确定放射药剂材料的活性的设备和方法

专利名称：确定放射药剂材料的活性的设备和方法
确定放射药剂材料的活性的设备和方法
背景技术：
本申请是2009年6月5日提交的、PCT申请号为PCT/US2009/46437的部分继续申请，其全部内容通过引用在此并入全文。本发明涉及针对放射药剂材料使用的递送方法、系统及其组件，更特别地涉及用于确定等分量的所递送放射药剂材料的辐射含量的方法和组件。已知放射药剂材料在医疗领域中用于治疗以及诊断目的。胶囊放射药剂材料(如 “种子”)被注入到诸如前列腺瘤之类的固体肿瘤中来辐射并因此杀死肿瘤细胞。在血管成形术之后，放射性材料(由气囊导管保持在位)对血管内的腔细胞的短暂曝光已经被使用， 以减少血管中再狭窄的发生率。除了这些治疗用途，放射药剂还能够作为特定成像技术中的示踪物以帮助诊断需要医疗介入的组织。两种这样的成像技术为正电子放射断层造影术(positron emission tomography) (PET)和单光子放射计算机断层造影术(singl印hoton emission computed tomography) (SPECT)。在PET成像中，将携带正电子放射核素(例如18F)的放射药剂注射到患者的脉管系统中。由放射核发射的正电子在其附近与电子相碰撞，释放出具有相反轨道的一对伽玛射线。通过布置在患者的相对两侧的传感器来探测该成对的伽玛射线，从而确定放射药剂的位置。作为实例，18F氟脱氧葡萄糖(FDG)日常用于探测肿瘤细胞，所述肿瘤细胞优先地吸收FDG。在SPECT成像中，放射药剂携带在其衰变期间发射单个伽玛光子射线的放射核素。与PET —样，通过围绕患者放置的传感器来探测伽玛射线并确定放射药剂的位置。作为实例，将99mTc甲氧基异丁基异腈(sestamibi)注射到患者的脉管中并在核素通过心脏时对其进行监视。该方法为心脏病专家提供如下信息，即有关心脏如何从心室中喷射出血液。对于经受单一成像过程的单个患者而言，尽管来自诊断放射药剂的放射剂量是微小的，但是对于注射示踪物的医疗技术人员或医师而言，所累积的剂量则可能是较大的。这是由技术人员或者医师每天所需要注射的患者所决定的。因此，开发了大量的设备以帮助医师或技术人员避免过度暴露于放射药剂。对于放射药剂的手工注射，已经开发出在注射器主体中合并有防护材料(Takahashi等人的US专利4，968，305)的注射器，同时还开发出手持式防护注射器保持器(Nakayama等人的US专利499401 。除了这些手工设备之外，对自动设备也进行了描述。这些装置的实例可以在Reilly等的US专利申请(通过引用结合在此)、PCT专利申请公开W02004/004787(Van Naemen等，在此通过引用结合在此)、EPO专利申请公开EP1，616，587 (Buck，通过引用并入)、以及US专利申请公开US2008/0177U6(Tate等，通过引用结合在此)中找到。尽管这些设备的应用主要涉及 PET成像(更特定地涉及FDG的使用)，但是类似形式的设备也可用于SPECT成像过程中的 SPECT放射药剂的注射。特别地参考Buck和Tate等人的文献，自动注射器通常包括如下组件。诸如药水瓶或其他容器之类的放射药剂源被放置在注射器内的屏蔽环境中。针、套管或其他接入设备被插入到容器中以允许接入放射药剂材料。从接入设备到第一泵设备之间还设置了流体路径，所述第一泵设备可包括注射器和起动器、或者蠕动泵。非放射性冲洗材料(诸如盐水) 源还设置有第二流体路径，其可以连接到第二泵设备上，或者通过阀机构与第一泵设备流体连通。在使用第二泵设备的实例中，其输出部分可以通过辅助阀机构而与第一泵设备的输出部分流体连通。第一泵设备的输出端与第三流体路径流体连通，所述第三流体路径被布置成穿过诸如电离室之类的放射探测器装置。该第三流体路径与第二阀机构相连接，所述第二阀机构控制其中的流体流向废液容器或者流向递送设备，所述递送设备可以为医疗目的而将放射药剂材料递送到容器或患者。计算机运行的适用软件能够通过电动机控制设备来控制第一和第二泵设备的动作，并额外地控制阀机构。该注射设备还可包括监视器以向使用者显示信息(例如放射性探测器所探测的放射量)，以及包括计算机的输入设备(例如键盘)，其允许用户输入关于注射器操作的信息。从功能性的观点来看，这样的自动设备可以以如下方法使用。技术人员或医师可以将预填满有包含放射性材料的溶液的容器或药水瓶载入到注射器的防护容器中。诸如具有特殊活性的(表示为每体积的Bq或Ci)之类放射性材料的量可以印刻在预填满的药水瓶的标签上。或者，药水瓶的总活性(以Bq或Ci表记)可以在药水瓶上通过已知或假定的流体体积来表示。一旦预填满的药水瓶或容器被载入到屏蔽容器中，可以通过医师或技术人员手动或通过注射器自动地将接入设备插入到容器中。类似的，还提供非反射性冲洗材料源，例如来自于容器或挂袋。医师或技术人员可以随后将冲洗材料连接到设置在注射器中的第二流体路径上。可以通过泵送工艺来使用非放射性冲洗材料，从而清除注射器内各流体路径中的空气。空气清除处理导致流体路径中填充满冲洗材料，因此在使用中没有空气存在。之后，医师或技术人员用一种方式起动注射器以提供用于递送的一定剂量的反射药剂。可以选择各种方法对注射器进行编程从而递送所需要的放射剂量。例如，医师或技术人员可以经由注射器上的界面设备来输入放射药剂的总递送体积。或者，使用者可以输入最终剂量的总放射线活性。在该实例中，注射器计算机上的软件可以具有有关放射药剂源中液体的特定活性的信息以及执行这些计算从而确定最终的递送体积。如果是人类患者作为剂量的接受者，则涉及患者的参数(诸如身高和体重)可以输入到注射器中。在该实例中，注射器计算机上的软件可以使用这类信息来确定作为活性而递送的放射药剂的恰当数量，之后计算来自放射药剂源的将要递送的总体积。这些实例并非是穷举，而是可以使用其他方法对注射器进行编程以递送特定体积的所递送的放射药剂。一旦确定了放射药剂的体积，注射器激活适当的泵机构以通过第一泵机构将所需体积的放射药剂从提供放射药剂的容器传输到第三流体路径中。随后启用泵方法以将冲洗液体从冲洗液体源泵送入第三流体路径中，这样冲洗液体团起作用而沿着流体路径推动一定剂量的放射药剂。通过这种方式，一定剂量的放射药剂沿着第三流体路径逐步前进直到其进入到放射探测器的近端。如Tate等人文献中所描述的，此类放射探测器可以包括离子探测器。该离子探测器简单地描述为具有中央阳极和集阴极的封闭容器，在阳极和阴极之间施加有电势。探测器容器填充有探测气体(诸如氩气)。当放射药剂所发射的放射线进入到离子探测器中时，它将一些气体电离，从而产生正负电荷。负电荷附着在集阳极上，由此带电粒子产生电流。放射探测器所产生的电流随后由电子部件和软件进一步处理以提供所测量的每秒衰变数量(以Bq或Ci表记)的读数。结果，向注射器提供关于放射量的直接信息，所述放射量由通过注射器递送的一定剂量的放射药剂来提供。如Buck的文献中所描述的，如果所测量的剂量活性不足以构成足量的放射药剂，则能对注射器编程以提供第二剂量，其将与第一剂量相结合以提供待分配的正确数量的放射药剂。一旦在第三流体路径中存在正确体积的放射药剂，则完整的放射药剂剂量将通过递送设备而泵出注射器并到达其最终目的地。在剂量所具有的放射活性超过需要的情况下，阀机构能够在注射器中被激活并将剂量倾倒到废物储藏室中以移除。如上所述的自动放射药剂注射器的实例中，使用气体电离腔来测量递送给输出容器或者患者的放射药剂的数量。典型的，该电离腔具有较大的物理空间并且极大地增加了注射器的成本。Tate等人文献中图ID的元件160展示了这样一离子腔相对于注射器其它组件的相对尺寸。图ID进一步提示，在电离腔发生故障的情况下对其替换可能存在困难。 出于这些原因，期望替换一种具有可替代放射探测器的电离腔，其可以既减少成本又减小物理体积以提供注射器所需要的放射线测量。

发明内容
本发明广泛地预想用于测量自动注射设备中所使用的流体通路中的放射性药剂材料的活性的一种改进的系统和方法。在此所广泛预想的系统包括流体通路以包含根据空间表面的等分量的放射药剂、放射探测器以及沿着流体通路和传感器之间的光子路径放置的一个或多个光学元件。该系统可以被布置在注射器内以接收沿着流体路径从注射器中的供应源泵送出的等分量的放射药剂。该系统输出部分可以进一步连接到输出组件上以在其活性被测量后将所述等分量的放射药剂提供给患者。包含等分量的放射药剂的流体通路必须被放置成能优化该等分量所发射的放射线对放射探测器的曝光的几何结构。因此，本发明的另一方面是临近探测器的等分量定位器形成为具有如下几何结构，其中，无论等分量在等分量定位器中的位置如何，由该等分量所发射的放射线以相同的响应能力而被探测。作为非限制性的例子，该等分量定位器可以包括管状导管或柔性袋，并且该导管或袋可以被设置成在定位器输入和输出之间形成线圈型、螺旋型、蜿蜒型、线型或其它类型的通道。对于定位器的几何结构优化的考量可以包括但不限于探测器表面中央到等分量定位器的平均轴距，以及等分量定位器在空间中(如平面或弯曲表面)的总体分布。这些弯曲表面的实施例包括但是不限于抛物线、球体、双立方曲线、或其它更为复杂的几何表面。本发明进一步预想了在放射药剂中使用多种不同放射性核素(包括但是不限于 2tllTI、99mTc或者82Rb)。铊(Tl)、锝(Tc)、铷(Rb)对于评估心肌衰弱灌注以及确定心脏的输出功能来说是有用的。每个核素具有独特的发射光谱并且被规定在较宽范围的活性水平 (Bq或Ci)。因此，集成有相对于探测器而几何固定的等分量定位器的测量系统会在使用高活性水平时经历探测器饱和，而探测器响应在横跨所述的各种活性和核素的范围中的低活性端处会处于正常操作范围内。因此本发明的另一方面是包括光学元件以限制来自药剂等分量完全碰撞在传感器表面上而产生的放射活性水平，该药剂等分量位于等分量定位器中。该光学元件可以包括但是不限于，一个或多个准直仪、狭缝、光阑、诸如钨箔或铅薄片之类薄屏蔽材料、或者它们的任意组合。这些光学元件可以手动或自动地调整以阻止或防止传感器对于等分量放射核素的特定活性水平而饱和。可以通过将一系列衰减器中的一个放置在位于放射核素和传感器之间的光子路径中实现，所述衰减器可以包括不同尺寸的光阑(变化直径)、布置在转轮之上的针孔准直器，或者将一系列狭缝中的一个放置到光子路径中，所述狭缝被磨成可移动的金属设备，又或者放置一系列具有不同厚度的屏蔽薄片/箔片中的一个，或通过其它实施例。更为复杂的衰减器也可以包括放置在可变衰减器上的准直针孔阵列，针孔或沟槽呈放射状延伸穿过衰减器主体，并且具有相等或可变的直径。具有各种平面或曲面几何形状的等分量定位器可以类似地与光学元件相组合以形成可选择的定位器，所述光学元件具有多种衰减或准直特征。这些可选择的定位器可以针对特定放射核素或放射活性水平来优化探测器性能。本发明的又一方面包括一种使用该系统以测量定位器内放射药剂等分量活性的方法。该方法的一个实施例包括通过自动注射器将已知体积的等分量放射药剂液体注射到平面或曲面的等分量定位器中，所述等分量定位器靠近放射探测器，二者之间具有各种光子抑制性光学元件，布置在几何凹面上的定位器面向探测器以优化探测器对于放射药剂所发射的放射线的响应，将该探测器的响应传输到驻留在注射器上的计算机，以及根据体积和探测器的响应而计算所述等分量的特定活性。


图Ia示出了用于从位于可选择的定位器中的等分量测量放射活性的探测器系统，该定位器包括本发明的凹面等分量定位器的和/或各种衰减器以及固态传感器。图Ib示出了具有可选择的衰减器的图Ia所示凹面等分量定位器的侧视图。图Ic示出了准直器阵列的实施例的立体图。图Id示出了图Ic中的准直器阵列的实施例的横截面图。图Ie示出了双准直器阵列的实施例的横截面图。图If示出了具有圆盖形衰减器的准直器阵列的实施例的横截面图。图Ig示出了具有平面等分量定位器的准直器阵列的实施例的横截面图。图2示出了依据放射源到传感器距离的探测器计数率的理论响应曲线。图3示出了具有实验数据的、图2的理论响应曲线。图4示出了以扩展标度的图3的理论响应曲线和数据。图5示出了作为从源到晶体的距离的函数、针对各种位置误差的计数率的基于模型的百分比误差。图6示出了作为围绕中央轴的角位移的函数、CZT探测器对放射源的响应的实验数据，以及基于根部余弦模型而与该数据相匹配的理论曲线。图7示出了与双立方曲线模型相匹配的图6中的计数率实验数据。图8示出了对于在3个不同源一探测器角度(0，+30，-30度)处的不同距离的计数率实验数据。图9示出了计数率实验数据，其用于从双立方模型中导出的凹面上的各个点，作为在放射源上方使用0. 1英寸厚度的聚碳酸酯圆盘的角位移的函数。图10示出了作为光能的函数的散射和吸收系数。
具体实施例方式图Ia示出了用于测量等分量的放射药剂活性的探测器系统300的实施例。如本公开内容中所使用的，等分量指的是一个或多个体积、团块、小块、或者流体段，它们或者相邻或者由其它材料分开，且一起形成用于一个或多个患者的一个或多个剂量。探测器系统 300包括连接于通路或等分量定位器302的流体路径，所述等分量定位器至少形成有凹面 304。等分量定位器302与放射探测器325之间以距离320布置，该探测器包括传感器，所述传感器具有传感器表面以及电子元件的以调节传感器的输出。在等分量定位器302和探测器325之间可以设置可变衰减器316。可变衰减器316以及等分量定位器302每个都具有不同的凹面曲率以形成可选择的定位器。据此，等分量定位器302将发射放射能量的源定位在弯曲构造上，并且当将能量发射给探测器时，可变的衰减器影响其运行到探测器的路径。每个可变曲率量对到达探测器的能量进行优化。据此，可选择的衰减器310可以被设置在等分量定位器302和探测器325之间。可选的自动机构3 能够连接至衰减器310。等分量定位器302形成在独特的凹面304中以允许均勻的放射探测响应。从凹面304上的任意点到探测器325的距离被定义为光学路径303，该光学路径被导出，从而无论等分量沿着等分量定位器302的位置如何，探测器计数率都与等分量放射活性水平成比例。图Ib提供了凹面30 的侧视图。该凹面30 可以具有各种形式，包括但是不限于抛物线表面、球形表面或类球形表面或者更为复杂的几何形状，该几何形状取决于探测器325 具体的几何响应，下面将对其进行详细描述。选择凹面几何形状以保持探测器对于在各种位置以及以各种放射核素能级发射的放射线的一致敏感度，并且克服了在球面几何形状中存在的限制。尽管球面是凹面的一种实例，但其在某些能级上可能并不合适，并且会导致不精确的活性测量，因为与处于球形表面的内部或其中央的等分量相比较，靠近球形表面的外径的位置上的等分量具有较低的计数率。该差别会产生是因为从球面圆周上的等分量放射药剂中发射的放射线将以非法线的角度撞击探测器的传感器表面，从而由于探测表面积减少和/或基于放射线入射角的传感器有效吸收常数的改变和/或探测器窗口(或光路)衰减和/或散射水平的改变而使其有效计数率减少。该凹面304具有“半径”，其有助于放射活性探测中的高精度测量。对于凹面，在此使用的术语“半径”指的是从定位器上任意点到传感器的距离。与待测放射流体和传感器之间潜在的相对位置改变相比，该凹面的“半径”较大，。该相对位置改变的起因包括但是不限于在定位器内靠近或远离传感器移动的流体放射，由于机械位置误差而导致的等分量定位器移动靠近或远离传感器，制造偏差，以及传感器运动。由于诸如此类的小机械变量在物理系统中是常见的，其有利于在凹面“半径”和传感器之间保持高计数率，从而尽管存在这些小的变量仍保持高测量精度，。等分量定位器302可以形成为管状导管，该导管具有被较佳地选取为使读数误差最小的宽度或直径，由此与“半径” 320(如前所述)相比较小。这样，如果流体的放射性部分附着到壁上并且因此移动到靠近或远离传感器的位置，则将减少测量误差的值。管状导管例如可以被溶合或热结合在一起以形成凹形并且随后放置到形状类似的接收表面(未示出)中。除了使由于等分量在定位器内的位置而引起的误差最小化之外，通过在定位器和探测器之间采用足够大的光学路径303还可以使由于定位器相对于放射探测器325的位置不对齐而引起的测量误差最小化。“半径”或者距离320会因为法线距离轮廓(其通过所选择的特定凹面几何形状而确定)的机械公差而有微小改变。该距离变化或扰动将影响探测误差的大小。等分量定位器和探测器之间的足够大的光路303将使探测器误差最小化。由于凹面形状的导管的定位是重要的，因此优选地对于定位器302具有某种对准机构，其可以包括销钉、沟槽、凸缘、唇边或其它机械结构(未示出)。或者，通过槽或夹的固定或者通过粘合，等分量定位器302能附着在更为刚性的塑料块(未示出)上。等分量定位器还可以固定在两个刚性的、多用途表面(未示出)上，或者采用两块相对刚性注模块形成，所述注模块随后结合在一起(未示出)。进一步的，定位器可以被制造成沟槽或管状导管，其加工成或注模成低密度材料。除了管状导管之外，等分量定位器302还可以具有容器的形式，该容器形成为具有适当的凹面流体路径，例如但不限于，袋子或其它具有入口和出口的柔性容器(未示出)。该袋子还可以被压缩在两个可重复使用的表面(未示出)之间，该表面产生盘绕的、蜿蜒的或其它流体将通过的缠绕的凹形形状。由于探测器系统被设计为测量放射核素等分量所发射的放射线，因此等分量定位器302所包含的材料及其厚度优选地设计为使对放射的吸收最小化。具有如此特征的材料可以是低密度塑料。这些材料的一些非限制性实例包括聚合物以及各种制造和注模材料。例如聚碳酸酯由于其强度以及能精确且一致的注模能力而通常用于光学设备中。图 10示出了由于各种能量的光子与聚碳酸酯塑料的相互作用而引起的各种散射和吸收效应。 在PET或SPECT成像中使用的放射核素可以包括2wTI^Tc或者123I，以及正电子发射器 18F和"C。对于由正电子湮没而释放的伽马放射，这些放射源的伽马射线能量的范围包括 140keV(例如99mTc)到511keV。如图10所示出的，对于接近这些相关的用于PET或SPECT 成像的能量，不连贯散射机构对于光子表现出与聚碳酸酯塑料最为类似的效应。不管使用何种低密度塑料，该散射可以导致例如伽马光子从放射药剂等分量中离开塑料并偏离其法线路径。由于该原因，等分量定位器的壁可以足够薄以减少这些散射效应，该散射效应可能干扰横跨感兴趣的能量范围的传感器精度。厚壁管可能导致在一些能量范围中的过量吸收，并且为所发射的光子提供多重散射路径。这种多重散射可能导致等分量对于探测器呈现在物理上大于其实际尺寸。有各种管直径和壁厚度可以用于形成等分量定位器，其中每一种都会针对放射核素能量的范围和将要分配的药剂而特别地进行优化。对于如下所包括的但并非限定性的材料聚氯乙烯、聚氨酯、硅树脂、或共挤塑 (coextruded)尼龙，管壁厚度可以在0. 020英寸到0. 125英寸之间变化，并且管直径可以在 0. 030英寸到0. 3125英寸之间改变。该等分量定位器302优选地无菌并是预组装单元。放射探测器325可以使用各种适合于所关心的能量范围的现代放射传感技术。非限制性的示例放射传感技术包括，具有闪烁材料或者镉/锌/碲化物(CZT)或镉/碲化物晶体基探测器的Si PIN或雪崩光电二极管阵列(硅PMT)。具有高增益电荷放大器的CZT 晶体提供了稳定的和高效的性能。该传感器具有高传感性以及小外形和低成本的优点。可优化该晶体的形状以提供轴对称，使得当等分量沿着通路运行时，传感器的有效表面区域能够保持相同，每单位时间内收集相同的放射通量。晶体形状的非限制性实例包括圆形或方形外形。CZT探测器包括CZT晶体(传感器)，横跨该晶体经由阳极和阴极而提供电势。 入射的伽玛或χ射线(在此为电离的光子或光子)产生电子-空穴对，其分别迁移到阳极和阴极。由于较高的机动性，电子移动得更快并且因此通常通过阻塞电容器(其保护电荷放大器不受阳极出现的高压偏置的影响)而被收集在阳极。所产生的电子-空穴对的数目与晶体所吸收的光子的能量成比例。在短时间恒定/高带宽互阻抗放大器结构中，对于每个被吸收到晶体中的光子都产生短的(几微秒)脉冲，该放大器结构通常用于计数设备并且在收集光谱时使用。电压脉冲的高度与所收集的电荷的数目成比例，而所收集的电荷则与入射的光子的能量成比例。通过收集适当数目的脉冲并且记录每一次的脉冲高度，可以形成柱状图(或光谱图)，其允许系统在来自99Ic和其他发射药剂核素的放射之间进行鉴别。放射探测器325能安装在小电路板上(未示出)，所述电路板还包括用于其操作的合适的电子元件。这些电子元件可以包括但是不限于横跨传感器主体设置的高电势源、 对传感器输出进行放大的电流放大器、诸如过滤器之类的噪声减少电路元件、以及用于从探测器向包含在注射器系统中的计算机提供最终调节信号的装置。这样的CZT探测器可以容纳在组合件内，该组合件可以是诸如20立方毫米那样很小的，且可以附着在具有适当尺寸的电路板上，所述电路板包括调节电子元件，从而提供所需数据以供计算机获取和使用 (参见例如 eVMicroelectronics iGEM Sensor Module [2009 年 11 月 13 日的 http //www. Evmicroelectronics. com/igemsm. html])进一步包括在放射探测器系统300中的可以是可选择的衰减器310，该衰减器布置在等分量定位器302和探测器325之间的光路303中或者传感器晶体的活性表面上。可选择的衰减器310用于容纳大的放射水平动态范围，同时在所期望的线性或最优响应范围内操作传感器。此种所期望的响应范围是防止传感器饱和或高端的脉冲累积、以及防止传感器在噪声中操作或在其低端处需要太长的时间以确定测量值的响应范围。因为等分量放射药剂的特定活性能够从一个预备值变化到另一个值，以及因为在包含不同放射核素的药剂之间，整个光谱能量是不同的，可选择的衰减器310最小化或者防止放射探测器的饱和。 可选择的衰减器310可包括旋转盘组合件317或线性定位设备(未示出)。可选择的衰减器310可以包括但不限于一个或多个光阑、衰减器、狭缝或者通道。图Ib示出了一系列的通道31fe-c，其围绕盘317而布置在各个位置。这些通道可以具有不同尺寸的直径。此外， 可选择的衰减器310可以包括一系列的衰减器，该衰减器由厚度不同的材料组成，或者，可以选择材料，从而从定位器中发出的放射的最大值不会超出探测器325响应的线性范围或者落在探测器325响应的线性范围之外。该衰减器材料优选地是高密度材料，其具有高衰减-散射比，一些非限制性实例包括铅、钨和金。在另一实施例中，可选择的衰减器可以包括厚度变化的连续衰减材料带。对箔片进行制作以使其具有各种横截面或外形，包括平的或半球形的外形。可选择的衰减器可以是定位器，这样在光路中的箔片厚度足够，以确保探测器响应在其线性范围内。可选择的衰减器还可以包括小且恒定的校准放射源(未示出)，其面向传感器以提供校准探测器响应的手段。在一个非限制实例中，243Am(半衰期为7400年，伽玛能量为 74. 7keV)或者241Am(半衰期为432年，伽玛能量为59. 5keV)的小校准源样本可以用作具有已知光谱特征的恒定放射源。在对探测器适当功能进行临时核对时，该校准源可以放置在探测器的前方，从而可以测量其响应。探测器相对之前的校准的偏差会得到注意，并用于确定探测器是否需要重置或重校。可选择的衰减器310最理想的可以是定位器302和探测器 325之间的光路303中的定位器。这可以通过用户亲手将元件放置到位而手动完成，或经由自动设备实现。
自动机构3M可以连接到可选择的衰减器310，如图Ia所示。可选择的衰减器 310可包括盘317，其上布置有光学元件。盘317的中央连接至由电动机330 (诸如小DC电动机或步进电动机)驱动的轴312。该电动机由控制单元335控制。该控制单元可以从注射器计算机(未示出)接收信息，以激活电动机，从而可选择的衰减器上的适当光学元件能够恰当地对齐在与光路303中。设想用各种装置以确保恰当的光学元件能够在光路中适当对齐，其可以包括但不限于使用限位开关、基准标记、或者与电动机330相关的电动机编码器。控制单元335与计算机连通以选择特定的光路元件。在一个实施例中，用户可以通过输入设备将放射药剂、放射核素的名称和/或活性水平输入到计算机中。计算机可以具有数据库，该数据库将恰当的光学元件与特定输入放射药剂或放射核素名称或活性水平相互交叉参考以优化探测器响应。该信息可以进一步索引为控制序列并发送到电动机控制单元中以将恰当的被索引的光学元件放置到位。或者，已知的光学元件可以初始地放置在位，且当等分量放射药剂呈现在等分量定位器上时，放射探测器可以将其输出数据传输到注射器计算机上，传感器提供经由短集成时间测量内的计数率的初步粗略估计(“寄生 (sneak)峰值”)，计算机随后可以将来自探测器的数据和表示探测器响应曲线的数据相比较。如果探测器数据超出了表示探测器的线性响应范围，则计算机可以向电动机控制器发送控制序列，从而定位新的光学元件以增加或减少探测器上的入射放射线。或者，探测器可以将与入射放射的光谱特征相关的数据传输给注射器计算机。数据库可以包括在计算机中，该数据库包含表示与多个潜在放射药剂相关的光谱特征的数据。该探测器数据可以与该数据库相比较以识别适当的放射核素。监视器上的计算机输出可以将这些信息提供给用户。同时，计算机可以向电动机控制单元发送适当的控制数据，以将合当的光学元件定位到光路中，以优化放射探测器对该放射核素的响应。不仅可以改变定位器302的曲率以优化探测器的读取，还可以改变凹面光学元件 316的曲率以影响探测器的读取。可变衰减器316可以具有各种凹面外形，所述外形可以类似于在上面描述的等分量定位器凹面的外形。可变衰减器316的该曲线形状可以减少非法线方向的放射光子传播效应，而当等分量放射药剂沿着等分量定位器移动到不同位置时，该效应会减少传感器精度。实际上，改变每个等分量定位器和可变衰减器的曲率可以优化探测器感应放射线的能力。因此，凹面等分量定位器和可变衰减器316分别为放射活性 (或放射流体)提供可选择的定位和可调整的补偿，从而探测器理想地读取放射线。凹面光学元件可由高密度放射材料制成，所述材料具有高衰减散射比，一些非限制性实例包括铅、 钨和金，其提供适当的衰减同时防止散射，否则会减小传感器精度。图Ic示出了形成为准直器阵列350的示例性可变衰减器的立体图。准直器阵列 350包括通道352，所述通道可以具有均一或尺寸可变的直径以获取更精确的活性探测。准直器阵列350具有凹面形状，且依赖于每一个的通道尺寸变化可以增强探测器能力以读取定位器凹面部分中某一位置上与等分量相关的活性。通过对凹面定位器上的等分量的位置偏差的补偿而实现该增强。图Id是沿着图Ic所示的准直器阵列350或者“针垫”的线Id-Id得到的横截面图。在图Id中，准直器阵列350与探测器32 间隔轴向距离而布置，从而内凹面面向探测器。例如，诸如通道357a等的在准直器阵列外围上的通道比诸如通道357c等的朝向中央得到的通道直径要大。诸如通道357b等的位于准直器阵列的中央和外围之间的通道的直径尺寸在中央和外围处那些通道的直径之间。以法向于准直器外表面和内表面的角度钻出通道，因此，在外围处的通道具有更大的倾斜角。对于给定的活性来说，这将产生更加均一的探测器响应，而与弯曲定位器中等分量放射药剂的位置无关。准直器阵列350由此提供可变的衰减。进一步的，由于具有弯曲的准直器阵列，等分量定位器的凹度可以最小化，或者没有凹度而是如图Ig所示的平面流体路径。该探测器系统具有等分量定位器302b，其中凹度被最小化或者没有凹度，准直器350b是弯曲的。定位器和光学元件之间的凹度或曲率的变化特别有利于应对不同核素或能级。如果一个凹面定位器不适于所有所关心的能量/核素(由于散射变化)，那么针对给定核素而将“针垫”准直器阵列移动到恰当位置(如非限制性实施例的，通过转轮或线性滑动)。能够使用各种针垫，具有各种准直通道样式和通道直径以及各种针垫厚度，这些参数中的每一个都可针对特定的核素能量范围而优化。如图Ig所示，准直器阵列350b具有不同尺寸上变化的通道。每个通道可以位于以倾斜角(显示为角度Θ)测量的位置处。通道偏离中心线365的角度越大，则通道的直径越大。居中地位于曲率中点的准直器通道357c相比较位于外围的通道357a而言具有较小的直径。而位于阵列350b的中央和外围之间的诸如357b之类通道，类似地具有处于中央和外围通孔的通道直径之间的直径尺寸。准直器阵列350可以是连续的屏蔽材料层，或者，准直器阵列可以为两个或多个足够厚的屏蔽材料片，例如图Ie中所示的35 和35恥。通道359a_c可以被打孔或钻孔而形成适当直径，以产生探测器对于定位器中等分量所发射的光子的相等响应度。也可以由可注模屏蔽材料来注模形成固体或单片式准直器阵列，该材料为例如采用PolyOne 制造的那些，其中铅粉与聚合物相组合。如图If所示，准直器阵列350可以与弯曲的衰减器360或其他光学元件一同使用。该准直器阵列350和弯曲的衰减器可以与并不位于凹面上而是位于平面上(作为实例， 如图Ig中的302b)的等分量定位器一起使用。与曲面相比，平面的优势在于更易制造和机械控制。定位器的平面能够产生相对于探测器325d表面的几何扭曲。在一种扭曲中，随着等分量从平面的中央向外围移动时，放射性等分量到探测器的绝对距离增加。这减小了入射在探测器上的放射锥度。第种二扭曲是由于放射锥的中线并不是探测器表面的法线。尽管探测器可以响应与其表面非法向的入射放射线，但是这些响应不如以法向角入射的放射线的响应有效。由于探测器表面并不法向于来自布置在流体元件外围的等分量的入射射线的中线，其结果是探测器表面的有效区域将减小。减少这些扭曲的方法是除了准直器阵列 350a之外还配置具有非均一厚度的衰减器360，该衰减器由诸如359d的通道组成，这些通道全都具有相同直径。衰减器360的厚度可以改变，从而在中间位置(轴上)相对于其外围提供更多的衰减，因此补偿了路径长度误差以及与平面的中心相比的从平面的外围撞击探测器的光子通量的立体角的误差。如图If所示，发源于等分量定位器的外围的光子轨线353c所通过的衰减材料比靠近定位器中央而发源的轨线353d要少。靠近探测器布置的衰减器360比靠近等分量电位器布置的衰减器尺寸能更小。其优点在于制造和安装更容易。使用更靠近探测器的更小衰减器的第二优点在于可以作为可选择的衰减器的组件而被结合。此外，具有不同厚度范围的不同衰减器可以用于不同的同位素。也可以考虑衰减器、准直器阵列和其他光学元件的其它组合，其允许传感器在等分量活性和放射核素光谱的宽范围中以其线性感应范围操作。图2、3和4示出了探测器对放射线的测量计数率的效果，该放射线沿着法向于传感器表面的轴而离开该探测器不同的距离。如前所述，影响放射探测器对放射源的响应的几何因素包括放射源离开探测器表面的径向距离、以及放射源的相对法向于传感器表面的轴的角位置。图2示出了探测器计数率(次每秒)对于放射源和传感器表面之间沿着传感器法线轴(此后称为ζ轴)的距离(英寸)的理论响应。图3示出了相同的理论曲线(实线)，其表示计数率和其定义等式，以及实验数据(圆环)。理论曲线采用“计数率等式”得出R = -E/2*{[z/yl(a2 +z2)]-\}其中“Ε”表示测试源发射的总放射与探测器效率的乘积(次每秒)，其中总放射以注射期间等分量表示，“Ζ”是从放射探测器沿着Z轴(米)到测试源的距离，以及“B”是与放射探测器传感器表面具有近似相同的表面积的圆的半径(米)。该计数率等式描述了 在离开向所有方向发射放射线的放射源一定的距离ζ处，入射到区域表面的伽玛放射的数量与a2成正比。图3中的数据表示从与CZT探测器晶体保持固定距离的57Co放射源获取的数据。图4中进一步扩展了图3的横坐标并且示出了在理论曲线和实验数据之间的良好吻合。优选地，如图Ia所示的等分量定位器302相对于放射器探测器表面而处于最佳轴距离。然而，如所述地，可能产生该定位的不精确性。例如，与优选位置相比，用户会将定位器放置在探测器系统中而没有对准。此外，可以在一定物理公差范围内制造具有流体路径的暗盒或者其它等分量定位器组合件，因此相对于探测器的流体路径实际位置中可能产生不精确性。如图2-4所示的，当放射源越来越远离探测器时，探测器响应在短距离范围内近似为线性(其中可能发生机械移动或误差)。因此，探测器越是远离，沿着法线轴的从探测器的微小位移偏差所产生的计数率测量的误差越小，。然而，固定的探测器尺寸来说，随着该距离增加，计数率减少；因此测量时间将增加(由于Poisson计数统计要求)。根据应用场合，可以确定放射药剂源、凹的流体路径曲率、准直器的使用以及衰减器的使用、优化的或可接受的距离。图5示出了关于探测器输出的在距离测量值(ζ轴)中的小偏差的效应。纵坐标提供了剂量(活性)测量值中的百分比误差，其作为放射源和探测器之间沿着ζ轴的理论距离的函数。计数率通过3根曲线表示且基于计数率等式，并且该计数率示出了如果放射源的实际放置位置从优选位置偏离0. 01，0. 02，0. 03，0. 04英寸的情况下，基于从放射源到弯曲流体定位器的法向距离ζ(英寸)处的探测器的预期响应的百分比误差。对于这些计算，等效圆周传感器的表面半径设置为5mm。例如，在图5中，如过从放射探测器传感器开始的流体路径为约6英寸，则对于流体路径的0. 04英寸的偏离误差，相对所期望的传感器响应的误差小于2%。这些理论计算值指明了流体路径元件优选放置在距离探测器5到8英寸的范围。在该范围内，流体路径或其装配结构的机械位移误差导致探测器输出的误差减少。图2到5中是示出了基于从传感器表面从沿着法线方向的位置到放射源或等分量定位器的距离的探测器响应效应的图形，而图6和7则示出了基于放射源围绕法向轴的角位移(放射源的倾斜角)的探测器响应效应。在图6和7中，具有误差条的虚线表示实验数据，该实验数据源于相对探测器传感器表面以各种倾斜角定位的57Co源。放射源到探测器的径向距离保持在6英寸。该图形示出了探测器响应(次每秒)对倾斜角(度)的图。图6中，图形示出了探测器响应，其中粗实线表示了对于累积数据的角度的平均响应。粗虚线代表基于根余弦函数对计数率数据的拟合。图7示出了相同的数据和数据平均值，但是模型曲线由“双立方模型”导出。图6和7中的数据示出了对于偏离探测器中心士30度范围内放置的放射源的相当平缓的探测器响应(在实验误差内)。然而，图6所示的基于余弦的模型提供了该响应范围的一种模型，虽然图7所示的双立方模型显然更为充分地拟合数据。该双立方模型(或用于拟合实验数据的任意模型)对于固定半径弧度而将计数率与角度相关联，能够与计数率等式组合使用以解决理论上凹面外形(其关于ζ轴对称)。该基于双立方或传感器实际角度响应的其他模型的理论凹面外形优化探测器对于等分量活性的读取，而不必考虑其在凹面上的位置。通过使用利用该方法导出的外形，能够获得均一响应，而不必考虑放射源的倾斜角。这将允许探测器系统精确地测量在流体通路中存在的或小或大地分布的等分量的活性。图8用图形的方式组合了针对线性距离和倾斜角度效应的数据，并且示出了关于 3个不同角度的作为沿ζ轴的距离的函数的探测器输出(次每秒)。顶部曲线表示与图4 相同的实验数据。两个底部曲线表示了若放射源以+30度或-30度倾斜角放置时的探测器响应。图8中的所有3根曲线的平均斜率对于各种倾斜角度是类似的。因此，作为从放射源到传感器晶体的距离或半径的函数的计数率变化类似地与放射源相对于传感器表面的倾斜角度无关。因此大“半径”在各种倾斜角度中保持有效。图9是示出了在探测器系统中的衰减器的使用的图形。该图形表示探测器对于放射源的实际响应，该放射源被放置在弯曲表面上并且其质心放置于距探测器表面已知距离处。这将模拟位于盘形管内的等分量放射药剂，该盘形管沿着双立方表面布置并且其质心距传感器表面六英寸。实验条件包括在放射源(在此是57Co)和探测器之间插入0.1英寸厚度的聚碳酸酯盘，从而模拟由管材料引起的非相干散射效应。例如聚碳酸酯盘形管的此类凹形液体路径沿着基于双立方模型的表面而塑造，并且将其离传感器表面6英寸或更多地放置，包括本发明的优选实施例。图9中的图形表示了关于单位为度的放射源倾斜角度 (横坐标)的单位为次每秒的探测器响应(左侧纵坐标)。右侧纵坐标表示离开所有数据点的平均值的测量次数百分比偏差。该图形示出了，不论探测器测量的总误差如何，只要放射源位于空间中的合适曲线上，则由于源的角度朝向所产生的系统误差极小或没有。这些数据表明了探测器所测量的放射活性的测量误差的减少，而在其它情况下该误差是由于几何因素。对于本领域技术人员来说在不脱离本发明范围和精神的情况下除了在此描述的实施例还可以考虑各种其它实施例。据此，并不意味着在此所附权利要求的范围受限于在此如前所述的说明书，而权利要求书应当被广泛地理解。
权利要求
1.一种用于测量放射性材料的系统，包括 用于接收至少一个等分量的流体路径；等分量定位器，该等分量定位器形成有凹面并连接于流体路径，并且能够从流体路径接收至少一个等分量；以及探测器，该探测器位于离开所述等分量定位器一定的轴向距离处，并且能够确定布置在所述等分量定位器中的至少一个等分量的放射活性水平。
2.权利要求1的系统，其特征在于，探测器靠近等分量定位器的凹面侧。
3.权利要求1的系统，其特征在于，等分量定位器包括形成为线圈型、螺旋型或蜿蜒型构造的通路。
4.权利要求1的系统，其特征在于，还包括连接于等分量定位器输出部分的输出组合件。
5.权利要求1的系统，其特征在于，还包括与所述流体通路流体连通的放射药剂液体源。
6.权利要求1的系统，其特征在于，还包括布置在所述等分量定位器和所述探测器之间的至少一个光学元件。
7.权利要求1的系统，其特征在于，等分量定位器具有基于抛物线、球形或双立方模型的表面。
8.权利要求1的系统，其特征在于，所述等分量定位器包括管状导管。
9.权利要求1的系统，其特征在于，所述等分量定位器包括袋。
10.权利要求1的系统，其特征在于，还包括与流体路径连接的注射器。
11.一种用于测量放射活性材料的系统，包括用于接收至少一个等分量的流体路径，所述等分量释放放射能； 引导放射能的可选择的定位器；以及距所述可选择的定位器一定轴向距离定位的探测器，能够操作该探测器以确定布置在所述可选择的定位器中的至少一个等分量的放射活性水平，其中，可选择的定位器包括具有凹形结构的可变衰减器或等分量定位器中的至少一个。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述至少一个可变衰减器的曲率和等分量定位器的曲率是可变的，以优化探测器对放射线的探测。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述可变衰减器包括沿径向延伸穿过其中的通道，从而形成准直器阵列。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述通道形成为不同的直径。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，在不同的直径中，朝着中央的最小，而在可变衰减器的外围较大。
16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，可变衰减器包括第一准直器和第二准直器。
17.—种测量等分量活性的方法，包括 在凹形流体通路中形成等分量；在距凹形表面一定距离处设置探测器；以及读取等分量的光谱能量从而确定活性。
18.权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在凹形流体通路和探测器之间插入光学元件。
19.权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在读取活性之前校准光谱能量。
全文摘要
一种测量放射性材料的探测器系统。流体路径接收至少一个等分量的放射药剂。该流体路径在定位器内定位等分量，所述定位器具有凹形构型。在距凹面一定的轴向距离处定位所述探测器，并且确定等分量的放射活性水平。或者，流体路径可以具有更小凹度并且可变衰减器可以放置在流体路径和探测器之间。该可变衰减器具有凹度，该凹度基于流体路径的凹度而优化探测器读取放射活性的能力。一种用于在凹形流体路径中形成等分量放射药剂的方法。在距凹面一定距离处定位探测器，以便最优化地读取等分量的光谱能量和活性，不论通路内的等分量的位置如何，都可确定活性。
文档编号G01T1/167GK102193101SQ20101062512
公开日2011年9月21日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者A·E·乌伯三世, C·E·布顿 申请人:梅德拉股份有限公司