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

http://www.cyclotron-nantes.fr/

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