CN104010431A - 一种fdg靶系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FDG靶系统，包括加速器、液体靶单元、准直器、氦冷单元、水冷单元、自动加样单元及控制单元，液体靶单元包括依次设置的束流引出管道、靶窗及靶腔，束流引出管道与加速器连接，准直器设置在束流引出管道与加速器连接处及靶腔的前方，氦冷单元与靶窗连接，用于向靶窗提供冷源，自动加样单元与靶腔连接，用于向靶腔内注射靶水，水冷单元分别与靶腔、准直器及氦冷单元连接，用于提供冷源，控制单元同时与加速器、液体靶单元、氦冷单元、水冷单元及自动加样单元连接，分别控制各单元的动作；加速器发出质子束流，质子束流经过束流引出管道与靶窗进入靶腔，轰击靶水，产生氟离子。与现有技术相比，本发明具有操作容易、稳定性高等优点。

Description

一种FDG靶系统

技术领域

本发明涉及一种靶系统，尤其是涉及一种FDG靶系统。

背景技术

18F-FDG是指氟代脱氧葡萄糖，其完整的化学名称为2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖，通常简称为FDG。葡萄糖是人体三大能源物质之一，将可以被PET探测并形成影像的正电子核素18F标记在葡萄糖上，即18F-脱氧葡萄糖(18FDG)。因为18FDG可准确反映体内器官/组织的葡萄糖代谢水平，因此被誉为“世纪分子”，是目前PET-CT显像的主要显像剂。

恶性肿瘤细胞由于代谢旺盛，导致对葡萄糖的需求增加，因此静脉注射葡萄糖类似物-18FDG后，大多数肿瘤病灶会表现为对18FDG的高摄取，因此应用18FDGPET-CT显像可早期发现全身肿瘤原发及转移病灶，准确判断其良、恶性，从而正确指导临床治疗决策。

此外，通过对心肌、脑组织的18F-FDG糖代谢功能测定，可早期发现和诊断存活心肌和脑功能性病变，干预疾病的发生发展，达到早期防治目的。

靶系统是完成核反应而产生正电子核素的装置，粒子束通过选择性提取碳膜后，从回旋加速器束流出口进入相应的靶室，利用相应的核反应谱轰击靶原子核获得特定的正电子核素。可应用于放射性药物生产、材料辐照分析、辐照实验等方面。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作容易、稳定性高的新型FDG靶系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种FDG靶系统，包括加速器、液体靶单元、准直器、氦冷单元、水冷单元、自动加样单元及控制单元，所述的液体靶单元包括依次设置的束流引出管道、靶窗及靶腔，所述的束流引出管道与加速器连接，所述的准直器设置在束流引出管道与加速器连接处及靶腔的前方，所述的氦冷单元与靶窗连接，用于向靶窗提供冷源，所述的自动加样单元与靶腔连接，用于向靶腔内注射靶水，所述的水冷单元分别与靶腔、准直器及氦冷单元连接，用于提供冷源，所述的控制单元同时与加速器、液体靶单元、氦冷单元、水冷单元及自动加样单元连接，分别控制各单元的动作；

加速器发出质子束流，质子束流经过束流引出管道与靶窗进入到靶腔中，轰击靶腔内的靶水，产生氟离子。

所述的靶腔的材料为钽，钽材料能够经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质。所述的靶腔为圆柱腔体，靶腔的直径为12～14mm，深度为23～25mm。

所述的加速器与束流引出管道之间设有闸板阀，在闸板阀的前后各设置一个准直器。在闸板阀前后的准直器的孔径分别是20mm和18mm，在靶腔前面的准直器的孔径为11mm，准直器用来测量束流，所述的准直器为铝合金材料，内部为圆锥体结构。通过水冷单元进行冷却，铝合金的准直器可减少放射性活化，圆锥体的作用是将束流控制在其范围内，并增加冷却面积。

所述的靶窗与束流引出管道及靶腔之间分别设有真空密封膜片，该真空密封膜片为厚度为12.5um的钛膜，所述的靶窗采用厚度为50um的havar膜。当束流通过靶窗时，会产生热量。这些热量会被氦冷单元带走。

所述的氦冷单元包括氦压缩机、氦源、两个热交换器及氦气管路，所述的氦气管路将氦压缩机、其中一个热交换器、靶窗、另一个热交换器顺序连接形成循环通路，所述的氦压缩机通过氦进气管路与氦源连接，同时还与氦放气管路连接，这两个热交换器与水冷单元连接。氦气管路上设有氦进回气压力表、压力传感器及温度传感器，氦进气管路上设有进气阀，氦放气管路上设有放气阀。其中在氦气进出靶窗的管路各设置一个热交换器；在氦气进出靶窗的管路上各安装压力传感器与温度传感器以便在控制室内随时监测设备运行状况，并与控制单元设置安全连锁避免设备损坏。氦冷单元中，由氦压缩机提供动力，将100kpa的氦气吹到靶窗和真空的真空密封膜片，由氦气带走膜片的热量。氦气由设在回路中的两个热交换器进行冷却。氦冷单元提供的冷量可达到100L/min；压力可达到28.5Kg。

所述的靶窗同时与真空泵连接。

所述的自动加样单元是完成给靶腔自动加入氧18水的功能。自动加样单元采用气缸带动注射器及相关阀门完成自动加水动作。在控制单元的控制下，气缸带动注射器首先通过三通阀门从水瓶内取水，完成后，通过三通阀门转向，注射器将水向上推送注入靶腔。可通过调节气缸行程来设定每次的装水量。自动加样单元能够精确控制加入靶水的量，加样精确度高。

所述的靶水为氧18水。

所述的水冷单元为靶腔、准直器以及氦冷单元中的热交换器循环提供冷却。采用普通的水冷设备即可。水冷单元中循环水采用去离子水，循环水的管道采用不锈钢材质管道，水冷机采用2.5千瓦的热负荷，稳定流速大于20升/分钟，水冷单元的出水温度为7℃，分别与靶腔、准直器以及氦冷单元中的热交换器单独连接，且设有单独控制的阀门。

所述的控制单元为包括人机界面的PLC控制器。通过在人机界面上发出指令，来控制FDG靶系统各部分的动作。

使用本发明的FDG靶系统时，通过控制单元打开真空泵，打开抽气阀，对系统进行抽真空，到设定值时，控制单元控制自动加样单元工作，按设定量加样，将靶水装入靶腔，控制单元控制水冷单元工作，氦冷单元工作，靶系统冷却到达设定值后，控制加速器发出质子束流，质子束流经过束流引出管道与靶窗进入到靶腔中，轰击靶腔内的靶水，产生氟离子。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明使用钽作为靶腔材料，能经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质，使用铝合金的准直器可减少放射性活化，因此，本系统操作容易、稳定性高；

(2)本发明的水冷单元同时为靶腔、准直器以及氦冷单元中的热交换器循环提供冷却，能提供理想的水冷温度，其工作范围在9.8℃～18℃，相比于传统的为加速器进行冷却的水冷方式而言，本发明的温度波动小。

(3)本发明中的氦冷单元能提供理想的氦冷；其工作范围在100L/min；压力在28.5Kg，而传统的靶系统工作范围在55L/min，压力为19.5Kg。

(4)本发明设有三个准直器，使得对质子束流的测量准确度大大提高。

(5)本发明通过控制单元控制各部分的动作，操作容易，且各步骤进行的精确度高。

附图说明

图1为本发明中FDG靶系统的结构示意图；

图2为氦冷单元的结构示意图。

图中标号：11为束流引出管道，12为靶窗，13为靶腔，2为准直器，3为氦冷单元，31为氦压缩机，32为氦源，33为热交换器，34为氦气管路，35为氦进气管路，36为氦放气管路，4为水冷单元，5为自动加样单元，6为加速器，7为真空密封膜片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种FDG靶系统，如图1所示，包括加速器6、液体靶单元、准直器2、氦冷单元3、水冷单元4、自动加样单元5及控制单元，液体靶单元包括依次设置的束流引出管道11、靶窗12及靶腔13，束流引出管道11与加速器6连接，准直器2设置在束流引出管道11与加速器6连接处及靶腔13的前方，氦冷单元3与靶窗12连接，用于向靶窗12提供冷源，自动加样单元5与靶腔13连接，用于向靶腔13内注射靶水，水冷单元4分别与靶腔13、准直器2及氦冷单元3连接，用于提供冷源，控制单元同时与加速器6、液体靶单元、氦冷单元3、水冷单元4及自动加样单元5连接，分别控制各单元的动作；加速器6发出质子束流，质子束流经过束流引出管道11与靶窗12进入到靶腔13中，轰击靶腔13内的靶水，产生氟离子。

靶腔13的材料为钽，钽材料能够经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质。靶腔13为圆柱腔体，靶腔13的直径为12～14mm，深度为23～25mm。

加速器6与束流引出管道11之间设有闸板阀，在闸板阀的前后各设置一个准直器2。在闸板阀前后的准直器2的孔径分别是20mm和18mm，在靶腔13前面的准直器2的孔径为11mm，准直器2用来测量束流，准直器为铝合金材料，内部为圆锥体结构。通过水冷单元4进行冷却，铝合金的准直器可减少放射性活化，圆锥体的作用是将束流控制在其范围内，并增加冷却面积。

靶窗12与束流引出管道11及靶腔13之间分别设有真空密封膜片7，该真空密封膜片7为厚度为12.5um的钛膜，靶窗12采用厚度为50um的havar膜。当束流通过靶窗12时，会产生热量。这些热量会被氦冷单元3带走。

氦冷单元3如图2所示，包括氦压缩机31、氦源32、两个热交换器33及氦气管路34，氦气管路34将氦压缩机31、其中一个热交换器33、靶窗12、另一个热交换器33顺序连接形成循环通路，氦压缩机31通过氦进气管路35与氦源32连接，同时还与氦放气管路36连接，这两个热交换器33与水冷单元4连接。氦气管路34上设有氦进回气压力表、压力传感器及温度传感器，氦进气管路35上设有进气阀，氦放气管路36上设有放气阀。其中在氦气进出靶窗的管路各设置一个热交换器；在氦气进出靶窗的管路上各安装压力传感器与温度传感器以便在控制室内随时监测设备运行状况，并与控制单元设置安全连锁避免设备损坏。氦冷单元中，由氦压缩机31提供动力，将100kpa的氦气吹到靶窗12和真空的真空密封膜片7，由氦气带走膜片的热量。氦气由设在回路中的两个热交换器进行冷却。氦冷单元3提供的冷量可达到100L/min；压力可达到28.5Kg。

靶窗12同时与真空泵连接。

自动加样单元5是完成给靶腔13自动加入氧18水的功能。自动加样单元5采用气缸带动注射器及相关阀门完成自动加水动作。在控制单元的控制下，气缸带动注射器首先通过三通阀门从水瓶内取水，完成后，通过三通阀门转向，注射器将水向上推送注入靶腔13。可通过调节气缸行程来设定每次的装水量。自动加样单元5能够精确控制加入靶水的量，加样精确度高。靶水为氧18水。

水冷单元4为靶腔13、准直器2以及氦冷单元3中的热交换器33循环提供冷却。采用普通的水冷设备即可。水冷单元4中循环水采用去离子水，循环水的管道采用不锈钢材质管道，水冷机采用2.5千瓦的热负荷，稳定流速大于20升/分钟，水冷单元4的出水温度为7℃，分别与靶腔13、准直器2以及氦冷单元3中的热交换器33单独连接，且设有单独控制的阀门。控制单元为包括人机界面的PLC控制器。通过在人机界面上发出指令，来控制FDG靶系统各部分的动作。

使用本实施例的FDG靶系统时，通过控制单元打开真空泵，打开抽气阀，对系统进行抽真空，到设定值时，控制单元控制自动加样单元工作，按设定量加样，将靶水装入靶腔，控制单元控制水冷单元工作，氦冷单元工作，靶系统冷却到达设定值后，控制加速器发出质子束流，质子束流经过束流引出管道与靶窗进入到靶腔中，轰击靶腔内的靶水，产生氟离子。

Claims (9)

1.一种FDG靶系统，其特征在于，包括加速器(6)、液体靶单元、准直器(2)、氦冷单元(3)、水冷单元(4)、自动加样单元(5)及控制单元，所述的液体靶单元包括依次设置的束流引出管道(11)、靶窗(12)及靶腔(13)，

所述的束流引出管道(11)与加速器(6)连接，所述的准直器(2)设置在束流引出管道(11)与加速器(6)连接处及靶腔(13)的前方，所述的氦冷单元(3)与靶窗(12)连接，用于向靶窗(12)提供冷源，所述的自动加样单元(5)与靶腔(13)连接，用于向靶腔(13)内注射靶水，所述的水冷单元(4)分别与靶腔(13)、准直器(2)及氦冷单元(3)连接，用于提供冷源，所述的控制单元同时与加速器(6)、液体靶单元、氦冷单元(3)、水冷单元(4)及自动加样单元(5)连接，分别控制各单元的动作；

加速器(6)发出质子束流，质子束流经过束流引出管道(11)与靶窗(12)进入到靶腔(13)中，轰击靶腔(13)内的靶水，产生氟离子。

2.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的靶腔(13)的材料为钽，所述的靶腔(13)为圆柱腔体，靶腔(13)的直径为12～14mm，深度为23～25mm。

3.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的加速器(6)与束流引出管道(11)之间设有闸板阀，在闸板阀的前后各设置一个准直器(2)。

4.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的准直器为铝合金材料，内部为圆锥体结构。

5.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的靶窗(12)与束流引出管道(11)及靶腔(13)之间分别设有真空密封膜片(7)，该真空密封膜片(7)为厚度为12.5um的钛膜，所述的靶窗(12)采用厚度为50um的havar膜。

6.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的氦冷单元(3)包括氦压缩机(31)、氦源(32)、两个热交换器(33)及氦气管路(34)，所述的氦气管路(34)将氦压缩机(31)、其中一个热交换器(33)、靶窗(12)、另一个热交换器(33)顺序连接形成循环通路，所述的氦压缩机(31)通过氦进气管路(35)与氦源(32)连接，同时还与氦放气管路(36)连接，这两个热交换器(33)与水冷单元(4)连接。

7.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的靶窗(12)同时与真空泵连接。

8.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的靶水为氧18水。

9.根据权利要求1所述的一种FDG靶系统，其特征在于，所述的控制单元为包括人机界面的PLC控制器。