使用Compact FieldPoint和动画 像演示为癌症诊断进行放射性药物合成

Author(s):
Joseph Czapski - Bloomy Controls
Firas Mourtada - The University of Texas MD Anderson Cancer Center
Ali Azhdarinia - The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center
Donald Davis - Venture Technologies
Richard Thornton - Millar Instruments
Ebrahim Delpassand - Radio Medix

Industry:
Biotechnology

Products:
cFP-1804, cFP-AI-112, LabVIEW, cFP-DO-401, cFP-AIO-600

The Challenge:
为放射性药物合成开发自动化流程，提高合成速度和可靠性，并且允许临床医师在较安全的距离控制并监视这个流程。

The Solution:
使用NI LabVIEW和带有远程以太网接口的NICompact FieldPoint，创建RadioMedix SMARTRACE放射性药物合成器，来控制阀门、机械注射器和加热器。Bloomy Controls的工程师开发了LabVIEW应用程序软件运行这些硬件、编辑药方并且显示合成的动画仿真。

Enlarge
SMARTRACE合成器机械面板中显示注射器、管道、容器和辐射探测器。Compact FieldPoint机架位于移动车内部，控制电脑通常放置在辐射室外。

由于功能成像技术的发展和用于诊断和医疗的分子成像对象（医学专有名词，这个翻译不确定）的发现，正电子断层扫描仪（PET）市场的发展突飞猛进。但是适合于临床使用的新型放射性药物的实现却受到诸如缺少放射化学家、法规要求多如牛毛、成本高以及物理放射性核种有限等因素的限制。对放射性物质的处理必须非常小心，它的反应时间非常快速、合成必须比较方便、测试结果具有可重复性的一系列需求，使得自动化系统作为PET功能成像机构开展更广泛的开发和临床使用非常具有必要性。

开发SMARTRACE系统的是一组科学家和工程师，包括放射性化学和放射性物理学专家和机械工程师、电子工程师以及软件设计者。放射性药物合成器完成多种化学操纵和反应，合成放射性同位素，将有机癌症结合剂合并到一个分子中。在癌症诊断中，通过PET成像使用放射性跟踪剂。临床医师将放射性跟踪剂注射到病人体内，药物会快速附着在体内的癌变区域，病人通过伽马射线探测器扫描，然后由计算机确定病人体内检测到的射线对发出的位置。最终由三维显示器显示检测到的癌变区域。

放射性同位素的半衰期是一个小时到两个小时。通常，使用PET的临床医师必须具有回旋加速器设备，并居住在附近或是在现场有粒子回旋加速器设备；但是，SMARTRACE合成器使用集成的紧凑发生器产生放射性同位素，让PET成像能够用于无法使用粒子回旋加速器的场合。

编辑药方
药方是液体运动、混和和反应的顺序组合。临床医师能够使用包含两个LabVIEW列表框的药方编辑器面板创建并编辑药方。当临床医师将药方步骤拖入序列中需要的位置时，就会弹出一个步骤编辑对话框，允许医师对这个步骤的进行配置。举例而言，要添加某一个类型的步骤，弹出对话框要求用户选择在每个容器中加入哪个试剂、添加试剂的体积和以每秒毫升数表示的添加速度。步骤描述文字从选择的项目中自动生成。临床医师可以将步骤上下移动改变其顺序、双击步骤修改参数或是选中步骤点击删除进行移除。

模拟药方
Bloomy Controls所开发的软件的一个重要特性是能够图形化地显示组成药方序列的所有液体的运动步骤。这个特性是通过使用LabVIEW的自定义控件实现的，动画作为预合成药方仿真和实际仿真序列运行，如图1所示。

图1：图形化动画显示液体运动

仿真特性的优点包括：

在承担时间和使用昂贵试剂的风险之前，对整个仿真过程进行可视化浏览
当注射器中没有足够的液体完成一个步骤时，发出警告
验证阀门被放置在正确位置，为步骤中的液体运动打开一个通道
验证为压缩气体提供通道，将管道中的液体送入特定类型的步骤中
验证最终产品达到目的地
合成定制的放射性试剂
LabVIEW应用程序的主屏幕包含药方执行开始和停止的控件。它还包含了进度条、剩余时间计算和活动状态显示。如果执行成功，药方列表框将步骤标记为淡蓝色；如果在步骤中出现错误，则标记为红色。科学家级别的用户还可以交互式地使用药方列表框执行要求之外的步骤或是重复执行。

此外，主屏幕上的图形化动画在试剂合成过程中运行，演示在合成器中实时发生的物理反应。机械面板的不同部分显示在不同的标签面板上，在液体流动时，标签相应的部分会变化。

实验室试用与结果
在合成器可以被批准用于实际临床应用之前，我们必须进行多中心试用。在试用中，必须遵守特定的制造兼容的生产标准和控制，确保放射性药物的安全性和质量。因此，放射性药物行业专家要求对放射性物质进行谨慎处理、要求其反应时间快速，批与批之间具有可重复性，所以需要自动化系统用于更广泛的功能PET跟踪器的开发和临床使用。

使用NI产品成功改进用户安全性并缩短合成时间
放射性化学流程的自动化和材料处理大大提高了用户安全性、精度并且将合成时间从手动完成过程的30分钟缩短到使用自动化系统之后的10分钟。此外，我们实现的用于创建药物特定药方的高级LabVIEW解决方案是有非常有帮助的。与之前系统原型中列出的阀门开关序列相比，之前需要一个小时完成，而现在我们可以在五分钟内设计并输入完整的配方。此外，阀门被错误打开或关闭的事数量也大大减少了。

Bloomy Controls开发的设备带有多个阀门、电机注射器、加热器、气流控制器和用于温度、流速、压力和放射性探测的传感器，因此使用传统实验室方法跟踪这些流程是十分繁重的任务。使用LabVIEW和Compact FieldPoint平台，我们将整个合成与数据采集流程转换为用户友好的界面，能够被实验室技术员和科学家使用。