BRPI0708754A2 - controle de sistema de eluiÇço de rubÍdio - Google Patents
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Abstract
CONTROLE DE SISTEMA DE ELUIÇçO DE RUBÍDIO. Um método de controlar um sistema de eluição de ^ 82^Sr/^ 82^Rb tendo uma válvula de gerador para dosar um fluxo de solução salina entre um gerador de ^ 82^Sr/^ 82^Rb e uma linha de desvio acoplada a uma saída do gerador de tal modo que a solução salina que atravessa a linha de desvio fundirá com a solução salina eluída que sai do gerador para fornecer uma solução salina ativa. Durante cada curso de eluição, diversos valores sucessivos de parâmetro de concentração são obtidos em intervalos predeterminados. Cada valor de parâmetro de concentração é indicativo de uma concentração de atividade instantânea respectiva da solução salina ativa. Valores de erro respectivos entre cada valor de parâmetro de concentração e um valor de concentração de atividade alvo do curso de eluição são computados. Dados de erros baseados em uma pluralidade dos valores de erro computados são acumulados. Entre cursos de eluição sucessivos, pelo menos um parâmetro de desempenho do sistema de eluição é ajustado com base nos dados de erros acumulados.
Description
CONTROLE DE SISTEMA DE ELUIÇÃO DE RUBÍDIO
Campo da invenção
O presente pedido refere-se, em geral, à medicinanuclear e, em particular, a um sistema de controle deeluição de rubidio.
Antecedentes da invenção
Como é bem sabido na técnica, Rubidio (82Rb) éutilizado como um traçador de tomografia de emissão depósitron (PET) para medição não invasiva de perfusão demiocárdio (fluxo sangüíneo).
Os recentes aperfeiçoamentos em tecnologia PETintroduziram tomografia de emissão de pósitrontridimensional (3D PET) . Embora a tecnologia 3D PET possapermitir diagnóstico e prognóstico mais eficientes empacientes com suspeita de doença de artéria coronária, asensibilidade de 3D PET requer controle muito preciso dadistribuição de , atividade 82Rb em um paciente sendoavaliado.
As figuras, 1 e 2, ilustram um sistema de eluição derubidio convencional utilizado para imageamento de perfusãode miocárdio. Como se pode ver na figura 1, o sistema deeluição compreende um reservatório de solução salinaestéril (por exemplo, 0,9% de injeção de cloreto de sódio),uma bomba e um gerador de estrôncio-rubídio (82Sr/82Rb) . Emoperação, a bomba faz com que a solução salina flua apartir do reservatório 4 e através do gerador 8 para eluiro 82Rb. O produto de solução ativa a partir do gerador 8 éentão fornecido a um paciente (não mostrado) através de umasaída de paciente 10.
Quando o sistema 2 não está em uso, a quantidade de82Rb dentro do gerador 8 acumula até que um equilíbrio sejaatingido entre a taxa de produção de 82Rb (isto é,diminuição de 82Sr) e a taxa de diminuição de 82Rb. Comoresultado, o nível de atividade de 82Rb na solução salinaativa que emerge a partir do gerador 8 tende a seguir umperfil de "bolo" 12, mostrado pela linha cheia na figura2a. Em particular no início de um "curso" de eluição de82Rb, o nível de atividade se eleva rapidamente e sintonizana freqüência, visto que 82Rb acumulado é removido dogerador 8. Posteriormente, o nível de atividade cai devolta a um valor substancialmente constante. 0 nível deatividade máxima Amax (pico de bolo) obtido durante o cursodepende da quantidade de 82Rb acumulado no gerador 8, edesse modo é genericamente uma função do histórico de usorecente do sistema, principalmente: a taxa de produção de82Rb atual; a quantidade de 82Rb acumulado (caso haja) quepermanece ao término do curso de eluição anterior; e otempo inativo desde o curso anterior. 0 nível genericamenteconstante da cauda de bolo depende da taxa de produção de82Rb e da taxa de fluxo de solução salina produzida pelabomba 6.
Como é bem sabido na técnica, 82Rb é gerado peladiminuição radioativa do 82Sr, e desse modo a taxa deprodução de 82Rb em qualquer momento específico é umafunção da massa de 82Sr restante. Como será apreciado, essevalor diminuirá (exponencialmente) através da vida útil dogerador 8. 0 resultado é uma família de curvas de bolo,ilustrada pelas linhas tracejadas da figura 2a, mapeando aalteração em desempenho do sistema de eluição através davida útil do gerador 8.Devido ao nível de atividade elevada de 82Rb possívelno gerador 8, é desejável limitar a dosagem de atividadetotal distribuída ao paciente durante qualquer curso deeluição dado. O tempo de eluição total necessário paraatingir essa dose permissível máxima (para qualquer taxa defluxo dada) variará, portanto, durante a vida da carga de82Sr no gerador 8, como se pode ver na figura 2b, onde adose de atividade total, representada pela área sob cadacurva, é igual nos dois casos.
Uma limitação dessa abordagem particularmente paraimageamento 3D PET, é que a distribuição de uma taxa deatividade elevada durante um curto período de tempo tende adegradar a qualidade da imagem. Taxas de atividade baixasfornecidas durante um período relativamente prolongado sãopreferidas. Como resultado, é necessário que o usuáriocalcule a taxa de fluxo de solução salina que obterá amelhor qualidade de imagem possível; dada a idade dogerador e ao seu histórico de uso recente que, ambos,afetarão os níveis de cauda e pico de bolo. Essa estimativadeve ser ajustada continuamente durante toda a vida dogerador 8, à medida que 82Sr diminui.
Por conseguinte, técnicas para controlar um sistema deeluição de 82Rb que permitam que um nível de atividadedesejado seja fornecido durante um período de tempodesejado, independentemente de um estado do gerador de82Sr/82Rb, continuamente altamente desejáveis.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Por conseguinte, um objetivo da presente invenção éfornecer técnicas para controlar um sistema de eluição de 82Rb.A presente invenção provê, portanto, um método paracontrolar um sistema de eluição de 82Sr/82Rb tendo umaválvula de gerador para dosar um fluxo de solução salinaentre um gerador de 82Sr/82Rb e uma linha de desvio acopladaa uma saída do gerador de tal modo que a solução salina queatravessa a linha de desvio fundirá com solução salinaeluída que sai do gerador para fornecer uma solução salinaativa. Durante cada curso de eluição, uma pluralidade devalores de parâmetro de concentração sucessivos é obtida em
intervalos predeterminados. Cada valor de parâmetro deconcentração é indicativo de uma concentração de atividadeinstantânea respectiva da solução salina ativa. Valores deerro respectivos entre cada valor de parâmetro deconcentração e um valor de concentração de atividade alvo
do curso de eluição são computados. Dados de erros com baseem uma pluralidade dos valores de erro computados sãoacumulados. Entre cursos de eluição sucessivos, pelo menosum parâmetro de desempenho do sistema de eluição é ajustadocom base nos dados de erros acumulados.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Aspectos e vantagens adicionais da presente invençãotornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descriçãodetalhada, tomada em combinação com os desenhos apensos,nos quais:
A figura 1 é um diagrama de bloco ilustrando
esquematicamente elementos principais de um sistema deeluição de rubídio convencional;
As figuras 2a e 2b são gráficos que ilustramdesempenho representativo do sistema de eluição da figuraA figura 3 é um diagrama de blocos ilustrandoesquematicamente elementos principais de um sistema deeluição de rubídio de acordo com uma modalidade da presenteinvenção;
A figura 4 ilustra um arranjo de válvula do tipo deaperto utilizável no sistema de eluição da figura 3;
A figura 5 ilustra esquematicamente um detector depósitron utilizável no sistema de eluição da figura 3;
As figuras 6a-6d ilustram, esquematicamente, estadosoperacionais respectivos do sistema de eluição de rubídioda figura 3;
As figuras 7a-7c ilustram, esquematicamente, umprimeiro algoritmo para controlar o sistema de eluição derubídio da figura 3; e
As figuras 8a-8c ilustram, esquematicamente, umsegundo algoritmo para controlar o sistema de eluição derubídio da figura 3.
Será observado que em todos os desenhos apensos,aspectos similares são identificados por numerais dereferência similares.
Descrição detalhada da modalidade preferida
A presente invenção provê um sistema de controle eeluição de rubídio (82Rb) no qual a taxa de atividade de82Rb distribuído a um paciente pode ser controladosubstancialmente de forma independente da condição dogerador de 82Sr/82Rb. Modalidades representativas sãodescritas abaixo com referência às figuras 3-8.
Na modalidade da figura 3, o sistema de eluiçãocompreende reservatório 4 de solução salina estéril (porexemplo, 0,9% de injeção de cloreto de sódio); uma bomba 6para aspirar solução salina a partir do reservatório 4 emuma taxa de fluxo desejada; uma válvula de gerador 16 paradosar o fluxo de solução salina entre um gerador deestrôncio-rubidio (82Sr/82Rb) 8 e uma linha de desvio 18 queevita o gerador 8; um detector de pósitron 20 localizado àjusante do ponto de fusão 22 no qual os fluxos do gerador edesvio fundem; e uma válvula de paciente 24 para controlaro fornecimento de solução salina ativa a uma saída depaciente 10 e um reservatório de resíduo 26. Um controlador28 é conectado à bomba 6, detector de pósitron 20 eválvulas 16 e 24 para controlar o sistema de eluição 14, deacordo com um algoritmo de controle desejado, como serádescrito em maior detalhe abaixo.
Se desejado, o gerador de estrôncio-rubidio (82Sr/82Rb)8 pode ser construído de acordo com o pedido de patentenorte-americana copendente número 11/312.368, dorequerente, intitulado A Rubidium Generator for CardiacPerfusion Imaging and Method of Making and Maintainingsame, depositado em 21 de dezembro de 2005. Em tais casos,a bomba 6 pode ser uma bomba de baixa pressão como umabomba peristáltica. Entretanto, outros tipos de geradorpodem ser utilizados. Similarmente, outros tipos de bombapodem ser utilizados, com a condição somente de que a bombaselecionada seja apropriada para aplicações médicas e sejacapaz de manter uma taxa de fluxo de solução salinadesejada através do gerador.
As válvulas de gerador e paciente 16, 24 podem serconstruídas em uma variedade de modos. Em princípio, aválvula de gerador pode ser fornecida como qualquer arranjode válvula 16, apropriado, capaz de dosar fluxo de soluçãosalina entre o gerador 8 e a linha de desvio 18. Sedesejado, a válvula de gerador pode ser integrada ao pontode derivação 3 0 no qual o f lxixo de solução salina édividido. Alternativamente, a válvula de gerador 16 pode ser posicionada a jusante do ponto de derivação 30, comomostrado na figura 3. Em modalidades nas quais a tubagemflexível (por exemplo, silício) é utilizada paratransportar o fluxo de solução salina, a válvula de gerador16 pode ser fornecida como uma ou mais válvulas de"aperto", convencionais, do tipo ilustrado na figura 4. 0uso de válvulas de aperto é benéfico em que permite que ofluxo de solução salina seja controlado em um modoprontamente repetível, e sem contato direto entre a soluçãosalina e os componentes da válvula. Os fatores associadosao desenho da válvula de paciente 24 são substancialmenteiguais àqueles discutidos acima para a válvula de gerador16, com a exceção de que o fluxo de solução salina atravésda válvula de paciente 24 está (ou deve se assumir queesteja) transportando 82Rb radioativo. POr conseguinte,embora qualquer desenho de válvula apropriado possa serselecionado para a válvula de paciente 24, éparticularmente benéfico evitar contato direto entre asolução salina ativa e componentes de válvula. Por essemotivo, válvulas de aperto são preferidas para a válvula de paciente 24.
Como se pode ver na figura 5, o detector de pósitron20 pode ser convenientemente fornecido como um cintilador32 disposto imediatamente adjacente a uma linha dealimentação 33 que transporta a solução salina ativa; umcontador de fótons 34 opticamente acoplado ao cintilador32; e um protetor contra radiação 36 que circunda ocintilador 32 e contador de fótons 34. 0 cintilador 32 podeser fornecido por uma extensão de fibra ópticafluorescente, que absorve radiação Beta (e+) gerada pordecaimento de 82Rb para produzir um fóton. 0 contador defótons 34 (que pode, por exemplo, ser um detector H7155fabricado por Hamamatsu) detecta fótons incidentes, e geraum sinal de detecção 38 que corresponde a cada fótondetectado. A proteção 36, que pode ser construída de chumbo(Pb), serve para proteger o cintilador 32 e contador defótons 34 contra radiação Gama e Beta ambiente. Em algumasmodalidades, o protetor contra radiação 36 temaproximadamente 1,27 cm de espessura nas proximidades dafibra de cintilação 32, e pode estender-se (nas duasdireções) pelo menos 5 vezes o diâmetro externo da linha dealimentação 33 a partir da fibra de cintilação 32. Essearranjo suprime efetivamente o ingresso de radiação Gama eBeta ambiente ao longo do canal através do qual a linha dealimentação 33 passa. Como resultado, fótons espúrios sãosuprimidos, e a taxa na qual fótons são contados pelocontador de fótons 34 será proporcional à concentração deatividade de 82Rb da solução salina ativa adjacente aocintilador 32. Nas modalidades ilustradas, o número defótons detectados em um período de tempo predeterminado écontato (por exemplo, pelo controlador 28) , e o valor decontagem Cdet é utilizado como um parâmetro de atividade queé proporcional à concentração de atividade de Rb. Sedesejado, uma constante de proporcionalidade K entre oparâmetro de atividade Cdet e a concentração de atividade82Rb pode ser empiricamente determinada.Em operação, a bomba 6 e válvulas 16, 24 podem sercontroladas para encaminhar a solução salina através dosistema 14 de acordo com vários modos de operação, comopode ser visto nas figuras 6a-6d. Desse modo, por exemplo,em um modo de "Desvio para resíduo" do sistema ilustrado nafigura 6a, as válvulas de gerador e paciente 16, 24 sãoposicionadas para encaminhar o fluxo inteiro de soluçãosalina através da linha de desvio 18, e para dentro doreservatório de resíduo 26. Esse modo de operação éapropriado para inicializar o sistema 14 imediatamenteantes do início de um curso de eluição.
A figura 6b ilustra um modo de "fluxo de linha depaciente" do sistema 14, no qual as válvulas de gerador epaciente 16, 24 são posicionadas para encaminhar o fluxo desolução salina através da linha de desvio 18 e para foraatravés da saída de paciente 10. Esse modo de operação podeser utilizado antes de um curso de eluição para escorvar(isto é, expelir ar a partir da) linha de paciente 40 empreparação para inserção da saída de paciente em, porexemplo, uma veia de um paciente. Ao término de um curso deeluição, esse modo também pode ser utilizado para removerqualquer atividade de 82Rb que resta na linha de paciente40 para dentro do paciente, desse modo assegurando que opaciente receba a dose de atividade inteira necessária paraimageamento PET.
A figura 6C ilustra um modo de "esperar por limite" dosistema 14, no qual as válvulas de gerador e paciente 16,24 são posicionadas para encaminhar o fluxo de soluçãosalina através do gerador 8, e para dentro do reservatóriode resíduo 26. Esse modo de operação é apropriado durante oinício de um curso de eluição, enquanto a concentração de82Rb está aumentando a partir de zero, porém não atingiuainda níveis desejáveis. A remoção dessa porção avançada dobolo de 82Rb 12 para o reservatório de resíduo 26 evitaexpor o paciente à atividade de 82Rb desnecessária epermite que a dosagem total de atividade distribuída aopaciente seja controlada estreitamente.
A figura 6d ilustra um modo de "eluição" do sistema14, no qual a válvula de gerador 16 é controlada ativamenteatravés de um circuito de controle 42 a partir do detectorde pósitron 2 0 para dosar o fluxo de solução salina atravéstanto do gerador 8 como da linha de desvio 18. Os fluxos desolução salina de desvio e gerador 8 são então recombinados(em 22) a jusante do gerador 8 para produzir uma soluçãosalina ativa tendo uma concentração de atividade 82Rbdesejada. A válvula de paciente 24 é posicionada paraorientar a solução salina ativa para a saída do paciente10.
Na descrição acima, cada modo operacional é descritoem termos das etapas associadas na execução de um curso de
eluição para suportar imageamento PET de um paciente.Entretanto, será apreciado que esse contexto não éessencial. Desse modo, por exemplo, um ou mais dos modosoperacionais acima podem ser utilizados para facilitarcalibragem do sistema, em cujo caso a saída do paciente 10seria conectada a um calibrador de dose convencional (nãomostrado), em vez de um paciente.
Como será reconhecido a partir da discussão acima,cada um dos modos operacionais do sistema de eluição écontrolado pela unidade de controlador 28 que opera sobcontrole de software. Como resultado, é possívelimplementar uma ampla variedade de processos automatizados,como necessário. Desse modo, por exemplo, cursos de eluiçãopodem ser totalmente automatizados, com base em parâmetrosalvo inseridos por usuário, que permite ao usuário evitarexposição desnecessária à radiação. Similarmente, épossível automatizar a calibragem desejada do sistema eprotocolos de detecção de ruptura de 82Sr, que asseguraconsistência bem como limita exposição dos usuários aradiação. Um benefício adicional de controle de sistema deeluição baseado em software é que registros de dados apartir de cada curso de eluição podem ser facilmentemantidos, o que auxilia não somente o diagnóstico dosistema, como também pode ser utilizado para assegurar queos parâmetros de eluição (por exemplo, concentração eduração de eluição) especificados para imageamento de PETtenham sido atendidos.
Como descrito acima, no modo de operação de "eluição"(figura 6d) , a válvula de gerador 16 é controlada ativamente através de um circuito de controle 42 a partirdo detector de pósitron 20 para dosar fluxo de soluçãosalina através tanto do gerador 8 como da linha de desvio18. A recombinação dos fluxos de solução salina de geradore desvio correspondentes a jusante do gerador 8 produz umasolução salina ativa tendo uma concentração de atividade82Rb desejada. Preferivelmente, o circuito de controle 42 éimplementado utilizando software apropriado executando nocontrolador 28. Algoritmos representativos para implementaro circuito de controle 42 são descritos abaixo comreferência às figuras 7 e 8.Na modalidade da figura 7, o controlador 28 implementaum algoritmo de controle baseado em limite, no qual aválvula de gerador 16 é controlada por comparação deconcentração de atividade medida com uma concentração deatividade desejada. Se a concentração medida for maiselevada do que a concentração desejada, a válvula degerador 16 orienta o fluxo de solução salina para a linhade desvio 18 em vez do gerador 8 e vice versa.
Em geral, o curso de eluição é projetado para geraruma concentração de atividade de 82Rb alvo que segue umafunção desejada em tempo Cm (t) . Na modalidade da figura 7,Cm (t) é uma função de onda quadrada tendo uma concentraçãode atividade constante predeterminada Cm e duração (t2-ti) ,como pode ser visto pela linha pontilhada da figura 7b.Esses parâmetros podem ser fornecidos por entrada explicitade usuário utilizando a interface de usuário 44 (figura 3) ,ou calculados a partir de outros parâmetros inseridos pelousuário, como uma dosagem total de atividade e taxa defluxo de solução salina. Como será reconhecido, o perfil deatividade alvo Cm (t) não necessita ser uma função de ondaquadrada, outros perfis podem ser utilizados, como umafunção de rampa, se desejado.
Em algumas modalidades, o perfil de atividade alvoCm (t) pode definir a concentração de atividade 82Rb desejadana saída do paciente 10. Em tais casos, um perfil de alvoajustado C'M(t) pode ser computado com base na taxa defluxo selecionada e comprimento de linha de fornecimento depaciente, para responder por decaimento de 82Rb esperado (edesse modo perda de atividade) , na linha de fornecimento depaciente 4 0 entre o detector de pósitron 20 e a saída dopaciente 10. Esse arranjo é vantajoso em que permite que umusuário especifique uma quantidade de atividade (querconcentração de atividade ou dose total) fornecida aopaciente, e o circuito de controle 42 operará para casarcom essa especificação, levando em consideração odecaimento de 82Rb no sistema 14.
A figura 7a é um fluxograma ilustrando um algoritmo decontrole de válvula baseado em limite representativo quepode ser utilizado na modalidade da figura 7. Parafacilidade de ilustração, o fluxograma da figura 7a somenteilustra o circuito de controle. Etapas de processo elimite, relacionados à realização de transição entre váriosmodos de operação não são mostradas.
Na preparação para um curso de eluição, um usuárioentra parâmetros alvo para a eluição. Esses parâmetrospodem incluir quaisquer três entre dose total deatividade, concentração de atividade alvo, duração deeluição e taxa de fluxo de solução salina. A partir dosparâmetros inseridos, o parâmetro restante pode sercalculado, e se desejado, um perfil alvo ajustado C'M(t)obtido (etapa S2).
No início do curso de eluição, o controlador 28 abre aválvula de gerador 16 (no tempo t0 na figura 7b) paracolocar o sistema de eluição 14 no modo "Esperar porlimite". Durante esse período, o nível de atividadedetectado pelo detector de pósitron começará a se elevarapós a borda avançada da curva de bolo 'natural' 12 (figura2a). Durante esse período, a válvula de paciente 24permanece fechada, de modo que qualquer atividade eluída apartir do gerador 8 é passada para o reservatório deresíduo 26. Quando a concentração de atividade detectadaCdet excede o valor alvo Cm , o controlador 28 abre a válvulade paciente 24 (no tempo ti na figura 7b) , e desloca para omodo de operação de "eluição".
Durante o modo de eluição, o controlador 28 obtémiterativamente um parâmetro atualizado de concentração Cdet(em S4), que indica a concentração de atividade instantâneano detector de pósitron. 0 parâmetro de concentração Cdet éentão comparado com a concentração desejada Cm . Se Cdetestiver abaixo da concentração desejada Cm (em S6) , aválvula de gerador 16 é aberta (em S8) de modo que soluçãosalina flua através do gerador 8 para eluir a atividade de82Rb. Se Cdet estiver acima da concentração desejada Cm (emS10) , a válvula de gerador 16 é fechada (em S12) de modoque a solução salina flua através da linha de desvio 18.Como pode ser visto na figura 7b, devido ao retardo emresposta, o resultado dessa operação é um perfil deconcentração de atividade de dente-de-serra 46 centrado naconcentração alvo Cm (ou C'M) . Ao término do curso deeluição (tempo t2 na figura 7b) , o controlador 28 fecha aválvula de gerador 16 e coloca o sistema de eluição 14 nomodo de "Fluxo de linha de paciente", que termina a eluiçãoda atividade de 82Rb a partir do gerador 8 e removequalquer atividade de 82Rb restante dentro da linha depaciente 40 para dentro do paciente.
A figura 7c ilustra o perfil de concentração deatividade distribuído para o paciente como resultado doprocesso acima descrito. Como se pode ver a partir dafigura 7c, nenhuma atividade de 82Rb é distribuída para opaciente durante o modo "Esperar por limite" (t0-tx) .Durante o modo de "eluição" (t1-t2), a concentração deatividade 4 6 segue um padrão de dente-de-serra centrado naconcentração alvo Cm (ou C'M) . Finalmente, no modo "Fluxode linha de paciente" (após t2) a concentração de atividadecai rapidamente à medida que a eluição de 82Rb termina e aatividade residual é removida a partir da linha defornecimento de paciente 40.
Como reconhecido, a precisão com a qual a concentraçãode atividade distribuída acompanha o perfil alvo Cm(t), égrandemente dependente do volume de linha entre o ponto defusão 22 e o detector de pósitron 20. Em alguns casosexcursões relativamente grandes a partir do perfil alvoCm(t) são aceitáveis. Entretanto, a resposta de circuito decontrole é tal que a diferença não pode ser reduzida alémde certo limite. Como resultado, o "erro" entre o perfilalvo Cm (t) e o perfil de concentração distribuída 46(figura 7c) não pode ser eliminado na modalidade da figura
7. Uma técnica de modulação de largura de pulso que superaessa limitação é descrita abaixo com referência à figura 8.
A modalidade da figura 8 difere daquela da figura 7principalmente no modo no qual a válvula de gerador 16 écontrolada. Na modalidade da figura 7, a válvula de gerador-16 é aberta ou fechada com base em uma comparação entre aconcentração de atividade detectada Cdet e concentração deatividade desejada. Ao contrário, na modalidade da figura-8, a válvula de gerador é aberta e fechada continuamente emuma freqüência predeterminada. Qualquer freqüência desejadapode ser utilizada, dependendo principalmente daspropriedades físicas da válvula de gerador 16. Em algumasmodalidades, uma freqüência entre 1 e 10 Hz (por exemplo, 5Hz) pode ser utilizada. Para controlar dosar f Ilixo desolução salina entre o gerador 8 e a linha de desvio 18, ociclo de carga da válvula 16 é variado. Desse modo, porexemplo, um ciclo de carga de "O" pode ter o efeito deorientar o fluxo inteiro de solução salina através da linhade desvio 18, e um ciclo de carga de "100" orienta o fluxointeiro de solução salina através do gerador 8. Um ciclo decarga entre esses limites divide o fluxo de solução salinaentre o gerador 8 e a linha de desvio 18 de acordo com ovalor de ciclo de carga. A precisão com a qual o fluxo desolução salina pode ser dividido entre o gerador 8 e alinha de desvio 18 será determinada por um tamanho de etapade ajuste mínimo, que pode ser um valor programável.
Como descrito acima, a quantidade de 82Rb eluída apartir do gerador 8, para qualquer taxa de fluxo dada,dependerá do histórico de uso recente do sistema de eluição14, e da taxa de produção instantânea de 82Rb no gerador 8.Por conseguinte, é possível aperfeiçoar a precisão dosistema de eluição 14 por implementar um algoritmo decontrole predizível, no qual modelos da válvula 16 edesempenho de gerador são utilizados para prever aquantidade de atividade de 82Rb que será eluída a partir dogerador 8 para um dado ajuste de ciclo de carga.
Em particular, o desempenho de gerador pode sermodelado para prever a quantidade de atividade de 82Rb queserá eluída a partir do gerador para uma dada taxa defluxo, como será descrito em maior detalhe abaixo. Emalgumas modalidades, um calibrador de dose (não mostrado) éutilizado para medir o desempenho de gerador em termos de,por exemplo, a concentração de atividade de 82Rb vs. volumeeluído. Esses dados podem ser utilizados para prever aconcentração de atividade de 82Rb eluída para qualquer taxade fluxo de solução salina dada.
Além disso, a resposta de válvula de gerador pode sermodelada para permitir uma predição da taxa de fluxoatravés do gerador para qualquer taxa de fluxo de soluçãosalina total dada (como determinado pelo ajuste de controlede bomba) e ciclo de carga de válvula. Em algumasmodalidades, a resposta de válvula pode ser modelada emtermos de parâmetros respectivos que definem os limites deciclo de carga, superior e inferior, ITraax e ITmin, e umarazão de fluxo vs. inclinação de ciclo de carga L entre oslimites superior e inferior. Com esse arranjo, o limite deciclo de carga superior ITmax representa o valor além doqual todo fluxo é considerado como sendo orientado paradentro do gerador 8. Inversamente, o limite de ciclo decarga inferior nmin representa o valor abaixo do qual todofluxo é considerado como sendo orientado para dentro dalinha de desvio 18. A razão de fluxo vs. inclinação deciclo de carga L define a alteração na razão entre osfluxos respectivos através do gerador 8 e a linha de desvio18 para valores de ciclo de carga situados entre oslimites, superior e inferior.
Em casos onde a resposta de válvula é não linear, podeser vantajoso substituir a razão de fluxo vs. parâmetro deinclinação de ciclo de carga L com um ou mais parâmetrosdefinindo uma curva de resposta de válvula matemática.
No início do curso de eluição, o controlador 28 abre aválvula de gerador 16 (no tempo t0 na figura 8b) paracolocar o sistema de eluição no modo de "Esperar porlimite". Durante esse período, o nível de atividadedetectado pelo detector de pósitron 20 começará a se elevarapós a borda avançada da curva de bolo 'natural' 12 (figura2a). Durante esse período, a válvula de paciente 24permanece fechada, de modo que qualquer atividade eluída apartir do gerador é passada para o reservatório de resíduo26. Quando a concentração de atividade detectada atinge aconcentração alvo Cm (ou alvo ajustado C'M/ comoaplicável), o controlador 28 abre a válvula de paciente 24(no tempo ti na figura 8b) , e se desloca para o modo deoperação de "eluição".
Durante o modo de eluição, o controlador 28 implementaum algoritmo de controle predizível no qual os dados dedesempenho de gerador anteriormente armazenados sãoutilizados (em S14) para estimar uma razão de fluxo quefornecerá a concentração de atividade alvo Cm (ou C'm) nodetector de pósitron 20, para a taxa de fluxo selecionadado curso de eluição. Essa razão de fluxo estimada(previsto) é então utilizada para controlar o ciclo decarga da válvula de gerador 16. 0 controlador 28 entãoobtém um parâmetro de concentração atualizado Cdet (em S16) ,que indica a concentração de atividade instantânea nodetector de pósitron 20. O parâmetro de concentração Cdet éentão comparado com a concentração alvo Cm (ou C'm) paraobter uma função de erro AC (em S18). Com base no valor dafunção de erro AC, o ciclo de carga da válvula de gerador16 é ajustado. Se AC<0 (etapa S20) , o ciclo de carga éaumentado (em S22) de modo que proporcionalmente maissolução salina flui através do gerador 8 para eluir maisatividade de 82Rb. Se AC>2 (etapa S24) , o ciclo de carga édiminuído (em S26) de modo que proporcionalmente maissolução salina flui através da linha de desvio 18. Senenhuma condição é atendida o ciclo de carga é mantido emseu estado atual (S28). Como se pode ver na figura 8b, oresultado dessa operação é um perfil de concentração deerro baixo 48 que casa estreitamente com a concentraçãoalvo Cm (ou C'M). Ao término do curso de eluição (tempo t2na figura 8b), o controlador 28 fecha a válvula de gerador16 (isto é, reduz o ciclo de carga para "O") e coloca osistema de eluição 14 no modo "Fluxo de linha de paciente",que termina a eluição de atividade de 82Rb a partir dogerador 8 e remove qualquer atividade de 82Rb restantedentro da linha de paciente 40 para o paciente.
A figura 8c ilustra o perfil de concentração deatividade 4 8 distribuído ao paciente como resultado doprocesso acima descrito. Como se pode ver a partir dafigura 8c, nenhuma atividade de 82Rb é distribuída aopaciente durante o modo de "Esperar por limite" (t0-y1).
Durante o modo de "eluição" (t1-t2), a concentração deatividade segue estreitamente a concentração alvo Cm (ouC'M). Finalmente, no modo "Fluxo de linha de paciente"(após t2) a concentração de atividade cai rapidamente àmedida que a eluição de 82Rb termina e a atividade residualé removida a partir da linha de fornecimento ao paciente 40.
Na prática, verificou-se que o algoritmo de controlepredizível acima descrito produz uma concentração deatividade de 82Rb que casa estreitamente com o perfil alvodesejado CM(t), exceto durante os primeiros poucos segundosda eluição, onde erros de predição significativos podemocorrer. Em casos onde toda a atividade a partir do geradordeve ser eluída para atingir a dosagem total solicitada,esse erro deve ser tolerado. Entretanto, em outros casos épossível eliminar o erro por retardar o inicio do modo deoperação de "eluição". Desse modo, por exemplo, durante omodo de "esperar por limite", o nível de atividadedetectado Cdet pode ser monitorado e comparado com um limite(por exemplo, 90% da concentração alvo CM) . Quando o nívellimite é atingido, o circuito de controle de válvula degerador 42 começa a operar como descrito acima comreferência às figuras 8a e 8b, porém a válvula de paciente24 permanece fechada de modo que a solução ativa continua aser encaminhada para o reservatório de resíduo 26. Após umretardo predeterminado, a válvula de paciente 24 abre paracomeçar a fornecer solução salina ativa à saída do paciente10. A duração do retardo pode ser calculada com base naatividade relativa da eluição. Por exemplo, em eluções nasquais a concentração de atividade alvo Cm é menor do que10% da concentração máxima que o gerador 8 pode produzir;um retardo de aproximadamente 10 segundos pode serutilizado. Inversamente, para eluções nas quais aconcentração de atividade alvo Cm é maior do queaproximadamente 70% da concentração máxima que o gerador 8pode produzir, nenhum retardo pode ser necessário. Paraeluções nas quais a concentração de atividade alvo situa-seentre esses dois limites, um retardo intermediário pode sercalculado.
Como descrito acima, o algoritmo de controlepredizível utiliza dados de desempenho de geradorarmazenados para modelar o desempenho de gerador e dessemodo permitir predição de uma razão de fluxo de válvula (oude forma equivalente ciclo de carga) que fornecerá aconcentração de atividade alvo Cm (ou C'm) no detector depósitron 20. Um modo de obter os dados de desempenho degerador é calibrar o sistema de eluição 14 por executar umcurso de eluição predefinido com a saída do paciente 10conectada a um calibrador de dose convencional (porexemplo, um Capintec CRC-15). Tal curso de eluição decalibragem permite que o calibrador de dose seja utilizadopara medir o desempenho do gerador em termos, por exemplo,de concentração de atividade de 82Rb vs. volume eluído.Esses dados podem ser utilizados para prever concentraçãode atividade de 82Rb eluída, para qualquer taxa de fluxo desolução salina dada, com uma precisão que declinarágradualmente com o tempo decorrido desde o curso decalibragem. A repetição do curso de calibragem emintervalos regulares (por exemplo, uma vez por dia) permiteque os dados de desempenho de gerador sejam atualizadospara rastrear alterações no desempenho de gerador à medidaque o gerador 8 envelhece, e desse modo permitir prediçãode razão de fluxo precisa entre cursos de calibragemsucessivos. Se desejado, eluções de calibragem podem serprogramadas para rodar automaticamente, por exemplo, comoparte de um protocolo diário, que assegura precisão dosistema e ao mesmo tempo limita o potencial para errohumano.
Preferivelmente, cursos de eluição de calibragem sãoexecutados na mesma taxa de fluxo (por exemplo, 15 ml/min) ,e na mesma duração (por exemplo, 1 minuto). Isso permiteque a meia-vida conhecida de 82Rb (76 segundos) sejautilizada para prever o tempo de decaimento de atividadedetectado pelo calibrador de dose. Uma diferença entre ostempos de decaimento previsto e efetivo indica ruptura de82Sr. Por conseguinte, a ruptura de 82Sr pode serautomaticamente detectada como parte de um protocolo decalibragem de sistema programado, por amostragem do nivelde atividade no calibrador de dose em intervalos regularespor toda a duração de cada curso de eluição de calibragem,e por um período predeterminado após término do curso decalibragem. Os dados de calibragem resultantes rastreiam onível de atividade no calibrador de dose, tanto como funçãode tempo como volume de solução salina ativa. Os dados decalibragem coletados durante a eluição permitem predição dacurva de decaimento de 82Rb após parar a eluição. Acomparação entre essa curva de decaimento prevista e osdados de calibragem coletados após a eluição permitedetecção de ruptura de 82Sr.
Os dados de calibragem coletados durante a eluiçãopodem ser utilizados também para calcular a constante deproporcionalidade K entre o parâmetro de atividade Cdet e aconcentração de atividade de 82Rb. Em particular, aatividade instantânea detectada pelo calibrador de dosedurante a eluição de calibragem é a convolução daconcentração de atividade e a curva de decaimento de 82Rbbem conhecida. Uma vez que a taxa de fluxo volumétrico desolução salina é conhecida, os dados de calibragemcoletados durante a eluição podem ser utilizados paracalcular a concentração de atividade efetiva da soluçãosalina ativa que entra no calibrador de dose, e desse modoa constante de proporcionalidade K.Na descrição acima, o algoritmo de controle predizívelutiliza dados de desempenho de gerador armazenados paraprever um ciclo de carga de válvula que fornecerá aconcentração de atividade alvo Cm (ou C'm) no detector depósitron, e essa estimativa é utilizada para controlar aválvula de gerador 16. Um erro AC entre o parâmetro deconcentração detectado Cdet e concentração de atividade alvoCm é, então, calculado e utilizado para ajustar a razão defluxo (ciclo de carga) da válvula de gerador 16. Esse errotambém pode ser utilizado como dados inseridos para umalgoritmo de auto-sintonização para atualizar os parâmetrosde resposta de válvula de gerador. Essa funcionalidade éútil para assegurar precisão do algoritmo de controlepredizível, bem como compensar alterações de desempenho deválvula devido, por exemplo, ao desgaste e envelhecimentode componente.
Em algumas modalidades, o algoritmo de auto-sintonização utiliza dados de erros acumulados durante umnúmero de cursos de eluição. Desse modo, por exemplo,durante cada curso de eluição, razões de fluxo desejadaspodem ser calculadas (por exemplo, com base na taxa defluxo de solução salina, concentração de atividade alvo CM,e os dados de desempenho de gerador, armazenados) e valoresde função de erro AC armazenados como uma função de razãode fluxo desejado. 0 acúmulo de valor de erro vs. dados derazão de fluxo durante um número de cursos de eluição podeser então processado para obter um erro de inclinação AL.Esse valor de erro pode ser então utilizado para ajustar deforma incrementai a razão de fluxo vs. parâmetro deinclinação de ciclo de carga L do valor de modo a acionar oerro de inclinação AL em direção a zero.
O limite de ciclo de carga superior nmax pode serajustado com base em dados de erros acumulados duranteeluções nos quais a concentração de atividade previsto apartir do gerador não pode atender o valor alvo desejadoCM. Essa situação pode ocorrer durante cursos de eluiçãorealizados em direção ao término da vida útil do gerador 8,quando as taxas de produção de 82Rb estão em seu nível maisbaixo. Quando a concentração de atividade prevista a partirdo gerador 8 é menor do que o valor alvo desejado Cm, oalgoritmo de controle predizível operará para ajustar ociclo de carga em seu valor de limite superior IImax. Nessacondição, se o parâmetro de concentração medido Cdet formenor do que o valor alvo Cm , o valor de função de erro ACserá um valor não zero, e o circuito corretivo (figura 8a)tentará aumentar adicionalmente o ciclo de carga. Se nenhumaumento adicional no parâmetro de concentração Cdet ocorrer(como indicado por uma alteração no valor de função AC) ,então o valor de limite superior IImax pode ser reduzido porum tamanho de etapa predeterminado (por exemplo, IO"5). Poroutro lado, se a operação do circuito corretivo produzir umaumento na concentração detectada Cdet/ a inclinação dosdados de erros pode ser utilizada para aumentar o valor delimite superior IImax.
Se desejado, uma abordagem similar pode ser utilizadapara corrigir histerese da válvula 16. Histerese se referea um sistema que se comporta de forma diferente dependendoda direção de alteração de um parâmetro de entrada,normalmente envolvendo uma resposta retardada. No caso deuma válvula de aperto de dois estados do tipo ilustrado nafigura 4 as latências de abertura e fechamento podemdiferir. Essa histerese de válvula se manifesta noalgoritmo de controle de eluição baseado em limite descritoacima com referência à figura 7, e aparece como umadiferença entre uma duração de eluição previsto (necessáriapara obter uma dose de atividade eluida desejada) e aduração de eluição efetiva necessária para obter essa dose.Por conseguinte, por monitorar o tempo de eluição efetivopara cursos de eluição do tipo "dose de atividade total", épossível calcular um fator de histerese H, que pode seraplicado ao ponto de ajuste de limite (isto é, aconcentração de atividade alvo CM) para compensar ahisterese de válvula.
Nas modalidades acima, a válvula de gerador écontrolada como uma válvula de dois estados, que está"ligada" para orientar todo o fluxo de solução salina paradentro do gerador 8; ou "desligada" para orientar todo ofluxo de solução salina para dentro da linha de desvio 18.
Na modalidade da figura 7, a válvula de gerador 16 écontrolada precisamente desse modo, em resposta a umacomparação de limite. Na modalidade da figura 8, a válvula16 é ciclada continuamente em uma freqüência predeterminada(por exemplo, 5 Hz) e o ciclo de carga ajustado para emularuma válvula de dosagem continuamente variável (ouescalonada). Esses dois métodos de controle de válvula sãoparticularmente apropriados para modalidades nas quais aválvula da figura 4, por exemplo, é controlada por umsolenóide e uma mola. Entretanto, será reconhecido que umaválvula continuamente variável poderia ser utilizada, sedesejado. Por exemplo, a posição da válvula da figura 4poderia ser controlada por um servo-motor, em cujo casodosagem precisa de fluxo de solução salina, entre o geradore as linhas de desvio, poderia ser obtida sem realização deciclos da válvula entre os estados, "ligado" e "desligado".Evidentemente, o uso de diferentes técnicas de controle deválvula de gerador envolveria diferenças correspondentesnos parâmetros de resposta e sinal de controle de válvula.Entretanto, com base nos ensinamentos fornecidos aqui,considera-se que todas essas modificações estãocompreendidas no alcance daqueles com conhecimentos comunsna técnica e, portanto, são considerados como compreendidosno escopo da presente invenção.
A(s) modalidade(s) da invenção descrita(s) acima é/sãosomente exemplar(es). 0 escopo da invenção deve, portanto,ser limitado exclusivamente pelo escopo das reivindicaçõesapensas.
Claims (20)
1. Método de controlar um sistema de eluição de-82Sr/82Rb tendo uma válvula de gerador para dosar um fluxode solução salina entre um gerador de 82Sr/82Rb e uma linhade desvio acoplada a uma saída do gerador de tal modo que asolução salina que atravessa a linha de desvio fundirá coma solução salina eluída do gerador para fornecer umasolução salina ativa, o método sendo caracterizado porcompreender as etapas de:durante cada curso de eluição:obter uma pluralidade de valores de parâmetro deconcentração sucessivos em intervalos predeterminados, cadavalor de parâmetro de concentração sendo indicativo de umaconcentração de atividade instantânea respectiva da soluçãosalina ativa;computar valores de erro respectivos entre cada valorde parâmetro de concentração e um valor de concentração deatividade alvo do curso de eluição; eacumular dados de erros com base em uma pluralidadedos valores de erros computados; eentre cursos de eluição sucessivos, ajustar pelo menosum parâmetro de desempenho do sistema de eluição com basenos dados de erros acumulados.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de ajustar pelomenos um parâmetro de desempenho do sistema de eluiçãocompreende uma etapa de sintonizar um modelo de desempenhoda válvula de gerador.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os dados de erros acumuladoscompreendem os valores de erros computados como uma funçãode uma razão de fluxo estimada.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a etapa de sintonizar ummodelo de desempenho da válvula de gerador compreendeetapas de:calcular uma inclinação dos dados de erro; eajustar um parâmetro de inclinação de resposta domodelo de válvula de gerador com base na inclinaçãocalculada dos dados de erro.
5. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os dados de erroscompreendem um ou mais valores de erro acumulados duranteum período no qual uma concentração de atividade alvo deuma eluição excede a concentração de atividade previstadaquela eluição.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a etapa de sintonizar ummodelo de desempenho da válvula de gerador compreendeetapas de:calcular uma inclinação dos dados de erro; eajustar um parâmetro de limite superior da válvula degerador com base na inclinação calculada dos dados de erro.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a etapa de ajustar oparâmetro de limite superior compreende etapas de:se a inclinação calculada for zero, reduzir oparâmetro de limite superior por um incrementopredeterminado; ede outro modo, calcular um valor de parâmetro delimite superior ajustado utilizando a inclinação calculada.
8. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que os dados de erroscompreendem uma diferença entre uma duração de eluiçãoprevista necessária para obter uma dose de atividade totaldesejada e uma duração de eluição efetiva.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a etapa de sintonizar ummodelo de desempenho da válvula de gerador compreende umaetapa de ajustar um fator de histerese H com base nadiferença entre as durações das eluições prevista eefetiva.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda uma etapa de executarum retardo predeterminado entre cursos de eluiçãosucessivos.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda as etapas de:definir uma pluralidade de modos operacionais dosistema de eluição; edurante cada curso de eluição, realizar transiçãoautomaticamente entre modos selecionados dos modosoperacionais, de acordo com parâmetros inseridos pelousuário, do curso de eluição.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que a pluralidade de modosoperacionais compreende:um modo de "Desvio para resíduo" no qual o fluxo desolução salina inteiro é dirigido através da linha dedesvio e para dentro de um reservatório de resíduo;um modo de "fluxo de linha de paciente" no qual ofluxo de solução salina é dirigido através da linha dedesvio e para fora através de uma saída de paciente;um modo de "esperar por limite" no qual o fluxo desolução salina é dirigido através do gerador, e a soluçãosalina ativa dirigida para dentro do reservatório deresíduo; eum modo de "eluição" no qual o fluxo de solução salinaé dosado entre o gerador e a linha de desvio, e a soluçãosalina ativa dirigida para fora através da saída dopaciente.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que os parâmetros inseridos pelousuário compreendem:pelo menos um de uma duração desejada da eluição, euma taxa de fluxo de solução salina desejada; epelo menos um de um perfil de concentração deatividade alvo e uma dose de atividade eluída total.
14. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda as etapas de:definir um conjunto de um ou mais cursos de eluiçãopredeterminados, cada um tendo conjunto respectivo deparâmetros predeterminados; eexecutar o conjunto de cursos de eluiçãopredeterminados de acordo com um programa predeterminado.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o programa predeterminadodefine um protocolo diário.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o conjunto de um ou maiscursos de eluição predeterminados compreende uma eluição decalibragem para calibrar qualquer um ou mais de:um desempenho do gerador;uma constante de proporcionalidade entre o valor deparâmetro de concentração e a concentração de atividadeinstantânea da solução salina ativa.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o desempenho calibrado dogerador compreende qualquer um ou ambos de:concentração de atividade de 82Rb vs.volume eluído; eruptura de 82Sr.
18. Detector de pósitron para detectar concentração deatividade de 82Rb instantânea de uma solução salina ativagerada por um sistema de eluição de 82Sr/82Rb caracterizadopor compreender:uma fibra de cintilação disposta adjacentemente a umalinha de alimentação para transportar a solução salinaativa;um contador de fótons operativãmente acoplado à fibrade cintilação para detectar fótons gerados por aniquilaçãode pósitron dentro da fibra de cintilação; eum protetor contra radiação que circunda a fibra decintilação e pelo menos uma porção da linha de alimentação,para proteger pelo menos a fibra de cintilação contraradiação espúria.
19. Detector de pósitron, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que umaespessura do protetor contra radiação é da ordem de 1,27 cm.
20. Detector de pósitron, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o protetorcontra radiação circunda uma extensão da linha dealimentação que corresponde a pelo menos cinco vezes umdiâmetro externo ou a linha de alimentação, em cada direçãoa partir da fibra de cintilação.
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