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發(fā)自動化流程，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，來控制閥門、機械注射器和加熱器。Bloomy Controls的工程師開發(fā)了LabVIEW應(yīng)用程序軟件運行這些硬件、編輯藥方并且顯示合成的動畫仿真。

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SMARTRACE合成器機械面板中顯示注射器、管道、容器和輻射探測器。Compact FieldPoint機架位于移動車內(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)療的分子成像對象（醫(yī)學(xué)專有名詞，這個翻譯不確定）的發(fā)現(xiàn)，正電子斷層掃描儀（PET）市場的發(fā)展突飛猛進。但是適合于臨床使用的新型放射性藥物的實現(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。對放射性物質(zhì)的處理必須非常小心，它的反應(yīng)時間非?？焖?、合成必須比較方便、測試結(jié)果具有可重復(fù)性的一系列需求，使得自動化系統(tǒng)作為PET功能成像機構(gòu)開展更廣泛的開發(fā)和臨床使用非常具有必要性。

開發(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)專家和機械工程師、電子工程師以及軟件設(shè)計者。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，將有機癌癥結(jié)合劑合并到一個分子中。在癌癥診斷中，通過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)，藥物會快速附著在體內(nèi)的癌變區(qū)域，病人通過伽馬射線探測器掃描，然后由計算機確定病人體內(nèi)檢測到的射線對發(fā)出的位置。最終由三維顯示器顯示檢測到的癌變區(qū)域。

放射性同位素的半衰期是一個小時到兩個小時。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成像能夠用于無法使用粒子回旋加速器的場合。

編輯藥方
藥方是液體運動、混和和反應(yīng)的順序組合。臨床醫(yī)師能夠使用包含兩個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，就會彈出一個步驟編輯對話框，允許醫(yī)師對這個步驟的進行配置。舉例而言，要添加某一個類型的步驟，彈出對話框要求用戶選擇在每個容器中加入哪個試劑、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目中自動生成。臨床醫(yī)師可以將步驟上下移動改變其順序、雙擊步驟修改參數(shù)或是選中步驟點擊刪除進行移除。

模擬藥方
Bloomy Controls所開發(fā)的軟件的一個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動步驟。這個特性是通過使用LabVIEW的自定義控件實現(xiàn)的，動畫作為預(yù)合成藥方仿真和實際仿真序列運行，如圖1所示。

圖1：圖形化動畫顯示液體運動

仿真特性的優(yōu)點包括：

在承擔(dān)時間和使用昂貴試劑的風(fēng)險之前，對整個仿真過程進行可視化瀏覽
當(dāng)注射器中沒有足夠的液體完成一個步驟時，發(fā)出警告
驗證閥門被放置在正確位置，為步驟中的液體運動打開一個通道
驗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
驗證最終產(chǎn)品達到目的地
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)行開始和停止的控件。它還包含了進度條、剩余時間計算和活動狀態(tài)顯示。如果執(zhí)行成功，藥方列表框?qū)⒉襟E標(biāo)記為淡藍色；如果在步驟中出現(xiàn)錯誤，則標(biāo)記為紅色?？茖W(xué)家級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畫在試劑合成過程中運行，演示在合成器中實時發(fā)生的物理反應(yīng)。機械面板的不同部分顯示在不同的標(biāo)簽面板上，在液體流動時，標(biāo)簽相應(yīng)的部分會變化。

實驗室試用與結(jié)果
在合成器可以被批準(zhǔn)用于實際臨床應(yīng)用之前，我們必須進行多中心試用。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)專家要求對放射性物質(zhì)進行謹(jǐn)慎處理、要求其反應(yīng)時間快速，批與批之間具有可重復(fù)性，所以需要自動化系統(tǒng)用于更廣泛的功能PET跟蹤器的開發(fā)和臨床使用。

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

Bloomy Controls開發(fā)的設(shè)備帶有多個閥門、電機注射器、加熱器、氣流控制器和用于溫度、流速、壓力和放射性探測的傳感器，因此使用傳統(tǒng)實驗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，我們將整個合成與數(shù)據(jù)采集流程轉(zhuǎn)換為用戶友好的界面，能夠被實驗室技術(shù)員和科學(xué)家使用。