一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為醫(yī)學(xué)的一個分支，核醫(yī)學(xué)利用非天然同位素(包括放射性同位素和穩(wěn)定性同位素)及核輻射來進行生物醫(yī)學(xué)研宄和疾病診療。一方面，放射性同位素產(chǎn)生的輻射可用于提供生物體的某個特定器官的診斷信息，目前這類診斷程序已成為例行公事；另一方面，可將放射性核素有選擇性地引入病變組織，利用其發(fā)射的α、β射線殺傷生長活躍的癌細胞或其他病變組織，以達到治療的目的。
[0003]世界范圍內(nèi)有超過一萬家醫(yī)院每年總共開展了數(shù)以千萬計的核醫(yī)學(xué)程序，其中90%的程序用于核醫(yī)學(xué)診斷。用于放射診斷的同位素主要有99Mo/99mTc，18F, 11C,68Ga,123’124I，mI，64Cu 等，以及用于放射治療的主要有 mI，mLu，186,188Re,90Y, 153Sm,213Bi,212At,225IW225Ac^CuZ11InZci3Pd, 195mPt等。這些同位素產(chǎn)生方式比較單一，通常由帶電粒子加速器(包括直線加速器或回旋加速器)或核反應(yīng)堆產(chǎn)生。99mTc是上述裝置生產(chǎn)的用于放射診斷的最常用放射性同位素，每年利用99mTc開展的診斷程序多達四千萬至四千五百萬，占世界上所有核醫(yī)學(xué)程序的80%。在占26%的世界人口的發(fā)達國家中，每年放射診斷的頻率為1.9%，以及放射治療的頻率約為放射診斷的十分之一。在美國(3.1億人口)，每年使用超過2千萬核醫(yī)學(xué)程序，歐洲(5億人口)為I千萬次，澳大利亞(0.2億人口)為56萬次。
[0004]在放射診斷中，放射性藥物的使用年增長率超過10%。然而，由于現(xiàn)有的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置的生產(chǎn)能力早已達到上限，再加上市場需求增長過迅，醫(yī)用放射性同位素的供不應(yīng)求局面日益嚴峻。以99Mo/99mTc同位素的生產(chǎn)裝置為例，目前世界上有5座反應(yīng)堆(以中子誘發(fā)高濃縮235U)生產(chǎn)大約95%的"Mo市場供應(yīng)。然而，其中三座反應(yīng)堆因運行年限正面臨停產(chǎn)。加拿大Chalk River的NRU反應(yīng)堆(生產(chǎn)約40%的99Mo市場供應(yīng))于1957年開始運行，其中數(shù)次停堆后又陸續(xù)運行，預(yù)計于2016年最終關(guān)閉；法國Saclay的OSIRIS (70兆瓦)反應(yīng)堆已被法國政府正式宣布于2015年底關(guān)閉；比利時的BR2反應(yīng)堆預(yù)計運行至2016年，且沒有任何技術(shù)原因不在2020年前停堆。
[0005]特別值得一提的是，由于2008年的"Mo供應(yīng)危機，大部分的病例檢查因無法使用"mTc開展SPECT而被推遲或取消。另有數(shù)十萬病人被迫選用更高價位的PET，或使用成像效果差強人意的放射性同位素。由此可見，不斷增加的市場需求和最近的供應(yīng)中斷以及計劃中的核反應(yīng)堆關(guān)閉，這將迫使世界各國科研人員尋求更多的有效途徑來確保"Mo及其衰變產(chǎn)物99mTc的穩(wěn)定供應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法，與傳統(tǒng)的同位素產(chǎn)生方法相比，能產(chǎn)生活度更高的放射性同位素，且費用較經(jīng)濟。
[0007]此外，本發(fā)明另一目的是提供一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，具有緊湊性和便攜式等優(yōu)點，可安置于大型醫(yī)療機構(gòu)附近，能更好地應(yīng)用和服務(wù)于放射診斷和靶向治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法，采用超強超短激光和等離子體相互作用產(chǎn)生強流相對論電子束，利用該電子束輻照高原子序數(shù)靶產(chǎn)生高流強的軔致輻射伽瑪光，軔致輻射伽瑪光轟擊感興趣的目標靶，誘發(fā)(γ，xn+yp)光核反應(yīng)或(γ，γ ’)光激發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生目標同位素，包括伽瑪射線、電子、正電子、α粒子發(fā)射體。
[0010]根據(jù)以上方案，一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，包括用于產(chǎn)生超強超短激光脈沖的激光壓縮腔、激光聚集和診斷系統(tǒng)、高壓噴注氣體發(fā)生裝置、電子束診斷系統(tǒng)、軔致輻射轉(zhuǎn)換靶(高原子序數(shù)靶)、目標靶(醫(yī)用同位素產(chǎn)生靶)、伽瑪光和中子探測器、鉛屏蔽裝置。
[0011]根據(jù)以上方案，所述激光聚集和診斷系統(tǒng)包括反轉(zhuǎn)鏡、反射鏡或分光鏡、離轉(zhuǎn)拋物面鏡、自相關(guān)儀、干涉儀、分辨光學(xué)開關(guān)和成像光譜儀。
[0012]根據(jù)以上方案，所述電子束診斷系統(tǒng)包括積分整流變壓器、熒光屏和CCD。
[0013]根據(jù)以上方案，所述軔致輻射轉(zhuǎn)換靶包括鉛靶、鎢靶、金靶。
[0014]根據(jù)以上方案，所述伽瑪光和中子探測器包括氦3中子探測器、GM計數(shù)管和電離室。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]I)本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的同位素產(chǎn)生方法相比，能產(chǎn)生活度更高的放射性同位素，且費用較經(jīng)濟；
[0017]2)本發(fā)明的方法能產(chǎn)生 47SC、44T1、64Cu、1Q3Pd、117mSn、165Er、169Er、195mPt、99Mo/99mTc、225Ra/225Ac等多種同位素，用于醫(yī)學(xué)診斷和靶向治療；
[0018]3)本發(fā)明的裝置具有緊湊性(占地面積小)和便攜式等優(yōu)點，可安置于大型醫(yī)療機構(gòu)附近，能更好地應(yīng)用和服務(wù)于放射診斷和靶向治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的裝置工作原理示意圖。
[0020]圖中:10、激光壓縮腔；21、反轉(zhuǎn)鏡；22、反射鏡或分光鏡；23、離轉(zhuǎn)拋物面鏡；24、自相關(guān)儀；25、干涉儀；26、分辨光學(xué)開關(guān)；27、成像光譜儀；30、高壓噴注氣體發(fā)生裝置；41、積分整流變壓器；42、熒光屏；43、CCD電荷耦合元件；50、軔致輻射轉(zhuǎn)換靶；60、目標靶；71、氦3中子探測器；72、GM計數(shù)管；73、電離室；80、鉛屏蔽裝置。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行說明。
[0022]本發(fā)明提供一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法采用超強超短激光和等離子體相互作用產(chǎn)生強流相對論電子束，利用該電子束輻照高原子序數(shù)靶產(chǎn)生高流強的初致福射伽瑪光，初致福射伽瑪光轟擊感興趣的目標革E，誘發(fā)(γ，xn+yp)光核反應(yīng)或(γ, γ’)光激發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生目標同位素，包括伽瑪射線、電子、正電子、α粒子發(fā)射體。
[0023]根據(jù)以上方案，一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，包括用于產(chǎn)生超強超短激光脈沖的激光壓縮腔10、激光聚集和診斷系統(tǒng)、高壓噴注氣體發(fā)生裝置30、電子束診斷系統(tǒng)、軔致輻射轉(zhuǎn)換靶50、目標靶60、伽瑪光和中子探測器、鉛屏蔽裝置80。
[0024]進一步地，所述激光聚集和診斷系統(tǒng)包括反轉(zhuǎn)鏡21、反射鏡或分光鏡22、離轉(zhuǎn)拋物面鏡23、自相關(guān)儀24、干涉儀25、分辨光學(xué)開關(guān)26和成像光譜儀27。
[0025]進一步地，所述電子束診斷系統(tǒng)包括積分整流變壓器41、熒光屏42和CXD電荷耦合元件43。
[0026]進一步地，所述軔致輻射轉(zhuǎn)換靶為金靶。
[0027]進一步地，所述伽瑪光和中子探測器包括氦3中子探測器71、GM計數(shù)管72和電離室73。
[0028]本發(fā)明方法與裝置的工作原理如下:利用所述激光壓縮腔10發(fā)射出超強超短激光，經(jīng)過所述激光聚集和診斷系統(tǒng)的反射鏡或分光鏡22、離轉(zhuǎn)拋物面鏡23，入射到的所述高壓噴注氣體發(fā)生裝置30，通過與等離子體相互作用，使其中的氣體分子被激光束電離，電離的電子被高場強梯度的激光尾波捕獲并被同步加速以獲得十至幾十兆電子伏電子束，該電子束經(jīng)所述電子束診斷系統(tǒng)中的所述積分整流變壓器41，輻照高原子序數(shù)軔致輻射轉(zhuǎn)換靶50產(chǎn)生高流強的軔致輻射伽瑪光，軔致輻射伽瑪光轟擊感興趣的所述目標靶60，誘發(fā)(Y, xn+yp)光核反應(yīng)或(γ，γ’)光激發(fā)反應(yīng)，獲得感興趣的放射性同位素，包括伽瑪射線、電子、正電子、α粒子發(fā)射體，應(yīng)用于放射診斷和靶向治療等核醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
[0029]所述激光聚集和診斷系統(tǒng)包括所述反轉(zhuǎn)鏡21、反射鏡或分光鏡22、離轉(zhuǎn)拋物面鏡23、自相關(guān)儀24、干涉儀25、分辨光學(xué)開關(guān)26和成像光譜儀27，主要是對所述激光壓縮腔10發(fā)射出的超強超短激光進行探測聚焦與診斷；所述電子束診斷系統(tǒng)包括所述積分整流變壓器41、熒光屏42和電荷耦合元件CCD43，主要是對產(chǎn)生的電子束的電荷量與相互作用后的剩余電子進行熒光屏CCD成像；所述伽瑪光和中子探測器包括所述氦3中子探測器71、GM計數(shù)管72和電離室73，主要是對伽瑪光和中子的輻射探測；所鉛屏蔽裝置80主要是屏蔽電子束，防止對人身與周圍環(huán)境造成傷害。
[0030]以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當理解:可以對本發(fā)明進行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法，其特征在于，采用超強超短激光和等離子體相互作用產(chǎn)生強流相對論電子束，利用該電子束輻照高原子序數(shù)靶產(chǎn)生高流強的初致福射伽瑪光，初致福射伽瑪光轟擊感興趣的目標革E，誘發(fā)(γ，xn+yp)光核反應(yīng)或(γ, γ’)光激發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生目標同位素，包括伽瑪射線、電子、正電子、α粒子發(fā)射體。
2.一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括用于產(chǎn)生超強超短激光脈沖的激光壓縮腔(10)、激光聚集和診斷系統(tǒng)、高壓噴注氣體發(fā)生裝置(30)、電子束診斷系統(tǒng)、軔致輻射轉(zhuǎn)換靶(50)、目標靶(60)、伽瑪光和中子探測器、鉛屏蔽裝置(80)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述激光聚集和診斷系統(tǒng)包括反轉(zhuǎn)鏡(21)、反射鏡或分光鏡(22)、離轉(zhuǎn)拋物面鏡(23)、自相關(guān)儀(24)、干涉儀(25)、分辨光學(xué)開關(guān)(26)和成像光譜儀(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括積分整流變壓器(41)、熒光屏(42)和CCD (43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述軔致輻射轉(zhuǎn)換靶包括鉛靶、鎢靶、金靶。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述伽瑪光和中子探測器包括氦3中子探測器(71)、GM計數(shù)管(72)和電離室(73)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于激光尾場加速器的醫(yī)用同位素產(chǎn)生方法及裝置，采用超強超短激光和等離子體相互作用產(chǎn)生強流相對論電子束，利用該電子束輻照高原子序數(shù)靶產(chǎn)生高流強的軔致輻射伽瑪光，軔致輻射伽瑪光轟擊感興趣的目標靶，誘發(fā)(γ,xn+yp)光核反應(yīng)或(γ,γ')光激發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生目標同位素，包括伽瑪射線、電子、正電子、α粒子發(fā)射體。本發(fā)明的方法能產(chǎn)生活度更高的放射性同位素，且費用較經(jīng)濟；本發(fā)明的裝置具有緊湊性和便攜式等優(yōu)點，可安置于大型醫(yī)療機構(gòu)附近，能更好地應(yīng)用和服務(wù)于放射診斷和靶向治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
【IPC分類】G21G4-02
【公開號】CN104867529
【申請?zhí)枴緾N201510239684
【發(fā)明人】羅文 , 艾念, 宋英明
【申請人】南華大學(xué), 孝感市中心醫(yī)院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日