metody wytwarzania radioizotopÓw dla tomografii pozytonowej jerzy jastrzębski
DESCRIPTION
METODY WYTWARZANIA RADIOIZOTOPÓW DLA TOMOGRAFII POZYTONOWEJ Jerzy Jastrzębski XII Zjazd Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej Wrocław, wrzesień 2010. Krótkożyciowe izotopy dla PET. Klasyfikacja akceleratorów (wg. Wolf and Jones Rad. Act. 34(1983)1). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
METODY WYTWARZANIA RADIOIZOTOPÓW
DLA TOMOGRAFII POZYTONOWEJ
Jerzy Jastrzębski
XII Zjazd Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej
Wrocław, wrzesień 2010
Krótkożyciowe izotopy dla PET
Nuklid T1/2
(min)
Emax β+
(MeV)
Zasięg efekt. β+
(mm)
Target Reakcja jądrowa
18F 109,7 0,635 0,2 18O woda
Ne gaz
18O(p,n)18F20Ne(d, )18F
11C 20,4 0,96 0,4 N2 - gaz 14N(p,)11C
[10B(d,n)11C]13N 9,96 1,72 0,8 16O woda 16O(p,)13N
12C(d,n)13N
15O 2,07 1,19 0,5 N2 - gaz 14N(d,n)15O
[15N(p,n)15O]
Klasyfikacja akceleratorów(wg. Wolf and Jones Rad. Act. 34(1983)1)
Uwaga: w praktyce jedynymi akceleratorami w zastosowaniach medycznych są CYKLOTRONY.
Klasa
akceleratorów
Charakterystyka Ep (MeV) Komentarz Przykład
Klasa I Jedna cząstka
(p lub d)
≤11 PET Siemens
Eclipse
bez 3He i 4He Klasa II Jedna lub dwie cząstki
p,d
11 ≤ Ep ≤20
PET, SPECT
GE PETtrace
IBA CYCLONE 18/9
3He i / lub 4He
mogą być dostępne
Klasa III Jedna, dwie lub trzy cząstki p,d,α
20≤Ep≤70
SPECT i PET
IBA CYCLONE 30
IBA CYCLONE 30XP
IBA Arronax
Klasa IV Zwykle tylko p 70 - 500 Triumf Ca
Zasada działania cyklotronu
z
x
y
N
S
B
R
Zmienne pole elektryczne powoduje przyspieszenie cząstki ,które powoduje wzrost prędkości ν co zwiększa wartość promienia R.
Stałe pole magnetyczne .constB
Szybkozmienne pole elektryczne, )(tEE nadające cząstce naładowanej o masie m ładunku q prędkość )(t Na poruszającą się cząstkę w polu elektrycznym i magnetycznym działają siły qEBqF 1 Lorentza
siła magnetyczna siła elektryczna
R
mF
2
2
odśrodkowa
Siła magnetyczna kompensowana jest przez siłę odśrodkową
R
mBq
2
BRm
q
qEam
qE
R
m 2
Bq
S.R. Cherry et al. Physics in Nuclear Medicine
Cyklotron izochroniczny
czas obiegu jednego zamkniętego okręgu R
T2
częstość obrotów Bm
q
R
BR
m
q
RTfobr
2
1
22
1
Częstość obrotów nie zależy od promienia orbity!!
Przy wzroście prędkości cząstki wzrasta jej masa (efekt relatywistyczny).
By utrzymać stałą częstość obrotów gdy m winno również wzrastać z promieniem
pole magnetyczne B
Wzrost pola uzyskuje się przez azymutalnie zmieniające się pole magnetyczne
(azimuthally varying field – AVF cyclotrons), dający obok efektu ogniskowania
narastające z promieniem średnie pole magnetyczne.
(IAEA Tech. Rep. 465)
HH
HH
D
V
D
V
A
B
ΔE ΔE
ΔEΔE
B
αDee
Akceleracja jonów
2sin Dee
Deeh
qVE
Harmoniczna .
..:obr
czw
f
fh
(J. Sura Int. Rep.)
H
R
Bzewn.
Bcentr.
Kształt wzgórza (nie w skali!)
Wyprowadzenie jonów ujemnych
W większości cyklotronów w źródłach jonów do atomu wodoru (deuteru)dołączany jest jeden elektron, tzn. przyspieszany jest atom wodoru z dwoma elektronami.
S.R. Cherry et al. Physics in Nuclear Medicine
duanty
tarcza N13
tarcza F-
pompa dyfuzyjna nabiegunniki„wzgórze”
doprowadzenie wysokiejczęstości (27 MHz)
nabiegunniki„dolina”
stripperwyjścia 4, 5 i 6
stripperwyjścia 1, 2 i 3
From: IAEA Techn. Rep. 468 (2009)
CYKLOTRONY PET
(Ep ≤ 20 MeV)Producent Nazwa
cyklotronu Miejsce produkcji Ilość lat
obecności na rynku
Przyspieszane cząstki
Ep (MeV)
Eclipse HP 27 p 11 Siemens
Eclipse RD
Knoxville, TN (USA)
27 p 11
PETtrace 26 p,d 16.5 GE Healthcare
Minitrace
Uppsala (Sw)
26 p 9.6
Cyclone 18/9 24 p,d 18 Ion Beam Applic. (IBA)
Cyclone 10/5
Louvain-La-Neuve, Be
24 p,d 10
HM-18 20 p,d 18 Sumitomo Heavy Ind.
HM-12
Tokio, Jp.
20 p,d 12
TR-19/9 17 p,d 19 Advanced Cycl. Syst.
TR-14
Vancouver, Ca
17 p 14
Zestawienie danych wybranych cyklotronów
CYKLOTRON
Lp. Parametr Siemens
(Eclipse)
GE
(PETtrace)
IBA
(Cyclone 18/9)
1. Przyspieszane cząstki protony protony deuterony protony deuterony
2. Energia cząstek (MeV) 11 16.5 8.4 18 9
3. Max. prąd jonowy na tarczy (A)
100 100 60 ST 100
HC 150
ST 40
HC 40
4. Średnica wiązki na tarczy (mm)
8 ~ 15 ~ 15 10 10
5. Liczba wyjść wiązki 1 6 8
Cyklotron firmy CTI (obecnie Siemens) - RDS Eclipse
Centrum Onkologii Bydgoszcz
Cyklotron firmy IBA – Cyclone 19/8
Centrum Onkologii Gliwice
Cyklotron firmy GE – PETtrace
Warszawski Ośrodek Produkcji i Badań Radiofarmaceutyków
Zewnętrzne linie do naświetlania targetów stałych
Przykłady izotopów i reakcji:
Izotop T 1/2 Zastosowanie Reakcja % w naturze 64Cu 13 h diagnostyka PET i terapia 64Ni (p,n) 1
67Ga 3 d SPECT
(tumor, infections)
67Zn (p,n) 4
111In 3 d SPECT
(methastases)
111Cd (p,n) 13
123I 13 h SPECT (159 keV)
(thyroid)
123Te (p,n) 122Te (d,n)
1
2.5 124I 4d diagnostyka PET i terapia 124Te (p,n) 5
PETtrace Beam Line
CYKLOTRONY KLASY III
Przykłady reakcji jądrowych wymagających energii cząstek powyżej 20 MeV
Izotop T 1/2 Zastosowanie Reakcja % w naturze 67Ga 3 d SPECT
(tumor )
68Zn (p,2n) 19
68Ge 271 d PET
(callibrations)
69Ga (p,2n) 66Zn (α,2n)
60
28 82Rb 25 d →1.3 m PET
(myocardial perf.)
85Rb (p,4n)82Sr→82Rb 72
111In 3 d SPECT (methastases)
109Ag (α,2n) 48
123I 13 h SPECT
(thyroid function)
124Te (p,2n) 124Xe (p,pn)
5
0.1 201Tl 9h→73h SPECT
(cardiology)
9h
203Tl (p,3n)201Pb→201Tl 30
211At 7 h Therapy 209Bi (α,2n) 100
Ceny cyklotronów IBA (bez wyposażenia)
Cyclone 10/5 0.8 M€
Cyclone 18/9 1 M€
Cyclone 30 4 M€
Cyclone 30XP 8 M€
Cyclone 70XP 14 M€
CYKLOTRONY IBA
18 MeV 10 MeV 30 i 70 MeV
GE cyclotron community
Europe/Africa (76) 60 + 16
Americas (75) 67 + 8
Asia/Australia (83) 33 + 50
PETtrace
MINItrace
PETtrace•Stockholm•Zürich •Cambridge•Manchester•Glasgow•Seibersdorf•Vienna•Risö, Denmark•Odense•Aarhus•Ulm•Leipzig•Tübingen• Jülich•Debrecen•Bologna•Pisa•Milan•Brescia•Palermo•Bari•Oslo•Bergen•Sevilla•Santander•Malaga•Belfast•London,
Hammersmith•Kiev• Istambul•La Reunion•Casablanca•Cairo•Abu Dhabi• Johannesburg
PETtrace
•NIH (2)•Mayo Clinic•U Michigan•Stanford• Johns Hopkins•U Wisconsin•UCSF•Brigham & Women•Yale•MSU, Michigan•North Shore•U Utah•WVU, Morgantown, WV
•London, Ontario•Halifax•Guadalajara•Buenos Aires•Belo Horizonte•Sao Paulo (2)•CUDIM, Montevideo
over 230 cyclotrons
Distributors•M2i/Erigal
(4)•AAA (4)•EuroPet (2)•Argos/Iason
(2)•MAP, Helsinki• IBA-CISBIO
(5)•Biokosmas,
Athens•NSA, Rome•NPP, Porto•CETIR,
Barcelona•MEDTEC,
Santiago•GE,
Amersham•Monrol,
Istambul
PETtrace
India•Mumbai
(2)•Delhi•Bangalore•Chandigar
h•Chenai•Hyderaba
dChina•Guang
Zhou•Zibo•Fu Zhou•Nanjing•Shen Zhen
MINItrace
•Brisbane•Djakarta•Taegu, S
Korea•Manilla•Hanoi•Hong Kong
(4)•Taipei•China (34)
• Japan (6)
MINItrace•IBA-CISBIO (2)•Florence•Naples (2)•Cuneo•Reggio-Emilia•Rome•Brotzu•Perugia•Cagliari•Madrid•Badajoz•Moscow•Beirut•Ankara
MINItrace•Diversified (2)•Gamma Plus•Orange Park CC
•Caracas (2)•Monterrey•Bogota
•Sydney•Melbourne•Brisbane•Seoul (3)•Chunman•Kuala Lumpur•Lahore, Pakistan•Singapure (2)•Bangkok•Aomori•Hiroshima•Osaka•Shiga•Niigata•Hamamatsu•Taipei (2)•Hualian
Distributors
•Cardinal (23)
•Biotech (2)•AMS
Diagnostic•Cox Pharmacy•CPS, Gray•Gamma Plus
•Health Imaging•Mid America
Cyclotron•Midwest
Pharmacy•Positron
Diagnostics•Scenic City•Shertec•Valley Nuclear•Wisconsin
Medical• IBA Molecular
(9)
PET w terapii hadronowej
PET „on line” do monitorowania naświetleń w terapii hadronowej
D. Schardt et al. Rev. Mod. Phys. 82(2010)383
Cyklotron działający
Cyklotron w budowie
Skanery pracujące
Skanery zamówione
Ośrodki PET w Polsce
Sytuacja Ośrodka Produkcji i Badań Radiofarmaceutyków
w Uniwersytecie Warszawskim
• Finansowanie: MNiI
MZ
POIG
IAEA
• Wykonawca: GE Medical System, projekt „inwestycja pod klucz”
(adaptacja budynku + dostarczenie cyklotronu)
• Opóźnienie: 2 lata w porównaniu z podpisaną umową
• Przewidywany termin zakończenia inwestycji: czerwiec 2011
Podsumowanie
W Polce istnieją obecnie warunki, pozwalające wkrótce zapewnić zaopatrzenie skanerów PET – CT w podstawowe, rutynowe radiofarmaceutyki do tomografii pozytonowej oparte o 18F;
Rozwiązania typu: mały cyklotron do lokalnej produkcji są ciągle rozważane, zwłaszcza dla zastosowań radiofarmaceutyków opartych na 11C oraz 15O;
Cyklotrony o energiach protonów poniżej 20 MeV nie pozwalają na efektywną produkcję izotopów na drodze emisji 2 neutronów;
Cyklotronem pozwalającym na produkcję takich izotopów jest akcelerator CYCLONE 30 XP, pozwalający również przyspieszać cząstki α
Przedstawiony referat można znależć na
www.slcj.uw.edu.pl/PET
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
Preliminary Announcement
WARSAW RADIOPHARMACEUTICALS PRODUCTION AND RESEARCH CENTREat
Heavy Ion Laboratory, University of Warsaw
and
DEPARTMENT OF NUCLEAR MEDICINE, Warsaw Medical University
will organize an International Conference:
„POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY IN RESEARCH AND DIAGNOSTICS”
WARSAWSEPTEMBER 2012