GEMS PET 추적기 성공 사례
자성, 진공 및 방사선 환경에서 모션 솔루션을 설계하는 방법
전 세계적으로 암 치료가 성장함에 따라 향상된 진단에 대한 필요성이 증가했습니다. 이 스토리에서는 PiezoMotor의 획기적인 마이크로 모션 솔루션을 통해 GE 헬스케어가 어떻게 자기, 진공 및 방사선을 사용하는 사이클로트론 내부의 모터 솔루션을 성공적으로 설계할 수 있었는지 설명합니다.
시스템은 다음과 같은 방식으로 작동합니다:
- 사이클로트론에서 특정 동위원소가 생성됩니다.
- 생물학적 방사성 추적자는 전용 장비에서 방사화학을 통해 생성됩니다.
- 추적자가 환자에게 주입됩니다.
- 그런 다음 추적자가 특정 암세포에 부착됩니다.
- 환자를 PET 스캐너에 넣으면 시스템이 추적자의 양전자 붕괴에서 방출되는 감마선을 감지합니다. 추적자가 신체의 표적 세포에 부착된 영역에서 빛을 발합니다.
PET 동위원소는 사이클로트론의 강한 전기장에 의해 음전하를 띤 이온을 가속하고 그 결과 생성된 빔을 반응 챔버, 즉 표적으로 향하게 하여 그 내용물을 조사하는 방식으로 생성됩니다.
가속 영역은 강력한 자기장 봉쇄로 작게 유지됩니다. 빔은 전자 제거를 통해 이온의 전하를 반전시켜 자기 봉쇄에서 추출됩니다. 각 반응에 맞게 설계된 표적 내에 배치된 다양한 출발 물질을 조사하여 다양한 동위원소를 얻을 수 있습니다. 사용 편의성을 위해 사이클로트론에는 일반적으로 빔을 이동하여 각각의 표적을 조사할 수 있는 여러 개의 표적이 장착되어 있습니다.
표적 내용물을 유용한 PET 동위원소로 변환하는 핵 반응으로 인해 표적 내부에 높은 수준의 이온화 방사선이 생성됩니다.
방사선 환경에서 작동할 수 있는 비자기 및 진공 호환 마이크로 모터 찾기
"모종양을 발견하는 것은 일반적으로 매우 쉽고 많은 기술을 통해 가능합니다. 하지만 바늘 머리만한 크기의 전이를 모두 발견하는 것은 종종 불가능합니다. PET는 이러한 전이를 모두 발견하여 의료진이 암의 확산을 더 잘 이해할 수 있도록 도와줍니다. 이는 향후 치료 계획을 최적화하고 더 많은 생명을 구하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 파르나스테 박사는 결론을 내립니다.
전 세계적으로 암 치료가 성장함에 따라 개선되고 저렴한 진단 장비에 대한 수요가 증가했습니다. GE헬스케어 사이클로트론은 PET 동위원소에 대한 임상적 접근을 간소화하고자 했습니다. 이를 해결하기 위해 GE 팀은 PET 스캐너 근처에서 동위원소를 쉽게 생산하여 현지 동위원소 가용성과 반감기 문제를 극복할 수 있는 솔루션을 찾아야 했습니다.
서로 다른 타겟 사이에서 충분한 해상도로 빔을 이동하려면 일반적으로 모터가 필요합니다. 그러나 진공, 전기장, 방사선이 있는 자성 환경의 사이클로트론 내부에 기존의 전기 모터를 배치하는 것은 일반적으로 불가능합니다. 모터를 사이클로트론 외부에 배치하는 표준 솔루션은 의도치 않게 더 복잡한 기계적 구조로 이어져 비용이 더 많이 들고 신뢰성이 떨어집니다. 기계적 반발과 복잡한 진공 피드스루는 이러한 솔루션의 결과 중 일부입니다.
그림 3
피에조 모터가 추출 메커니즘을 움직여 작업자가 해당 동위원소용으로 설계된 타겟 내부에서 특정 동위원소를 만들 수 있습니다.
표준 선형 피에조 모터를 선택함으로써 모터를 추출 위치, 자기장 및 진공 환경 내부에 가깝게 배치하고 전기 피드스루만을 사용하여 모터에 전력을 공급할 수 있었습니다.
이 팀은 선형 피에조 모터 외에도 시스템 캘리브레이션을 위한 유지보수 시간을 줄이고자 했습니다. 이를 위해 완전히 비자기성 모터가 필요했습니다. "솔루션 공급업체로서 피에조모터의 가장 큰 장점은 광범위한 제품군과 모듈식 설계입니다. 작동 중에 시스템을 보정하기 위해서는 비자기 기능을 갖춘 회전 모터가 필요했습니다. 피에조모터는 선형 모터와 회전 모터 모두에 대해 다양한 기능을 갖춘 많은 옵션을 제공했습니다."라고 Pärnaste 박사는 결론을 내립니다.
파르나스테 박사는 동료가 2009년 스웨덴의 기술 잡지 NyTeknik에서 피에조 모터에 관한 기사를 읽었다고 회상했습니다. 그 기사에는 사이클로트론에 필요한 마이크로 모터 유형의 모든 주요 특징이 설명되어 있었습니다. 두 회사 모두 웁살라에 본사를 두고 있다는 사실을 알게 되자 곧바로 미팅이 성사되었습니다.
"여러 마이크로 모터와 모션 솔루션을 테스트한 끝에 마침내 설계에서 돌파구를 찾았고 사이클로트론에서 동위원소 생성이 가능해졌습니다. 최종 설계에서는 양성자 빔을 움직이기 위해 피에조모터의 20N 선형 모터를 사용하고 시스템을 보정하기 위해 50mNm의 토크를 가진 비자성 회전 모터를 사용했습니다."라고 Pärnaste 박사는 결론을 내립니다.
"피에조모터는 우리가 가장 만족하는 공급업체입니다"
GENtrace라는 제품은 2017년에 큰 성공을 거두며 출시되었습니다. 파르나스테는 케냐 나이로비에서 막 돌아와 새로운 시스템 설치를 성공적으로 완료했습니다. 파르나스테 박사는 피에조모터와 함께한 작업을 되돌아보며 다음과 같이 결론을 내렸습니다: "피에조모터의 엔지니어인 안드레아스 다넬과 긴밀히 협력했습니다. 그는 항상 연락하기 쉬웠고 마이크로 모션 솔루션과 직접 관련이 없는 부분까지 개발 과정 전반에 걸쳐 많은 도움을 주었습니다. 피에조모터는 매우 유능한 엔지니어 팀을 보유하고 있으며 제품 개발 과정에서 많은 기여를 했습니다. 우리는 함께 이 복잡한 혁신 프로젝트를 가능하게 만들었습니다."
사이클로트론 시스템의 수석 엔지니어인 토마스 에릭슨은 결론을 내렸습니다: "피에조모터는 우리가 가장 만족하는 공급업체이며 앞으로도 계속 함께 일할 수 있기를 기대합니다."