萄糖(FDG氟去氧葡萄糖)是正电子X射 线层析术中最常用的放射性示踪物。在心脏学和脑病理学中,它能够 使葡萄糖在肿瘤中进行代谢,这样就可以对其进行分析。
放射性同位素18F可通过利用带电粒子尤其是正电子对目标材料 (在本案中目标材料由富含18O的水(H2 18O)构成)进行轰击而制成。 为加工出所述放射性同位素,通常要采用一种在金属部件内包括有一 “挖空”腔体的装置,其中该腔体用于容纳被用作前体的目标材料。
放有目标材料的腔体被一个窗口所密封,该窗口也被称为“辐射窗 口”,而且可被辐射束的带电粒子穿过。通过所述带电粒子与所述目标 材料的相互作用,就产生了核反应,这样就可以产生放射性同位素。
带电粒子束可通过一个加速器例如回旋加速器来进行加速。
目前,由于对放射性同位素的需求不断变大,尤其是对放射性同 位素18F的需要不断变大,因此就需要提高核反应的产量,目的是制 造出更多的放射性同位素。产量的提高可采取下述方法:提高带电粒 子(正电子)束的能量,在这种情况下,就需要利用目标产量与粒子 能量之间的依存关系;或者提高所述带电粒子束的强度,在这种情况 下,就需要提高对目标材料进行撞击的加速粒子的数量。
但是,由受到加速粒子辐射的目标材料消耗的功率限制了所用粒 子束的强度和/或能量。
这是因为根据下述等式(1),由目标材料消耗的功率决定于粒子 束的能量和强度:
P(瓦)=E(MeV)×I(μA) (1)
其中:
P=以瓦特表示的功率;
E=以兆电子伏特表示的粒子束能量;
I=以微安表示的粒子束强度。
换言之,粒子束的强度和/或能量越高,那么被目标材料消耗掉的 功率也就越大。
因此,可以知道:如果不在制造装置的腔体内尤其是辐射窗口处 迅速产生易于使所述窗口损坏的过压或高温,那么就不能提高加速带 电粒子束的能量和强度。
此外,在制造放射性同位素18F的情况下,由于富含18O的水其 成本极高,因此,仅将体积很小的目标材料(通常为几毫升)放置在 腔体内。因此,由于在该小空间内对目标材料进行辐射会产生热量, 因此散热就成为一个需要解决的问题。一般情况下,对于体积为0.2 至5毫升的富18O水而言,强度为50至100微安、能量为18兆电子 伏特的正电子束在辐射时间为从几分钟到几小时的时间段内需要消耗 掉的功率介于900至1800瓦之间。
概括地说,由于目标材料存在散热问题,因此,对于体积为2毫 升的受辐射目标材料而言,用于制造放射性同位素的辐射强度目前被 局限于40微安。但是,现在用于核医疗学的回旋加速器理论上能够使 强度介于80至100微安、甚至更高的正电子束加速。因此,目前的回 旋加速器仍然处于开发不足的状态下。
在现有技术中,已经有人提出了一些技术方案,用于解决目标材 料在放射性同位素制造装置的空腔内的散热问题。具体而言,已经有 人提出设置用于对目标材料进行冷却的部件。
文件BE-A-1011263公开了一种辐射室,该辐射室包括一个被 一窗口封闭起来的腔体,目标材料就被放置在该腔体内,所述腔体被 一个具有双壁套管所包围,以使用于对所述目标材料进行冷却的制冷 剂循环流动。此外,还可以考虑利用氦对辐射窗口进行冷却。
但是,在该装置中,目标材料为静止不动的,因此,就使按照这 种方式制成的所述装置存在许多缺陷,例如,由于液体与其容器的热 交换系数不同,而使该结构的散热性能受到自然局限。此外,由于密 封腔体内要达到很高的温度,因此必须对整个装置加压。实际上,根 本不可能对在该装置内制造出来的18F的量进行“监控”,因此,活性 和产量也仅仅是通过经验得出的。
已经有人提出采用一种电路形式的装置(由Jongen和Morelle在 1989年6月召开的温哥华国际研讨会上在题为“Proceedings of the third workshop on targetry and target chemistry”的文章中提出, http://www.triumf.ca/wttc/proceedings.html),这种电路形式的装置 包括一个辐射室,该辐射室具有一个容纳有目标材料的腔体和一个外 部热交换器,所述H2 18O目标材料在该外部热交换器内循环流动,以 使其得以冷却。与上述现有技术中的装置相比,该装置具有下述优点: 可以采用“动态”目标材料,因为目标材料是循环流动的。但是,该装 置和方法没有采用加压部件,因此,对压力进行控制仍然是该装置中 的一个实际问题。此外,所述装置和方法也没有进行详细说明,而且 在实践中,易于出现技术问题。
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