回旋加速器

通过许多技术发现母瘤通常是非常容易和可能的。 但是要发现所有的转移瘤，其中许多只有针头大小，是非 常困难的，”瑞典乌普萨拉市通用电气医疗集团回旋加速 器系统分部的总工程师Dr. Martin Pärnaste解释道。PET 有助于检测此类转移瘤。这对后续治疗具有决定性意义。

与x射线和计算机断层扫描（CT）一样，PET在小剂量 放射性辐射的帮助下生成图像。但是，在此情况下，辐 射不是由从外部将其指向人体的装置发出。相反，辐射 来自先前注射到患者体内的放射性粒子。放射性粒子通 常在所谓的放射性诊断试剂或“示踪剂”中与葡萄糖混 合，并注射到血流中。

相对无害的低辐射物质用于PET诊断剂。它们迅速衰 变，不留下任何重要残留物。在约90%的情况下，使用 卤素氟的同位素18F。其半衰期很短，约为110分钟，这 意味着它在一天后将失去几乎所有的放射能力。也使用 半衰期同样短的其他同位素。

由于PET示踪剂衰变太快，因此它们不能像其他材料一 样保持供应。它们必须在使用前不久用粒子加速器——回 旋加速器——生产。生产位置不能离使用地点太远，因为 即使在运输过程中，每一分钟也都很重要。

螺旋形轨道上的粒子运动

第一个回旋加速器由粒子物理学的先驱在20世纪30年 代建造。从那时起，它们的功能原理经过多次修改和进一 步发展——包括日内瓦CERN建造的世界上最大的粒子加 速器。但是，这项技术也在医疗技术中得到了证明。为 了生产PET的同位素，带负电荷的氢离子在回旋加速器 内的真空室中加速。离子通过电场加速，在强磁场作用 下保持螺旋运动。

在运动轨道的尽头，它们飞过一层薄薄的石墨箔，从 而失去电子，变成带正电荷的质子。由于电荷反转，它 们的运动轨迹从先前的螺旋运动变成了一条直线。箔片 的方向决定质子束的方向。质子束被指向一个反应室，即 所谓的目标，同位素的源物质就在其中。在反应室中，质 子束引发核反应，并从目标物质中产生所需的同位素。

几年前，Dr. Pärnaste博士和他的团队接受任务，进一 步改进反应，并开发出尽可能小且经济的机器。这将有助 于临床更易获得PET同位素，使这种成像技术更广泛可 用。开发成果命名为GENtrace，并于2017年成功推出。

为了在一次循环中从各种元素中产生尽可能多的同位 素，新的回旋加速器有三个目标。因此，质子束的方向 必须是可变的，使其可击中所有三个目标。为了实现这 一点，使用电机动力移动附着石墨箔的载体。

但是，标准电机难以适应回旋加速器内的条件：磁 场、真空、电场和辐射干扰电机的功能，或者使电机完 全不可能正常运行。因此，用于定向质子束的电机通常 位于实际回旋加速器的外部。然后，通过复杂的机械结构 将其运动传递到箔片载体。这具有相当大的缺点，包括活 动部件穿过真空室壁时需要的机械间隙和广泛的密封。

当使用压电电机时，这些缺点将消失。压电电机的功 能原理使其不受回旋加速器中不利条件的影响。因为， 与传统电机不同，它既不需要磁性部件，也不需要旋转 部件将电流转换成动力。它的工作原理是基于当电压施 加到压电陶瓷元件上时，压电陶瓷元件的形状将发生变 化这一事实。

由于这些原因，压电电机可直接位于偏转点，因为电 场、辐射或真空均不会影响其功能。只需进行调节，以 允许电源和控制器的电缆进入真空室。由于压电电机不 会移动，因此在此情况下密封很简单。

PiezoMotor的技术

T通用电气医疗集团的专家通过一篇技术杂志上的文章了 解到PiezoMotor的技术。方便的是，这两家公司均位于乌 普萨拉。“在测试了几种微电机和运动解决方案之后，我 们终于在开发方面取得了突破。在最终设计中，我们使用 了PiezoMotor提供的两个驱动——一个20N直线电机用于 移动质子束，一个具有50 mNm转矩的非磁性旋转电机用 于调节离子引出，”Pärnaste 博士总结道。

位于回旋加速器内的第二个驱动负责定位离子源。为了 借助电极引出尽可能多的离子，必须反复调整离子源和电 极的相对位置。由于使用压电电机，现在在运行操作中实 现了这一点，也大大缩短了校准系统的维护时间<

“PiezoMotor提供广泛的产品系列和模块化设计。我 们发现了许多具有不同特征的直线电机和旋转电机，我 们可从中选择合适的型号，”Pärnaste博士解释道。“ 此外，PiezoMotor拥有一支高素质的工程师团队，他们 在我们的产品开发过程中做出了很大贡献。”