放射性药物的生产制造技术

技术编号:19024094 阅读:58 留言:0更新日期:2018-09-26 19:14
一种用于确定在生产设施处待生产的放射性药物的优化数量的以计算机实施的方法,该放射性药物在客户侧的核成像中被使用,以便满足由客户侧(例如医学成像中心、医院等)所下的订单的总需求,其中放射性药物的量足以满足该总需求,同时使放射性药物的任何过量生产最小化。

【技术实现步骤摘要】
放射性药物的生产
本公开总体涉及用于正电子发射计算机断层扫描的短寿命(short-lived)放射性药物的生产。
技术介绍
在回旋加速器中由用带电粒子轰击靶材料来生产在核医学成像中、诸如正电子发射计算机断层扫描(PET)中所使用的放射性药物,诸如氟代脱氧葡萄糖(FDG)。回旋加速器是一种粒子加速器,其包括被置于大磁体的两极之间的真空室中的两个金属D形电极(D-shapedelectrodes)。通常,带负电荷的粒子(阴离子)通过高压离子源被注入该室的中心中。被施加在两个电极之间的高频交变电压显著地增加这些粒子的动能,并且强磁场迫使粒子作为射束沿螺旋形的路径从该中心朝向该真空室的周边行进(travel),射束在那里与剥离膜相互作用。该相互作用导致电子从加速粒子中被去除并将这些加速粒子转化为带正电荷的粒子。粒子的正电荷改变了被加速的射束的路径,射束离开真空室并与靶的内容物(content)碰撞,产生发射放射性核素的正电子。为了生产氟-18,被加速的粒子通常为氢(氕),并且靶材为氧-18,典型地以加浓水(enrichedwater)的形式。这个过程被称为轰击,其持续得越长,生产的氟-18就越多,而氟-18又将转而被用于合成更大量的FDG。由于氟-18放射性核素的不稳定的特性,氟-18放射性核素在其在轰击过程阶段中被生成后立即经历放射性衰变,导致由于氟-18引起的放射量降低。放射达到一半初始数量的时间长度被称为半衰期,而氟-18的半衰期为109.771分钟。这种相对长的半衰期使得氟-18由于以下两个主要原因而成为用于医学成像的理想放射性核素:(a)其可以从生产设施,即放射性药剂厂(radiopharmacy)被运输到远距离处;和(b)在大约10小时后,其基本上从患者的身体中被消除。在每个放射性药剂厂中的基本实施方式(fundamentalpractice)是为了分批生产FDG来生成每日计划表,并将FDG分配到相应的患者剂量(patientdose)中。单个批次可以为直至四十个或更多的用于注射到患者体内的单个剂量(individualdose)提供足够的放射性。可以由一个批次来供应的(served)剂量的数量取决于在放射性药剂厂与客户、即与核成像中心或医院之间的距离,也取决于每个剂量的实际注射时间。客户距离放射性药剂厂越远,更多的放射物(radioactivity)就需要被生产,并且因此在回旋加速器之内的轰击过程就需要持续得更长。因此,为了满足大量的地理上分散(geographicallydispersed)的客户对FDG的需求,准确地确定需要被生产的放射的数量是重要的。目前,在大多数的放射性药剂厂中,用于FDG生产的每日计划表是由放射性药剂师手动制定的。尽管放射性药剂师拥有丰富的领域知识和经验,但手动制定计划表是一个耗时的过程,并可能导致次优化的生产计划表,其要么生产出相比于所需的而言过多的氟-18要么生产出不足够数量的氟-18。这导致超量的劳动成本和浪费超量数量的放射物,其浪费资源并增加生产成本;或者导致无法完全满足由医学成像中心和/或医院所提出的需求。因此,需要一种改良的方法来制定放射性药物、诸如FDG的生产计划表,从而足够量地生产FDG以满足需求,而不会生产得超量过多,使得浪费最小化。
技术实现思路
根据本公开的一个方面,公开了一种用于确定在生产设施处待生产的放射性药物的优化数量的、以计算机实施的方法。放射性药物用于在客户侧(customersite)的、诸如医学成像中心或医院的核成像。放射性药物的优化数量将满足由客户侧所下订单的总需求,其中放射性药物的量足以满足总需求,同时使放射性药物的任何过量生产最小化。根据一些实施方式,公开一种用于生产优化数量的放射性药物以用于制备(preparation)在客户侧的核成像中所使用的剂量的、以计算机实施的方法。放射性药物的优化的数量将满足由客户侧所下订单的总需求,同时使放射性药物的任何过量生产最小化。放射性药物在运行一个或多个回旋加速器的生产设施中被生产。根据一些实施方式,还公开了用于控制这种放射性药物生产设施的运行的控制系统。附图说明所有附图均为示意性的且并不必按比例。图1是放射性药物生产设施的示意图表。图2是放射性药物生产过程的工作流的示意图。图3是所公开的放射性药物生产过程的流程图纲要。具体实施方式对示例性实施方式的描述旨在结合所附的图来被阅读,所附的图将被视为整个文字描述的一部分。根据本公开的一个方面,公开一种自动确定用于放射性药物的优化生产计划表的系统和方法。首先,专利技术人开发了一种灵活的优化模型,该优化模型集成FDG生产过程中所涉及的主要决策。该优化模型考虑与放射性核素的轰击和衰变过程相关的约束条件,并考虑在对为了生产满足FDG需求的准确数量的放射物所需的回旋加速器和靶的数量进行的选择中所涉及的二元决策。该生产计划表的规划期持续一天,并且可能会被分为多个时间段(timeperiod)。每个成像中心的需求是预先已知的,但其可能会对于不同时间段而变化。最佳的技术方案涉及四个主要决策:(a)轰击时间的长度,(b)要被用于生产足够放射物的回旋加速器和靶的数量,和(c)为了满足每个时间段中的总需求而需要生产的放射物的数量。通常,生产诸如FDG等放射性药物需要使用复杂的设备。放射性药物生产设施200的示例在图1中示意性地示出。放射性药物生产设施200包括:用于生产氟-18的一个或多个回旋加速器210;一个或多个放射性药物合成器220;分析实验室230,在那里执行所有质量保证测试(例如针对无菌性、化学纯度、重金属污染等的测试批次);和负责将FDG总量分成单位剂量的分配器240,这些单位剂量转而将被递送到成像中心。回旋加速器210在图1中以CYCLi来被表示,其中i表示回旋加速器的数量。生产设施200的这些部件的运行通过计算机系统300来实现。用于生产FDG的典型工作流的概览可以在图2中被看出。该过程具有很多阶段。除轰击阶段(用虚线框表示)外的每个阶段的完成时间都是预先已知的。在轰击阶段过程中所需的时间由下文所定义的优化模型来确定。图2中的生产工作流以各自采用两个靶的两个回旋加速器为例。放射性衰变——放射性衰变的简要概述将被讨论,以作为提供对于如下原因而言的上下文的背景:为什么对用于生产放射性药物的放射性核素的生产的计划表制定和规划(schedulingandplanning)在目前所实践的对放射性药物生产制定计划表的手动方法中导致了非常低效。放射性核素具有不稳定的原子核,由于要么质子的要么中子的过量,这些原子核没有足够的结合能量来将原子核结合在一起。在变得稳定的过程中,放射性核素从原子核中释放能量和/或物质,并且通常转化为新的元素。放射性衰变是一个随机过程,并且就此而言我们只能确定单个放射性核素在何时衰变的概率。然而,对于一组放射性核素,我们可以确定整体的衰变率。一组放射性核素的半衰期(用t1/2表示)是如下时间:平均而言,一半的放射性核素将在该时间之后发生了衰变并且该组的活性(activity)将是其初始水平的一半。放射性同位素的平均寿命(用τ表示)是在其衰变之前的平均时间。衰变常数(用λ表示)是平均寿命的倒数(即λ=1/τ),并且表达原子核在特定时间段内本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于确定在生产设施处待生产的放射性药物的优化数量的以计算机实施的方法,所述放射性药物用于在客户侧的核成像,以便满足由所述客户侧所下的订单的总需求,其中所述生产设施运行着一个或多个回旋加速器,其中所述放射性药物的生产包括:回旋加速器轰击过程阶段,在此期间,用带电粒子轰击靶放射性核素前体材料以生产放射性核素材料;靶卸载过程阶段;放射性核素转移过程阶段,在此期间,所述放射性核素材料被从所述靶卸载过程阶段转移到化学过程阶段,其中在所述化学过程阶段期间,所述放射性核素材料被转化成放射性药物;质量控制过程阶段,在此期间,对所述放射性药物进行采样用于质量控制测试;剂量分配过程阶段,在此期间,所述放射性药物被分配成单个剂量,以用于被递送至所述客户侧,所述方法由计算机执行并包括:确定在生产阶段

【技术特征摘要】
2017.03.10 US 15/4556181.一种用于确定在生产设施处待生产的放射性药物的优化数量的以计算机实施的方法,所述放射性药物用于在客户侧的核成像,以便满足由所述客户侧所下的订单的总需求,其中所述生产设施运行着一个或多个回旋加速器,其中所述放射性药物的生产包括:回旋加速器轰击过程阶段,在此期间,用带电粒子轰击靶放射性核素前体材料以生产放射性核素材料;靶卸载过程阶段;放射性核素转移过程阶段,在此期间,所述放射性核素材料被从所述靶卸载过程阶段转移到化学过程阶段,其中在所述化学过程阶段期间,所述放射性核素材料被转化成放射性药物;质量控制过程阶段,在此期间,对所述放射性药物进行采样用于质量控制测试;剂量分配过程阶段,在此期间,所述放射性药物被分配成单个剂量,以用于被递送至所述客户侧,所述方法由计算机执行并包括:确定在生产阶段t中(其中t=1至NPRD)的剂量分配过程结束时期望由生产设施中的NCYCL数量的回旋加速器和NTRG数量的靶所生产的放射性核素的总数量,其中足以满足由所述客户侧所订的放射性药物的总数量QCUST,同时使所述放射性核素的任何过量生产最小化,因此满足以下条件性的约束条件(23):(23)其中σ≥1,qi是已经下了一个或多个订单的客户侧i的总放射物需求,其中Ht={2,...,NSITES},其中NSITES是已经下了订单的客户侧的数量,所述订单的需求将由生产阶段t满足其中λ是所述放射性核素的放射物衰变率,其中是由客户侧i所下的所述一个或多个订单之中的对于放射性药物的最早订单的时间,所述订单的需求将由生产阶段t满足,其中是在生产阶段t中所述剂量分配过程开始时的时间,并由以下表达式(22)来定义:(22),其中通过对以下表达式(21)求解来确定:(21),其中是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的靶卸载过程结束时所生产的放射性核素的总数量,其中FR是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述靶卸载过程期间由于放射性衰变所失去的所述放射性核素的百分比,其中PY是通过生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述靶卸载过程产生的所述放射性核素的百分比产率,其中QS是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述化学过程结束时的所述放射性核素的百分比,其中TTRAN是在生产阶段t中完成所述一个或多个回旋加速器的所述放射性核素转移过程所需的时间的数量,其中TCHEM是生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述化学过程所需的时间,以及其中TQC是生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述质量控制过程所需的时间;其中通过对以下表达式(20)求解来确定:(20),其中T={1,...,NPRD},其中NPRD是所考虑的生产阶段的数量,其中C={1,...,NCYCL},其中NCYCL是所述生产设施中可用的回旋加速器的数量,其中G={1,...,NTRG},其中NTRG是所述生产设施中存在的全部回旋加速器中可用的靶的数量,其中BCijt是在生产阶段t中回旋加速器i、靶j的射束电流,其中SYij是回旋加速器i和靶j的饱和产率,其中ENij是在回旋加速器i和靶j中的放射性核素前体的浓缩度,其中EOBijt是在生产阶段t中回旋加速器i、靶j的轰击结束时的时间,其中BOBijt是在生产阶段t中回旋加速器i、靶j的轰击开始时的时间,并且其中EOUt是在生产阶段t中的所有靶卸载过程结束时的时间;其中生产阶段t中回旋加速器i、靶j的轰击持续时间通过以下表达式(13)来被最小化:(13),受限于以下约束条件(14)至(19):(14),其中是最小轰击时间,是最大轰击时间,(15),其中BCmin和BCmax分别是用于所述回旋加速器i的射束电流的下限和上限,并且BCijt是在生产阶段t中回旋加速器i、靶j的所述射束电流,(16),其中EOBi1t是生产阶段t中回旋加速器i、靶1的轰击结束的时间,其中所述约束条件(16)规定:对于每个回旋加速器,所有所述靶的轰击结束同时发生,(17),其中是回旋加速器i中的靶j的卸载时间,并且EOUt是生产阶段t中完成所有卸载过程的最晚时间,其中约束条件(17)规定:在每个生产阶段t,回旋加速器i中的每个靶j在所述轰击过程结束后依次被卸载,(18),其中,其中BOBij1定义在生产阶段1中回旋加速器i、靶j的所述轰击开始的时间,TINIT代表在所述轰击开始之前所需的时间总数量,TSTART代表生产过程开始时的时间,其中所述时间是以午夜过后的分钟的形式,TCYCL-INIT是初始化回旋加速器i所需的时间数量,TTRG-LOAD是装载靶j所需的时间数量,并且TTUNE-BEAM是调整回旋加速器i的射束电流所需的时间数量;以及(19),其中EOUt-1是代表生产阶段t-1中靶j的卸载结束的时间点,并且TPREP是为下一个生产阶段准备回旋加速器i所需的时间数量,其中约束条件(19)规定:生产阶段t中的轰击的开始必须发生在前一阶段t-1中的分配过程之后。2.根据权利要求1所述的方法,其中=30分钟并且=4小时或240分钟。3.根据权利要求1所述的方法,其中BCmin=40μA并且BCmax=80μA。4.一种用于生产优化数量的放射性药物以制备在客户侧的核成像中所使用的剂量的方法,以便满足由所述客户侧所下的订单的总需求,其中在运行一个或多个回旋加速器的生产设施处生产所述放射性药物,其中所述放射性药物的生产包括:回旋加速器轰击过程阶段,在此期间,用带电粒子轰击靶放射性核素前体材料以生产放射性核素材料;靶卸载过程阶段;放射性核素转移过程阶段,在此期间,所述放射性核素材料被从所述靶卸载过程阶段转移到化学过程阶段,其中在所述化学过程阶段期间,所述放射性核素材料被转化成放射性药物;质量控制过程阶段,在此期间,对所述放射性药物进行采样用于质量控制测试;剂量分配过程阶段,在此期间,所述放射性药物被分配成单个剂量,以用于被递送至所述客户侧,所述方法包括:使用计算机确定在生产阶段t中(其中t=1至NPRD)的剂量分配过程结束时期望由生产设施中的NCYCL数量的回旋加速器和NTRG数量的靶所生产的放射性核素的总数量,其中足以满足由所述客户侧所订的放射性药物的总数量QCUST,同时使所述放射性核素的任何过量生产最小化,因此满足以下条件性的约束条件(23):(23)其中σ≥1,qi是已经下了一个或多个订单的客户侧i的总放射物需求,其中Ht={2,...,NSITES},其中NSITES是已经下了订单的客户侧的数量,所述订单的需求将由生产阶段t满足其中λ是所述放射性核素的放射物衰变率,其中是由客户侧i所下的所述一个或多个订单之中的对于放射性药物的最早订单的时间,所述订单的需求将由生产阶段t满足,其中是在生产阶段t中所述剂量分配过程开始时的时间,并由以下表达式(22)来定义:(22),其中通过对以下表达式(21)求解来确定:(21),其中是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的靶卸载过程结束时所生产的放射性核素的总数量,其中FR是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述靶卸载过程期间由于放射性衰变所失去的所述放射性核素的百分比,其中PY是通过生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述靶卸载过程产生的所述放射性核素的百分比产率,其中QS是在生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述化学过程结束时的所述放射性核素的百分比,其中TTRAN是在生产阶段t中完成所述一个或多个回旋加速器的所述放射性核素转移过程所需的时间的数量,其中TCHEM是生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述化学过程所需的时间,以及其中TQC是生产阶段t中所述一个或多个回旋加速器的所述质量控制过程所需的时间;其中通过对以下表达式(20)求解来确定:(20),其中T={1,...,NPRD},其中NPRD是所考虑的生产阶段的数量,其中C={1,...,NCYC...

【专利技术属性】
技术研发人员:I阿克罗蒂里亚纳基斯A查克拉博蒂T普特文斯基E格雷亚瑟S齐格勒
申请(专利权)人:美国西门子医疗解决公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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