CN112399695A - 一种用于医用同位素f-18生产的液体靶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用同位素F‑18生产的液体靶，采用水冷代替氦冷简化了结构。由于充分利用了限束法兰、连接法兰、和靶体自身的空间，不单独额外占用空间，在限束法兰、连接法兰、和靶体上开设水道，而无需在靶体前端和限束法兰之间因为要对靶窗（哈瓦膜）冷却而专门布设氦冷装置，这样就使得液体靶的长度缩短，简化了结构；本发明省去一项或多项要素后，依然保持原有的全部功能。拆卸时只需要将第一卡箍拆开，在很短的时间内即可将第一卡箍右侧的所有部件整体拿下来放到废弃箱进行辐射的退却，同时也使得加速器端不会因为拆卸时间过长而长时间暴露在空气中被氧化，有效缩短了工作人员因为拆装不便而被束流辐射的时间。

Description

一种用于医用同位素F-18生产的液体靶

技术领域

本发明属于医用液体靶技术领域，尤其涉及一种医用同位素F-18生产的液体靶。

背景技术

小型医用回旋加速器生产的短寿命放射性同位素如15O、11C、13N、18F本身就是身体的组成部分，通过生产靶的核反应产生的上述核素，通过合成模块箱进行化学合成各种放射性药物，参与人体新陈代谢，而F-18的合成药物18F-FDG可模拟葡萄糖代谢。应用18FDG，PET-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。

液体靶是完成核反应并且产生正电子核素的机构，束流从回旋加速器出口进入相应的靶体腔内，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。该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。

液体靶结构一般均离不开束流管道法兰、限束法兰、靶窗、靶体、以及冷却装置，束流管道法兰用于引出束流，限束法兰用于对束流的通过量进行限制、靶体用于存放液体、冷却装置用于对靶窗进行冷却，从而缩短靶窗更换的时间延长靶窗寿命。

现有技术如专利号201410205820.4公开了一种FDG靶系统，其存在的问题是结构复杂、拆装不够方便。如图7所示，由于其采用氦气冷却装置对靶窗12进行冷却，而靶窗12的位置是固定的必须设置在靶体的前端，所以必须把氦气冷却装置放在两个法兰之间，还由于靶窗12由氦气冷却装置进行固定且连接氦气冷却装置，所以靶窗12同还时作为氦气冷却装置一进一出的密封，这样就设置2个靶窗；由于靶窗12作为易损件经常需要拆卸，而靶窗12连接氦气冷却装置，所以拆卸时必须把氦气冷却装置一起拆下，而氦气冷却装置结构复杂，拆卸过程中耗时较长，为了在拆卸靶窗时使得加速器6不过多的暴露在空气中被氧化导致产生铁锈，所以在加速器端设置了真空密封膜7用于保持加速器的真空度。另一个真空密封膜7用于靶体药液保持在真空环境下，这样，对比文件就设置了2套真空膜、2套靶窗7、以及两个法兰之间的氦气冷却装置。使得整个结构复杂、体积庞大、耗材多成本高、拆装不便。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种用于医用同位素F-18生产的液体靶，目的在于现有技术液体靶整个结构复杂、体积庞大、耗材多成本高、拆装不便的问题。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案

一种医用同位素F-18生产的液体靶，该液体靶沿加速器产生质子束流方向依次设有束流管道法兰、KF50第一卡箍、限束法兰、KF50第二卡箍、四扇、四扇连接法兰、哈瓦膜、靶体以及水冷密封法兰；所述KF50第一卡箍一端连接束流管道法兰、另一端连接限束法兰，所述KF50第二卡箍一端连接限束法兰，另一端连接四扇连接法兰，所述四扇布设在四扇连接法兰靠近限束法兰的端面内、并通过螺钉与四扇连接法兰端面固接；所述四扇连接法兰一端连接KF50第二卡箍、另一端连接靶体，所述靶体一端连接四扇连接法兰，另一端连接水冷密封法兰；

其特征在于：

多个法兰共用一个隔绝真空膜，哈瓦膜同时用作隔绝真空膜和靶膜：

所述靶体前端用哈瓦膜与真空隔离、并起到隔离药液的作用，靶体后端留有水冷槽，最终用水冷密封法兰密封并连接水路；

所述限束法兰、连接法兰和靶体上均有水冷通道和水冷槽，可直接进行水冷，将热量带走。

所述限束法兰和四扇连接法兰采用卡套式真空密封连接，方便安装与拆卸，保护人员安全。

所述限束法兰和四扇连接法兰分别在各自的侧端面垂直于束流方向且束流通道直径以外开设2个平行的孔道，1个进水孔道、1个出水孔道、分别在各自的与两个孔道垂直的另一个侧端面各开设1个将进出水孔道联通并与进水孔、出水孔具有一定距离的孔道、并对其加入堵头将其侧孔密封。

所述限束法兰和四扇连接法兰的束流孔道为锥形孔道，锥形孔道沿着束流线方向由大到小，由此，将束斑大小调节到与靶体槽圆周尺寸相同，使束流充分利用，产生高额的同位素；

所述靶体结构精细，靶体的侧壁上180度对称开设2个圆孔，上孔连接高纯氮气和压力表，下孔连接药液管路；靶体的前端面上开设药液腔放入定量药液，靶体的后端面上开设水冷槽，水冷槽由多个横向槽和纵向槽组成，两个横向槽中间为多条平行的纵向槽，多个横向槽和纵向槽增大了水冷面积，可带走大量的热量。所述高纯氮气用于药液输运和靶体清洗，所述压力表用于实时观测靶体内压力变化。

所述束流管道法兰采用绝缘耐高温材料，与前端加速器引出管道螺钉连接，后端用KF50第一卡箍与限束法兰连接。

所述的靶体的材料为铌，铌材料能够经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质，靶体的直径小于两侧法兰的直径，靶体的前端面和后端面可以借用两侧法兰的端面进行密封：两侧法兰通过靶体周围的螺钉直接连接将靶体包含其中实现密封，从而减小靶体的整体尺寸。

所述的靶体药液腔为半圆柱矩形腔体，药液从靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔进入，药液从靶体的侧壁上对应矩形一端的孔通入氮气将含有F-18离子的药液通过靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔吹出；靶体半圆柱腔的直径为束斑的直径。

所述KF50第一卡箍、限束法兰、KF50第二卡箍、四扇连接法兰的表面均用氧化铝镀层，使其每个部件与其他部件间均绝缘，使得四扇测得束流大小与方向更加准确。

本发明的优点效果

1、本发明充分利用限束法兰、连接法兰和靶体自身空间设置水冷通道和水冷槽将热量带走，而无需单独设置氦气冷却装置的方法，与现有技术相比，发明省去一项或多项要素(例如，省却2个真空膜2套靶膜，以及两套靶窗中间的氦气冷却装置)后，依然保持原有的全部功能，则具有突出的实质性特点和显著的进步。

2、本发明巧妙地利用卡箍的拆卸代替氦气冷却装置的拆卸，取得了预料不到的效果：将束流管道法兰和限束法兰连接，拆卸时只需要将第一卡箍拆开，在很短的时间内即可将第一卡箍右侧的所有部件整体拿下来放到废弃箱进行辐射的退却，同时也使得加速器端不会因为拆卸时间过长而长时间暴露在空气中被氧化，有效缩短了工作人员因为拆装不便而被束流辐射的时间。

3、本发明将管道法兰和限束法兰的束流孔道设计为锥形孔道，使得束流通过法兰入口时不会因为入口的直径小于束流的直径而使得束流在法兰入口堆积，利用锥形孔道使得束流通过时将热量均匀分布到锥形孔道壁上，减少了束流管道的热量。

附图说明

图1为医用同位素F-18生产的液体靶主视图；

图2为医用同位素F-18生产的液体靶爆炸图；

图3为靶体上的水冷槽；

图4为限束法兰上的水冷槽；

图5为连接法兰上的水冷槽；

图6为液体靶输运系统流程图；

图7为现有技术靶系统结构图。

图中：1:束流管道法兰；2:KF50卡箍；3:O圈；4:限束法兰；5:四扇连接法兰；6:靶体；7:水冷密封法兰；8:M6螺钉；9:四扇；10:陶瓷绝缘垫片；11:哈瓦膜；12:螺钉。

具体实施方式

本发明设计原理

1、本发明采用水冷代替氦冷简化了结构。由于充分利用了限束法兰、连接法兰、和靶体自身的空间，不单独额外占用空间，在限束法兰、连接法兰、和靶体上开设水道，而无需在靶体前端和限束法兰之间因为要对靶窗(哈瓦膜)冷却而专门布设氦冷装置，这样就使得液体靶的长度缩短，简化了结构；同时，采用卡箍和加速器端的束流管道连接，卡箍拆卸时非常简便、拆卸时间很短，使得加速器暴露在空气中的时间也很短，卡箍拆卸后立刻安装一个密封法兰进行加速器的真空密封即可，也就无需单独在加速器端面专门设置防止氧化的真空膜；同时，本发明采用哈瓦膜实现一膜两用，由于哈瓦膜本身没有杂质，束流通过时不会因为哈瓦膜本身的杂质而产生活化、活化后产生污染而将污染带给靶体中药液，同时，哈瓦膜本身也当做真空密封膜，由此实现一膜两用，进一步简化了结构。

2、由于哈瓦膜通过左右两侧的密封圈分别和四扇连接法兰以及靶体连接，并且左右两侧密封圈凹陷在两端的端面中，使得哈瓦膜能够紧贴两侧法兰端面，通过法兰的水冷管道把热量带走，而无需为哈瓦膜单独设置氦冷装置。

3、法兰内部束流通道设为锥形孔道的原理。限束法兰和四扇连接法兰的束流孔道均为锥形孔道，每个法兰内部的束流孔道沿着束流方向由大到小构成锥形孔道。设置锥形孔道的目的在于束流在法兰的入口处不会因为法兰入口处的孔径小于束流的直径而使得束流被截住造成束流堆积产生热量，法兰入口处的孔径接近从加速器引出的束流的直径、而法兰出口处的直径接近实际需要的直径。束流进入法兰的锥形孔道后，随着孔道直径的慢慢缩小，束流均摊地打在锥形孔道壁上，使得热量散失均匀。当束流从束流管道法兰引出以后进入下一级的四扇连接法兰，仍然需要设计锥形束流孔道，这是因为束流从上一个法兰出来后会发散，发散后的束团如果遇到小于其直径的孔道还会在下一级的法兰束流孔道入口堆积，所以设计下一级法兰的孔道仍然为锥形孔道。

基于以上原理，本发明设计了一种医用同位素F-18生产的液体靶。

一种医用同位素F-18生产的液体靶如图2所示，该液体靶沿加速器产生质子束流方向依次设有束流管道法兰1、KF50第一卡箍2、限束法兰4、KF50第二卡箍2、四扇9、四扇连接法兰5、哈瓦膜11、靶体6以及水冷密封法兰5；所述KF50第一卡箍2一端连接束流管道法兰1、另一端连接限束法兰4，所述KF50第二卡箍2一端连接限束法兰4，另一端连接四扇连接法兰5，所述四扇9布设在四扇连接法兰5靠近限束法兰4的端面内、并通过螺钉与四扇连接法兰5端面固接；所述四扇连接法兰5一端连接KF50第二卡箍2、另一端连接靶体6，所述靶体6一端连接四扇连接法兰5，另一端连接水冷密封法兰8；

其特点是：

多个法兰共用一个隔绝真空膜，哈瓦膜同时用作隔绝真空膜和靶膜：

所述靶体前端用哈瓦膜与真空隔离、并起到隔离药液的作用，靶体后端留有水冷槽，最终用水冷密封法兰密封并连接水路；

所述限束法兰、连接法兰和靶体上均有水冷通道和水冷槽，可直接进行水冷，将热量带走。

所述限束法兰和四扇连接法兰采用卡套式真空密封连接，方便安装与拆卸，保护人员安全。

所述限束法兰和四扇连接法兰分别在各自的侧端面垂直于束流方向且束流通道直径以外开设2个平行的孔道，1个进水孔道、1个出水孔道、分别在各自的与两个孔道垂直的另一个侧端面各开设1个将进出水孔道联通并与进水孔、出水孔具有一定距离的孔道、并对其加入堵头将其侧孔密封。

所述限束法兰和四扇连接法兰的束流孔道为锥形孔道，锥形孔道沿着束流线方向由大到小，由此，将束斑大小调节到与靶体槽圆周尺寸相同，使束流充分利用，产生高额的同位素；

所述靶体结构精细，靶体的侧壁上180度对称开设2个圆孔，上孔连接高纯氮气和压力表，下孔连接药液管路；靶体的前端面上开设药液腔放入定量药液，靶体的后端面上开设水冷槽，水冷槽由多个横向槽和纵向槽组成，两个横向槽中间为多条平行的纵向槽，多个横向槽和纵向槽增大了水冷面积，可带走大量的热量。所述高纯氮气用于药液输运和靶体清洗，所述压力表用于实时观测靶体内压力变化。

所述束流管道法兰采用绝缘耐高温材料，与前端加速器引出管道螺钉连接，后端用KF50第一卡箍与限束法兰连接。

所述的靶体的材料为铌，铌材料能够经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质；靶体的直径小于两侧法兰的直径，靶体的前端面和后端面可以借用两侧法兰的端面进行密封：两侧法兰通过靶体周围的螺钉直接连接将靶体包含其中实现密封，从而减小靶体的整体尺寸。

所述的靶体药液腔为半圆柱矩形腔体，药液从靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔进入，药液从靶体的侧壁上对应矩形一端的孔通入氮气将含有F-18离子的药液通过靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔吹出；靶体半圆柱腔的直径为束斑的直径。

补充说明：

设计药液从靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔吹出的目的，是应为半圆内壁光滑，药液不容易在半圆内壁上存留，药液能够彻底被吹出。

靶体设计举例：靶体半圆柱腔的直径为14mm，深度为10mm，矩形腔长为14mm，宽为10mm，高为10mm。可装入1.7-2ml药液，为了充分利用束流，达到经济最大化，可装入1.75ml即可；该半圆柱矩形槽设计，方便药液存放与输运。

所述KF50第一卡箍、限束法兰、KF50第二卡箍、四扇连接法兰的表面均用氧化铝镀层，使其每个部件与其他部件间均绝缘，使得四扇测得束流大小与方向更加准确。

补充说明：

1、哈瓦膜两侧的密封圈分别嵌入在两侧四扇连接法兰的密封圈凹槽中和嵌靶体密封圈凹槽中，使得哈瓦膜能够紧贴两端的法兰端面，将其自身的热量通过热传递方式被两侧法兰内的水冷管道带走。

2、靶体的水冷设置如图2、图3所示，图2水冷法兰中间有2个孔，一个进水孔、一个出水孔，进水孔对应图3靶体密封槽两个长条的一端，出水孔对应靶体密封槽另一个长条45度斜对角的另一端，这样水从靶体密封槽的入口端进入，再经过多个齿形通道到达密封槽的出口端。入口端设在出口端45度对角处。

实施例一：液体靶的生产流程如图6所示

1.通气接通4UW-1(放气口)，通气接通ASVO，通气接通4MWE＝A-1(蠕动泵)；

2.启动蠕动泵A，将富氧水泵入液体靶腔室；

3.注入完毕，关闭蠕动泵A，关闭ASVO；

4.通气接通放气阀4UW-2(堵口)，

5.通气接通4MWE＝A-2(堵口)；

6.打开束流，通过安装在靶体前的四扇的测量信号和靶体本身的测量信号来调整束流中心位置至靶的中心，束流照射富氧水约2小时后，随时观察压力表读数关闭束流；

7.通气接通产品阀4MWE＝B-3(合成箱)；

8.通气接通4MWE＝A-4(产品阀)

9.通气接通高纯氮气的4UW-3及ASVO，(调低气压，不能把液体柱打碎)，将照射后的富氧水输运至放化室，检测活度；

10.通气接通4UW-4(堵口)，通气接通产品阀4MWE＝B-4(堵口)，通气接通4MWE＝A-3(去离子水)；

11.通气接通4UW-1(放气)启动蠕动泵B，将去离子水泵入液体靶腔室；

12.用去离子水将液体靶腔室充满，关闭蠕动泵B，通气接通4MWE＝A-4(产品阀)及4MWE＝B-1(废液池)，接通4UW-3通入氮气清洗，将废液排入废液池；

13.重复步骤10-12，使用去离子水冲洗液体靶腔室多次，直至活度计测量数值符合标准为止；

14.重复步骤1-13，继续完成药品生产。

15.如果不生产的话，将通气接通4MWE＝A-1(蠕动泵)，反转蠕动泵A,通入氮气将管道内的富氧水收集到富氧水瓶中，最后停止蠕动泵，通气接通4MWE＝A-2(堵口)，接通4UW-4(堵口)，关闭ASVO。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种医用同位素F-18生产的液体靶，该液体靶沿加速器产生质子束流方向依次设有束流管道法兰、KF50第一卡箍、限束法兰、KF50第二卡箍、四扇、四扇连接法兰、哈瓦膜、靶体以及水冷密封法兰；所述KF50第一卡箍一端连接束流管道法兰、另一端连接限束法兰，所述KF50第二卡箍一端连接限束法兰，另一端连接四扇连接法兰，所述四扇布设在四扇连接法兰靠近限束法兰的端面内、并通过螺钉与四扇连接法兰端面固接；所述四扇连接法兰一端连接KF50第二卡箍、另一端连接靶体，所述靶体一端连接四扇连接法兰，另一端连接水冷密封法兰；

其特征在于：

多个法兰共用一个隔绝真空膜，哈瓦膜同时用作隔绝真空膜和靶膜：

所述靶体前端用哈瓦膜与真空隔离、并起到隔离药液的作用，靶体后端留有水冷槽，最终用水冷密封法兰密封并连接水路；

所述限束法兰、连接法兰和靶体上均有水冷通道和水冷槽，可直接进行水冷，将热量带走。

2.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述限束法兰和四扇连接法兰采用卡套式真空密封连接，方便安装与拆卸，保护人员安全。

3.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述限束法兰和四扇连接法兰分别在各自的侧端面垂直于束流方向且束流通道直径以外开设2个平行的孔道，1个进水孔道、1个出水孔道、分别在各自的与两个孔道垂直的另一个侧端面各开设1个将进出水孔道联通并与进水孔、出水孔具有一定距离的孔道、并对其加入堵头将其侧孔密封。

4.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述限束法兰和四扇连接法兰的束流孔道为锥形孔道，锥形孔道沿着束流线方向由大到小，由此，将束斑大小调节到与靶体槽圆周尺寸相同，使束流充分利用，产生高额的同位素。

5.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述靶体结构精细，靶体的侧壁上180度对称开设2个圆孔，上孔连接高纯氮气和压力表，下孔连接药液管路；靶体的前端面上开设药液腔放入定量药液，靶体的后端面上开设水冷槽，水冷槽由多个横向槽和纵向槽组成，两个横向槽中间为多条平行的纵向槽，多个横向槽和纵向槽增大了水冷面积，可带走大量的热量；所述高纯氮气用于药液输运和靶体清洗，所述压力表用于实时观测靶体内压力变化。

6.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述束流管道法兰采用绝缘耐高温材料，与前端加速器引出管道螺钉连接，后端用KF50第一卡箍与限束法兰连接。

7.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述的靶体的材料为铌，铌材料能够经受大束流的轰击并不容易产生变形和杂质；靶体的直径小于两侧法兰的直径，靶体的前端面和后端面可以借用两侧法兰的端面进行密封：两侧法兰通过靶体周围的螺钉直接连接将靶体包含其中实现密封，从而减小靶体的整体尺寸。

8.根据权利要求5所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述的靶体药液腔为半圆柱矩形腔体，药液从靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔进入，药液从靶体的侧壁上对应矩形一端的孔通入氮气将含有F-18离子的药液通过靶体的侧壁上对应半圆柱一端的孔吹出；靶体半圆柱腔的直径为束斑的直径。

9.根据权利要求1所述一种医用同位素F-18生产的液体靶，其特征在于：所述KF50第一卡箍、限束法兰、KF50第二卡箍、四扇连接法兰的表面均用氧化铝镀层，使其每个部件与其他部件间均绝缘，使得四扇测得束流大小与方向更加准确。

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