[实用新型]一种多通道离体代谢实时监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及辐射探测及生物医学代谢分析领域，尤其涉及一种基于实时符合探测和连续培养的多通道离体代谢实时监测装置。

背景技术

目前生物、医学等领域为进行细胞、组织和器官等生物体的有关生物学行为，如摄取葡萄糖、氨基酸、脂肪酸等生物体代谢物质的特性，广泛地采用在生化培养器具中加入放射性核素标记的上述代谢物质对活体生物组织进行离体培养，再通过辐射探测器检测样本放射性活度分布信息以反映样本对标记物摄取量的检测方案。相比另一类常用的基于荧光成像的离体组织生理活动探测方案，该方案具有的显著优势是：由于临床上可采用PET，SPECT等采用同样标记物和监测手段的成像方法，因此离体实验所得出的结论对在体实验具有更好的指导意义和互相印证能力。

例如，目前肿瘤学研究的重要方法之一是通过对离体培养的肿瘤细胞株加入不同药物并观察其对生化活动的影响以评估疗效，而肿瘤细胞摄取代谢物质特别是葡萄糖的速率与肿瘤细胞的生物学行为密切相关，在临床上表现为与肿瘤对药物的敏感性相关，结合离体实验和临床实验监测肿瘤细胞摄取葡萄糖的过程对研究肿瘤生理机制和药物评估至关重要。对于同一施药个体，通过离体培养和监测来源于本体的组织以进行细胞和组织层面的生化行为的研究，再通过在体成像完成器官和生物体层面的生物学研究，可实现同一受体来源、同一监测手段和评价体系下，对药物效果的多层次评估，并真正意义上实现了个体化医疗。

为完成对离体代谢过程的定量监测，当前方法之一是在培养皿中培养多批相同的肿瘤细胞株，并加入放射性核素标记的葡萄糖或其类似物，如18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)溶液后，在细胞培养箱内培育，然后在若干时间点收集不同批次的细胞，去除培养液，置入全封闭式伽马计数器中监测细胞 中保留的放射性剂量，从而计算出该肿瘤细胞株在不同时间点摄取的葡萄糖的量[1][2]。

上述采用静态的培养装置与全封闭式伽马计数器的方案实质上是采用增加相同的一次性样本个数来换取时间上的多个样本点，其显而易见的缺点是只能得到某几个离散时刻的代谢物积累剂量信息，无法对组织的摄取速率进行动态、连续的测量，因此所得信息不能反映生化过程的全貌。由于全封闭式伽马计数器一次只容许对一个样本进行监测，且监测前需要洗除培养液只保留贴壁细胞，导致监测过后样品不能再次利用，为获取更为精确的活度-时间信息就需要培育大量的样本进行密集的监测操作，且每次监测都要求同批次样本尽量同时操作以保证样本测试条件保持一致。总之，若采用该方案进行连续监测，实验成本和操作复杂度难以承受，操作人员所受到的辐射伤害比起单次实验而言成百倍增长，更容易因不同批次样本差异及多次人工操作引入误差。

另一种解决方案是采用正电子发射断层成像仪(Positron Emission Tomography，以下简称PET)进行探测[1]：PET仪器通过探测每一次放射性核素正电子衰变所产生的一对伽马光子的位置信息，可重建出反映成像区域内放射性活度分布的图像。将含放射性代谢物的培养皿置入PET探测器环内并进行成像，由于PET图像上明暗不同表征放射性活度的不同，因此可通过计算培养孔内部的像素值之和来获取活度信息。

在采用PET的方案中，首先要面临的是灵敏度问题，由于PET仪器的成像对象为人体或动物，其探测器结构为环形，环径一般为数十厘米，对于平板结构的培养皿而言探测角度小，导致探测灵敏度低；其次，由于PET仪器需要进行成像，而离体培养时细胞数目少(10⁵～10⁶个/培养孔)，所注入的放射性标记物量小(10～10⁴Bq)，为获取足够的成像数据就需要延长成像时间，再加上图像重建和处理的时间消耗，无法达到实时监测的要求，且PET仪器的空间分辨率通常为几个毫米，对来自不同培养孔的放射性事件区分能力有限；最后，PET仪器体积庞大，购置和维护费用昂贵，不适于作为离体代谢级别研究的分析工具。

最后一种常用方法是采用伽马相机[2]，伽马相机基本结构跟单个PET探测模块相同，但需要在闪烁晶体前面安装准直器，使非规定范围和方向的伽马射线不能射入晶体，起到定向采集信息的作用，工作时，将伽马相机放置于被探测对象的正上方，经过准直器筛选后的伽马射线通过闪烁晶体和光电转换器件以及后端电子学被探知，并求取其位置信息，数据采集完成后，根据伽马射线入射位置分布将得到一幅表征被探测对象放射性活度分布的二维投影图像。