Vetenskapsområdet för teknik och naturvetenskap

Förbättrad förstärkarteknik ska ge effektivare cancerdiagnostik

2018-10-10

Dragos Dancila utvecklar radiofrekvensförstärkare för nya cyklotroner på FREIA-laboratoriet, här tillsammans med sin doktorand Long Hoang Duc.

I EU-projektet ENEFRF utvecklar forskare vid Ångströmlaboratoriet som bäst förbättrade radiofrekvensförstärkare som ska göra PET-tekniken för cancerdiagnostik såväl effektivare som mer tillgänglig. Driften blir dessutom billigare. – Andelen PET-undersökningar ökar drastiskt och därmed kostnaderna för samhället. Med uppgraderad teknik kommer utgifterna för underhåll och drift att minska, säger Dragos Dancila på FREIA-laboratoriet.

Uppsala universitet har en lång tradition av att utveckla avancerad teknologi för medicinsk tillämpning. För 61 år sedan behandlades för första gången i världen en tumör med protonstrålning vid dåvarande Gustaf Werners institut för kärnkemi, GWI, numera The Svedberg-laboratoriet, TSL. Nu tar forskare vid Ångströmlaboratoriet som bäst fram högeffektiva radiofrekvensförstärkare för medicinsk avbildningsteknik som cancerdiagnostik.

Dragos Dancila vid avdelningen för fasta tillståndets elektronik och FREIA leder Eurostars-projektet ENEFRF. Planen är att utveckla radiofrekvensförstärkare för nya cyklotroner i samarbete med GE Healthcare i Uppsala. Partikelacceleratorer som cyklotroner används för att producera radioisotoper. Dessa tas sedan i bruk inom positronemissionstomografi, PET, för att spåra och kartlägga tumörer hos patienter.

Dock är den elektronrörsteknologi som idag används beroende av ett enda element och mycket höga spänningsnivåer, berättar Dragos Dancila. 

– Om en komponent i dagens radiofrekvensförstärkare fallerar tar det lång tid att återställa verksamheten. Men om man istället använder sig av fler komponenter i form av transistorer med lägre spänning, blir det enklare att ersätta någon enstaka och därmed upprätthålla radioisotopproduktionen.

Kan skötas av sjukhuspersonal

En annan fördel är att transistorer med lägre spänningsnivåer också kan hanteras av personal utan specialistkunskaper. Resultatet av projektet blir också mer prisvärda cyklotroner som kan spridas även till avlägsna områden, enligt Dragos Dancila.

– Då kan man sätta upp flera cyklotroner nära väldigt många patienter på olika sjukhus, istället för att bara ha en enda centraliserad cyklotron.

Radiofrekvensförstärkarna som han och forskarkollegorna utvecklar på Ångströmlaboratoriet kommer att drivas av transistorer med en tio gånger högre densitet än vad som idag är tillgängligt. De behöver dock öka effektnivåerna.

– Just nu utvecklar vi effektförstärkare baserade på halvledarteknik för olika frekvenser och forskar på att förbättra verkningsgrader. Utmaningen är att nå tillräckligt höga spänningsnivåer och få förstärkarna att arbeta med så hög effektivitet och tillförlitlighet som möjligt, säger Dragos Dancila, och tillägger:

– I framtiden kommer den här sortens högeffektiva frekvenskällor även bli avgörande för driften av forskningsanläggningar som till exempel ESS i Lund.

 

FAKTA

ENEFRF står för Energy Efficient Positron Emission Tomographi (PET) Cancer Diagnostics - Novel RF Source for Radioisotope Production.

Målet för projektgruppen vid FREIA-laboratoriet är att uppnå mer än 1 kW per transistorförstärkare med cirka 80 procents verkningsgrad.

Den kontinuerliga förbättringen av transistorer tillåter en ersättning av elektronrörsteknologi i frekvensområdet 100-2000 MHz.

ENEFRF är ett samarbete mellan Uppsala universitet, de svenska företagen Comheat och GE Healthcare samt den schweiziska tillverkaren Ampegon. Projektet beviljades 2017 drygt 20 miljoner kronor för en  treårsperiod.

Projektgruppen vid FREIA kommer även att ansöka om deltagande i Vinnovas kommande Kompetenscentrumprogram 2020 med fokus på partikelacceleratorteknologi.

 

Läs mer