多核素小型加速器

[center]常用的商品化回旋加速器的类型[/center] 回旋加速器已成为现代分子核医学研究和应用的重要工具。分布在全世界PET中心的医用回旋加速器，根据加速粒子种类分为正离子回旋加速器、负离子回旋加速器；根据加速粒子种类的多少分为单粒子加速器（Single-particle accelerator）和多粒子加速器（Multi-particle accelerator）；根据提供束流加速平面与地平面是平行还是垂直而分为水平加速平面回旋加速器（卧式加速器）（horizontal-cyclotron）和垂直加速平面回旋加速器（立式加速器）（vertical-cyclotron）。 正离子回旋加速器生产正电子核素的许多核反应是由正离子介入来完成的，因此可用正离子回旋加速器直接加速正离子来轰击（Bombardment）靶核生产正电子核素。但加速正离子后得到的高能粒子束需要由金属电极偏转板形成的偏转电场来完成束流的引出，在引出过程中，高能粒子束与金属电极板以及屏蔽材料之间发生碰撞会引起附加的辐射。 负离子回旋加速器则利用碳剥离膜（stripping foil）（简称碳膜）来完成高能粒子束的引出。碳膜被驱动装置定位在回旋加速器内粒子旋转轨道半径上，当粒子束流的能量达到所需的最大能量时，所有出现在提取碳膜区域的负离子束必须穿过碳膜，在穿过碳膜期间，两个约束松弛的外层电子被剥离，负离子失去电子，转变为正离子。由于轴向磁场恒定不变，改变了电极性的粒子束受到与原来相反方向的磁场力的作用而改变了在磁场中运动方向，从而被引出而进入靶室。提取膜的位置直接确定束流的能量，并能够调整引出的束流引导进入任意的同位素生产靶。 单粒子加速器仅加速单一的离子，如EBCO TR19和GE MINItrace回旋加速器以质子（p）为加速粒子，进行经p介入核反应来完成正电子核素的生产，如利用16O（p, α）13N和18O（p, n）18F核反应分别生产13N和18F正电子核素。多粒子加速器可以加速两种以上的带电粒子，以多种核反应谱来完成正电子核素的生产，如PETtrace回旋加速器可加速质子和氘核，利用不同的靶材料按特定的核反应谱来生产11C，13N，15O和18F正电子核素；SCANDITRONIX公司生产的MC32回旋加速器则是多能量、多粒子的回旋加速器，除生产用于PET研究的正电子核素外，还用于生产其他同位素。该加速器除可加速氢核和氘核的正负离子外，还可加速氦核-3和α粒子。 立式加速器有较好的场地和维修服务优势，其场地优势包括着地点（footprint）小和所需要的空间高度低；虽然立式加速器的机体比卧式加速器高，它的磁轭门（Yoke）可以单向水平打开，而卧式加速器需要较高的空间限度以保证Yoke向上提升，因此需要昂贵的液压起重系统。立式加速器的维修服务优势是容易对中心区域的装置进行顺畅地维修和更换。再者，立式加速器的靶位往往局域化，这样因靶位而产生的放射性局限在一个区域，而卧式加速器的靶位常常在回旋加速器的周边，因此，回旋加速器的四周都分布有放射性。图1所示国内常用的几种医用回旋加速器。[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2009112112145_01_1623423_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/200911211220_01_1623423_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2009112112214_01_1623423_3.jpg[/img][/center]

[/center]常用的商品化回旋加速器的主要性能参数[/center] 不同的回旋加速器具有不同的性能参数，表1为国内目前常用的几种医用回旋加速器的几项主要性能参数。能量在8MeV到19MeV的加速器能够提供许多的PET同位素，而能量在30MeV以上的加速器同时可以提供SPECT同位素（TI-201，Ga-67，In-111等）。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/200911211260_01_1623423_3.jpg[/img] 现代医用回旋加速器多数具有双束流（Double beam）轰击的功能，即利用同一粒子介入的相同和/或不同核反应谱来同时生产相同和/或不同的正电子核素。这样，一方面由于提高了粒子束流的利用率而大大提高了回旋加速器的工作效率，另一方面可以用双束流同时轰击两个靶体内的相同靶核生产同一正电子核素，既能够成倍的提高同位素的产量，也避免为获得高产量的核素进行较长时间的轰击而缩短靶体和/或整个系统的使用寿命。如GE的PETtrace回旋加速器具有双束流轰击的功能，利用质子除同时生产3~4Ci的18F外，还可同时生产18F和11C或11C和13N；用氘核可同时生产18F2和15O2。 回旋加速器集电子工程、机械控制、核物理、核化学、计算机等技术与一体，因此其结构和功能比一般的医疗设备要复杂的多。传统回旋加速器是通过操纵各种仪表来完成其运行的。由于计算机技术的发展，现代回旋加速器的运行是在计算机的控制下自动完成，操作时只需按动计算机操作控制界面中菜单按钮，即可自动启动回旋加速器，建立磁场、建立并调整射频（RF）系统、装载靶材料、调整束流并轰击靶材料、传输运送正电子核素以及完成正电子放射性药物的生产合成等过程均可全部在计算机的控制下自动完成。其自动化操作的优越性在于既保证了操作控制的稳定性、可靠性和安全性，使回旋加速器各系统有序而稳定的进行工作，也使放射性药物的生产过程易于规范和标准化，还可使操作人员减少不必要的辐射。