使用Compact FieldPoint和動(dòng)畫(huà)圖像演示為癌癥診斷進(jìn)行放射性藥物合成

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:
為放射性藥物合成開(kāi)發(fā)自動(dòng)化流程，提高合成速度和可靠性，并且允許臨床醫(yī)師在較安全的距離控制并監(jiān)視這個(gè)流程。

The Solution:
使用NI LabVIEW和帶有遠(yuǎn)程以太網(wǎng)接口的NICompact FieldPoint，創(chuàng)建RadioMedix SMARTRACE放射性藥物合成器，來(lái)控制閥門(mén)、機(jī)械注射器和加熱器。Bloomy Controls的工程師開(kāi)發(fā)了LabVIEW應(yīng)用程序軟件運(yùn)行這些硬件、編輯藥方并且顯示合成的動(dòng)畫(huà)仿真。

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SMARTRACE合成器機(jī)械面板中顯示注射器、管道、容器和輻射探測(cè)器。Compact FieldPoint機(jī)架位于移動(dòng)車(chē)內(nèi)部，控制電腦通常放置在輻射室外。

由于功能成像技術(shù)的發(fā)展和用于診斷和醫(yī)療的分子成像對(duì)象（醫(yī)學(xué)專有名詞，這個(gè)翻譯不確定）的發(fā)現(xiàn)，正電子斷層掃描儀（PET）市場(chǎng)的發(fā)展突飛猛進(jìn)。但是適合于臨床使用的新型放射性藥物的實(shí)現(xiàn)卻受到諸如缺少放射化學(xué)家、法規(guī)要求多如牛毛、成本高以及物理放射性核種有限等因素的限制。對(duì)放射性物質(zhì)的處理必須非常小心，它的反應(yīng)時(shí)間非?？焖?、合成必須比較方便、測(cè)試結(jié)果具有可重復(fù)性的一系列需求，使得自動(dòng)化系統(tǒng)作為PET功能成像機(jī)構(gòu)開(kāi)展更廣泛的開(kāi)發(fā)和臨床使用非常具有必要性。

開(kāi)發(fā)SMARTRACE系統(tǒng)的是一組科學(xué)家和工程師，包括放射性化學(xué)和放射性物理學(xué)專家和機(jī)械工程師、電子工程師以及軟件設(shè)計(jì)者。放射性藥物合成器完成多種化學(xué)操縱和反應(yīng)，合成放射性同位素，將有機(jī)癌癥結(jié)合劑合并到一個(gè)分子中。在癌癥診斷中，通過(guò)PET成像使用放射性跟蹤劑。臨床醫(yī)師將放射性跟蹤劑注射到病人體內(nèi)，藥物會(huì)快速附著在體內(nèi)的癌變區(qū)域，病人通過(guò)伽馬射線探測(cè)器掃描，然后由計(jì)算機(jī)確定病人體內(nèi)檢測(cè)到的射線對(duì)發(fā)出的位置。最終由三維顯示器顯示檢測(cè)到的癌變區(qū)域。

放射性同位素的半衰期是一個(gè)小時(shí)到兩個(gè)小時(shí)。通常，使用PET的臨床醫(yī)師必須具有回旋加速器設(shè)備，并居住在附近或是在現(xiàn)場(chǎng)有粒子回旋加速器設(shè)備；但是，SMARTRACE合成器使用集成的緊湊發(fā)生器產(chǎn)生放射性同位素，讓PET成像能夠用于無(wú)法使用粒子回旋加速器的場(chǎng)合。

編輯藥方
藥方是液體運(yùn)動(dòng)、混和和反應(yīng)的順序組合。臨床醫(yī)師能夠使用包含兩個(gè)LabVIEW列表框的藥方編輯器面板創(chuàng)建并編輯藥方。當(dāng)臨床醫(yī)師將藥方步驟拖入序列中需要的位置時(shí)，就會(huì)彈出一個(gè)步驟編輯對(duì)話框，允許醫(yī)師對(duì)這個(gè)步驟的進(jìn)行配置。舉例而言，要添加某一個(gè)類型的步驟，彈出對(duì)話框要求用戶選擇在每個(gè)容器中加入哪個(gè)試劑、添加試劑的體積和以每秒毫升數(shù)表示的添加速度。步驟描述文字從選擇的項(xiàng)目中自動(dòng)生成。臨床醫(yī)師可以將步驟上下移動(dòng)改變其順序、雙擊步驟修改參數(shù)或是選中步驟點(diǎn)擊刪除進(jìn)行移除。

模擬藥方
Bloomy Controls所開(kāi)發(fā)的軟件的一個(gè)重要特性是能夠圖形化地顯示組成藥方序列的所有液體的運(yùn)動(dòng)步驟。這個(gè)特性是通過(guò)使用LabVIEW的自定義控件實(shí)現(xiàn)的，動(dòng)畫(huà)作為預(yù)合成藥方仿真和實(shí)際仿真序列運(yùn)行，如圖1所示。

圖1：圖形化動(dòng)畫(huà)顯示液體運(yùn)動(dòng)

仿真特性的優(yōu)點(diǎn)包括：

在承擔(dān)時(shí)間和使用昂貴試劑的風(fēng)險(xiǎn)之前，對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程進(jìn)行可視化瀏覽
當(dāng)注射器中沒(méi)有足夠的液體完成一個(gè)步驟時(shí)，發(fā)出警告
驗(yàn)證閥門(mén)被放置在正確位置，為步驟中的液體運(yùn)動(dòng)打開(kāi)一個(gè)通道
驗(yàn)證為壓縮氣體提供通道，將管道中的液體送入特定類型的步驟中
驗(yàn)證最終產(chǎn)品達(dá)到目的地
合成定制的放射性試劑
LabVIEW應(yīng)用程序的主屏幕包含藥方執(zhí)行開(kāi)始和停止的控件。它還包含了進(jìn)度條、剩余時(shí)間計(jì)算和活動(dòng)狀態(tài)顯示。如果執(zhí)行成功，藥方列表框?qū)⒉襟E標(biāo)記為淡藍(lán)色；如果在步驟中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則標(biāo)記為紅色?？茖W(xué)家級(jí)別的用戶還可以交互式地使用藥方列表框執(zhí)行要求之外的步驟或是重復(fù)執(zhí)行。

此外，主屏幕上的圖形化動(dòng)畫(huà)在試劑合成過(guò)程中運(yùn)行，演示在合成器中實(shí)時(shí)發(fā)生的物理反應(yīng)。機(jī)械面板的不同部分顯示在不同的標(biāo)簽面板上，在液體流動(dòng)時(shí)，標(biāo)簽相應(yīng)的部分會(huì)變化。

實(shí)驗(yàn)室試用與結(jié)果
在合成器可以被批準(zhǔn)用于實(shí)際臨床應(yīng)用之前，我們必須進(jìn)行多中心試用。在試用中，必須遵守特定的制造兼容的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和控制，確保放射性藥物的安全性和質(zhì)量。因此，放射性藥物行業(yè)專家要求對(duì)放射性物質(zhì)進(jìn)行謹(jǐn)慎處理、要求其反應(yīng)時(shí)間快速，批與批之間具有可重復(fù)性，所以需要自動(dòng)化系統(tǒng)用于更廣泛的功能PET跟蹤器的開(kāi)發(fā)和臨床使用。

使用NI產(chǎn)品成功改進(jìn)用戶安全性并縮短合成時(shí)間
放射性化學(xué)流程的自動(dòng)化和材料處理大大提高了用戶安全性、精度并且將合成時(shí)間從手動(dòng)完成過(guò)程的30分鐘縮短到使用自動(dòng)化系統(tǒng)之后的10分鐘。此外，我們實(shí)現(xiàn)的用于創(chuàng)建藥物特定藥方的高級(jí)LabVIEW解決方案是有非常有幫助的。與之前系統(tǒng)原型中列出的閥門(mén)開(kāi)關(guān)序列相比，之前需要一個(gè)小時(shí)完成，而現(xiàn)在我們可以在五分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)并輸入完整的配方。此外，閥門(mén)被錯(cuò)誤打開(kāi)或關(guān)閉的事數(shù)量也大大減少了。

Bloomy Controls開(kāi)發(fā)的設(shè)備帶有多個(gè)閥門(mén)、電機(jī)注射器、加熱器、氣流控制器和用于溫度、流速、壓力和放射性探測(cè)的傳感器，因此使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法跟蹤這些流程是十分繁重的任務(wù)。使用LabVIEW和Compact FieldPoint平臺(tái)，我們將整個(gè)合成與數(shù)據(jù)采集流程轉(zhuǎn)換為用戶友好的界面，能夠被實(shí)驗(yàn)室技術(shù)員和科學(xué)家使用。