GEMS PET Tracer Erfolgsgeschichte

Die Entstehung einer Bewegungslösung für eine Umgebung mit Magnetismus, Vakuum und Strahlung

 Mit der weltweiten Zunahme von Krebserkrankungen steigt auch der Bedarf an verbesserten Diagnosemöglichkeiten. Erfahren Sie, wie die bahnbrechenden Mikrobewegungslösungen von PiezoMotor es GE Healthcare ermöglicht haben, eine motorisierte Lösung in einem Zyklotron mit Magnetismus, Vakuum und Strahlung zu entwickeln. 

Das System funktioniert folgendermaßen:

1. Im Zyklotron wird ein bestimmtes Isotop erzeugt. 
2. Ein biologisch radioaktiver Tracer wird durch Radiochemie in speziellen Geräten hergestellt. 
3. Der Tracer wird dem Patienten injiziert. 
4. Anschließend dockt der Tracer an spezifische Krebszellen an. 
5. Der Patient wird in einen PET-Scanner gelegt, und das System erkennt dann die Gammastrahlen, die beim Zerfall der Positronen der Tracer ausgesendet werden. Diese leuchten in den Regionen auf, in denen die Tracer an die Zielzellen im Körper angedockt haben. 

PET-Isotope werden durch die Beschleunigung negativ geladener Ionen durch starke elektrische Felder im Zyklotron und durch die Ausrichtung des resultierenden Strahls auf eine Reaktionskammer, ein sogenanntes Target, und die Bestrahlung des darin befindlichen Inhalts erzeugt. 

Der Beschleunigungsbereich wird durch ein starkes Magnetfeld kleingehalten. Der Strahl wird aus dem magnetischen Containment extrahiert, indem die Ladung der Ionen durch das Abstreifen von Elektronen umgekehrt wird. Durch Bestrahlung verschiedener Ausgangsmaterialien, die in für jede Reaktion speziell entwickelte Targets eingebracht werden, stehen unterschiedliche Isotope zur Verfügung. Zur einfacheren Handhabung ist ein Zyklotron in der Regel mit mehreren Targets ausgestattet, zu denen der Strahl bewegt werden kann, um jedes einzelne davon zu bestrahlen. 

Durch die Kernreaktion, bei der der Inhalt des Targets in ein nützliches PET-Isotop umgewandelt wird, entstehen im Inneren des Targets große Mengen an ionisierender Strahlung. 

Die Suche nach nicht-magnetischen und vakuumtauglichen Mikromotoren, die in Strahlungsumgebungen funktionieren

„Das Aufspüren des Muttertumors ist normalerweise recht einfach und mit vielen Techniken machbar. Aber es ist oft unmöglich, alle Metastasen zu entdecken, von denen viele nur stecknadelkopfgroß sind. Mithilfe von PET können wir all diese Metastasen entdecken, wodurch das medizinische Personal wertvolle Informationen über die Ausbreitung des Krebses erhält. Auf diese Weise können wir die weitere Behandlung optimieren und mehr Leben retten“, erklärt Dr. Pärnaste.

Mit der weltweiten Zunahme von Krebsbehandlungen steigt auch der Bedarf an verbesserten und weniger kostenintensiven Diagnosemöglichkeiten. GE Healthcare Cyclotrons wollte die klinische Erzeugung von PET-Isotopen vereinfachen. Um dieses Problem zu lösen, musste das GE-Team eine Lösung finden, wie Isotope in der Nähe des PET-Scanners einfach hergestellt werden können, um so die Herausforderungen der lokalen Verfügbarkeit von Isotopen und der Halbwertszeit zu bewältigen.

Um den Strahl mit ausreichender Auflösung zwischen verschiedenen Targets zu bewegen, wird in der Regel ein Motor benötigt. Allerdings ist es normalerweise nicht möglich, einen herkömmlichen Elektromotor in einem Zyklotron mit seiner magnetischen Umgebung mit Vakuum, elektrischen Feldern und Strahlung unterzubringen. Die Standardlösung, den Motor außerhalb des Zyklotrons zu platzieren, führt ungewollt zu einer komplexeren mechanischen Konstruktion, die teurer und weniger zuverlässig ist. Mechanisches Spiel und komplizierte Vakuumdurchführungen sind einige der Folgen einer solchen Lösung. 

Abbildung 3

Der Piezomotor bewegt den Extraktionsmechanismus, der es dem Bediener ermöglicht, ein spezifisches Isotop in einem für dieses Isotop konzipierten Ziel zu erzeugen. 

Durch die Wahl eines Standard-Piezo-Linearmotors war es möglich, den Motor in der Nähe der Extraktionsposition, innerhalb des Magnetfelds und der Vakuumumgebung, zu platzieren und nur elektrische Durchführungen zur Stromversorgung des Motors zu verwenden. 

Zusätzlich zum Piezo-Linearmotor war es dem Team auch wichtig, dass die Wartungszeit für die Kalibrierung des Systems reduziert wird. Hierfür war ein vollständig nicht-magnetischer Motor vonnöten. „Was PiezoMotor als Lösungsanbieter so großartig macht, ist das breite Produktsortiment und das modulare Design. Wir benötigten einen Rotationsmotor mit nicht-magnetischen Eigenschaften, um das System während des Betriebs zu kalibrieren. PiezoMotor hatte viele Optionen für sowohl Linear- als auch Rotationsmotoren mit verschiedenen Funktionen im Angebot“, resümiert Dr. Pärnaste. 

Dr. Pärnaste erinnerte sich daran, dass einer seiner Kollegen 2009 einen Artikel über PiezoMotor in der schwedischen Fachzeitschrift NyTeknik gelesen hatte. In diesem Artikel wurden alle wichtigen Merkmale des Mikromotors beschrieben, die das Zyklotron benötigte. Als sich herausstellte, dass beide Unternehmen ihren Sitz in Uppsala hatten, wurde schnell ein Treffen vereinbart. 

„Nachdem wir mehrere Mikromotoren und Bewegungslösungen getestet hatten, gelang uns schließlich ein Durchbruch bei der Konstruktion und die Isotopenerzeugung im Zyklotron wurde möglich. Der endgültige Entwurf sah einen 20N-Linearmotor von PiezoMotor zur Bewegung des Protonenstrahls sowie einen nicht-magnetischen Rotationsmotor mit 50 mNm Drehmoment für die Systemkalibrierung vor“, berichtet Dr. Pärnaste. 

„PiezoMotor ist für uns die erste Wahl.“

Das Produkt, GENtrace, wurde im Jahr 2017 mit großem Erfolg eingeführt. Pärnaste war gerade aus Nairobi, Kenia, zurückgekehrt, wo man erfolgreich eine Installation des neuen Systems abgeschlossen hatte. Rückblickend kommt Dr. Pärnaste hinsichtlich der Zusammenarbeit mit PiezoMotor zu dem Schluss: „Wir haben eng mit Andreas Danell, Ingenieur bei PiezoMotor, zusammengearbeitet. Er war stets leicht zu erreichen und hat uns während des gesamten Entwicklungsprozesses sehr geholfen, auch bei Aspekten, die nicht direkt mit der Mikrobewegungslösung im Zusammenhang standen. PiezoMotor verfügt über ein äußerst kompetentes Team von Ingenieuren, die während unseres Produktentwicklungsprozesses einen großen Beitrag geleistet haben. Gemeinsam haben wir dieses komplexe Innovationsprojekt möglich gemacht.“ 

Thomas Eriksson, leitender Ingenieur bei Cyclotron Systems, resümiert: „PiezoMotor ist für uns die erste Wahl und wir freuen uns auf die weitere Zusammenarbeit.“