BR112012019102B1 - método e dispositivo para fabricar um primeiro isótopo radioativo e um segundo isótopo radioativo - Google Patents
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Abstract
método e dispositivo para fabricar dois isótopos radioativos diferentes. a presente invenção refere-se a um método para produzir um primeiro e um segundo isótopo radioativo por meio de um feixe de partículas acelerado, no qual o feixe de partículas acelerado é direcionado para um primeiro material inicial e o primeiro isótopo radioativo é direcionado para um primeiro material inicial e o primeiro isótopo raidoativo é produzido por meio de uma primeira reação nuclear baseada na interação do feixe de partículas com o primeiro material inicial, o dito feixe de partículas também tem a velocidade diminuída e é dierecionado subsequentemente para um segundo material inicial, e o segundo isótopo radioativo é produzido por meio de uma segunda reação nuclear baseada na interação do feixe de partículas com o segundo material incial. a seção transversal efetiva para a indução da primeira reação nuclear tem um primeiro pico para primeira energia de partícula, e a seção transversal efetiva para a indução da segunda reação nuclear tem um segundo pico para uma segunda energia de partícula que é menor que a primeira energia de partícula. a invenção também diz respeito a um dispositivo correspondendo uma unidade de aceleração, um primeiro alvo de exposição tendo o primeiro material inicial e um segundo alvo de exposição arranjado a montante na direção do caminho de radiação, tendo o segundo material inicial.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FABRICAR UM PRIMEIRO ISÓTOPO RADIOATIVO E UM SEGUNDO ISÓTOPO RADIOATIVO.
[001] A presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo para fabricar dois isótopos radioativos diferentes. Tais isótopos radioativos são frequentemente usados no campo de imageamento médico, por exemplo, em imageamento PET e imageamento SPECT.
[002] Radionuclídeos para imageamento PET frequentemente são produzidos nas proximidades dos hospitais, por exemplo, com a ajuda de dispositivos de produção em ciclotron.
[003] A U.S. 6.433.495 descreve o projeto de um alvo a ser irradiado, o qual é usado em um ciclotron para produzir radionuclídeos para imageamento PET.
[004] A WO 2006/074960 descreve um método para produzir isótopos radioativos que são feitos por irradiação por meio de um feixe de partículas.
[005] A U.S. 6.130.926 revela um método para produzir radionuclídeos com a ajuda de um ciclotron e um projeto de alvo com películas giratórias.
[006] A JP 1254900 (A) descreve um método no qual um feixe de partículas carregadas irradia uma câmara alvo com um gás contido na mesma a fim de produzir isótopos radioativos.
[007] Os radionuclídeos a serem usados para imageamento
SPECT usualmente são recuperados de reatores nucleares, com urânio altamente enriquecido frequentemente sendo usado aqui a fim de obter, por exemplo, 99Mo/99mTc. Entretanto, como resultado de tratados internacionais, se tornará sempre mais difícil no futuro operar reatores com urânio altamente enriquecido, o que pode resultar em um gargalo no fornecimento de radionuclídeos para imageamento SPECT. [008] O objetivo da invenção é especificar um método e um dis
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2/10 positivo para fabricar pelo menos dois isótopos radioativos diferentes, o que torna possível produzir isótopos radioativos - particularmente para imageamento médico - em um modo com custo reduzido e capacitar uma produção local descentralizada.
[009] O objetivo é alcançado por meio da invenção. Desenvolvimentos vantajosos são descobertos nos recursos das concretizações.
[0010] No método de acordo com a invenção para fabricar um primeiro isótopo radioativo e um segundo isótopo radioativo com a ajuda de um feixe de partículas acelerado, as seguintes etapas são executadas:
- direcionar o feixe de partículas acelerado para um primeiro material de origem e fabricar o primeiro isótopo radioativo a partir do primeiro material de origem por meio de uma primeira reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado e o primeiro material de origem;
- direcionar o feixe de partículas acelerado para um segundo material de origem e fabricar o segundo isótopo radioativo a partir do segundo material de origem por meio de uma segunda reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado e o segundo material de origem, [0011] em que a seção transversal efetiva para induzir a primeira reação nuclear pela interação entre o feixe de partículas e o primeiro material de origem tem um primeiro pico em uma primeira energia de partícula, e em que a seção transversal efetiva para induzir a segunda reação nuclear pela interação entre o feixe de partículas e o segundo material de origem tem um segundo pico em uma segunda energia de partícula, a qual é menor que a primeira energia de partícula, [0012] e em que o primeiro material de origem e o segundo material de origem são arranjados um atrás do outro no caminho de feixe do feixe de partículas de uma tal maneira que o feixe de partículas
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3/10 acelerado primeiro atravessa o primeiro material de origem, como resultado do que a primeira reação nuclear é induzida, o feixe de partículas perde energia como resultado da mesma e irradia subsequentemente o segundo material de origem, como resultado do que a segunda reação nuclear é induzida.
[0013] As partículas, por exemplo, prótons, são aceleradas com a ajuda de uma unidade aceleradora e modeladas em um feixe.
[0014] A interação entre o feixe de partículas acelerado e o primeiro material de origem fabrica o primeiro isótopo radioativo, o qual pode ser obtido do primeiro material de origem usando vários métodos conhecidos.
[0015] O feixe de partículas desacelerado, o qual interage com o segundo material de origem, fabrica o segundo isótopo radioativo, o qual por sua vez pode ser obtido do segundo material de origem.
[0016] Isto é como um feixe de partículas é usado para fabricar e obter dois isótopos radioativos diferentes usando uma única aceleração de partículas para formar um feixe de partículas, e assim a produção de dois isótopos radioativos diferentes pode ser alcançada em um modo com custo reduzido. Acelerar partículas usualmente exige somente uma única unidade aceleradora de tamanho médio, a qual também pode ser instalada e usada localmente. Usando o método descrito anteriormente, os dois isótopos radioativos podem ser fabricados localmente nas proximidades ou no ambiente da localização desejada de uso, por exemplo, no ambiente de um hospital.
[0017] Isto é particularmente vantajoso na produção de radionuclídeos para imageamento SPECT em particular, porque agora, ao contrário dos métodos de produção não locais convencionais em grandes instalações tais como em reatores nucleares e os problemas de distribuição acompanhantes ligados a isso, uma produção local resolve muitos problemas. Unidades de medicina nuclear podem planejar seus
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4/10 fluxos de trabalho independentemente uns dos outros e não são dependentes de logística e infraestrutura complexas.
[0018] O primeiro material de origem e o segundo material de origem são arranjados separados e um atrás do outro no caminho de feixe. O feixe de partículas com uma primeira energia definida atravessa o primeiro material de origem, com a primeira energia sendo maior que a segunda energia com a qual o feixe de partículas irradia subsequentemente o segundo material de origem. Em particular, como resultado disto somente é necessário acelerar o feixe de partículas para uma primeira energia. A energia exigida para irradiar o segundo material de origem é, pelo menos em parte, alcançado ao desacelerar o feixe de partículas à medida que ele atravessa o primeiro material.
[0019] Em particular, a espessura do primeiro material de origem pode ser fornecida e casada com a reação nuclear subsequente do feixe de partículas com o segundo material de origem de tal maneira que, quando o feixe de partículas penetra no dito primeiro material de origem, o dito feixe de partículas é desacelerado para uma energia de partícula que se situa em uma região na qual uma reação nuclear adequada para fabricar e obter o segundo isótopo radioativo é induzida pela interação entre o feixe de partículas desacelerado e o segundo material de origem.
[0020] Esta modalidade assegura que a espessura do primeiro material de origem é fina o suficiente de tal maneira que o feixe de partículas emergente, após emergir do primeiro material de origem, tem uma energia alta o suficiente a fim de causar a interação desejada no segundo material de origem. Segundo, a espessura pode ser grossa suficiente para desacelerar o feixe de partículas para a faixa de interação exigida de tal maneira que moduladores de energia adicionais não são mais exigidos na frente do segundo material de origem.
[0021] Em particular, o feixe de partículas pode ser acelerado para
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5/10 uma energia de pelo menos 15 MeV, mais particularmente pelo menos 25 MeV e até para uma energia de mais de 50 MeV antes de atravessar o primeiro material de origem. Isto assegura que a primeira reação nuclear acontece em uma faixa de energia que existe para fazer um isótopo que pode ser usado para imageamento SPECT, por exemplo, para fazer 99mTc a partir de um material de origem adequado.
[0022] Após atravessar o primeiro material de origem e antes de irradiar o segundo material de origem, o feixe de partículas pode ter uma energia de menos que 15 MeV. Isto assegura que a energia do feixe de partículas surja para permanecer em uma região na qual a seção transversal de interação é situada para induzir uma reação nuclear para produzir um radionuclídeo para imageamento PET, mais particularmente para produzir 11C, 13N, 18F ou 15O a partir de um material de origem conhecido adequado.
[0023] Dependendo do isótopo radioativo desejado a ser fabricado, o primeiro material de origem e/ou o segundo material de origem podem estar presentes como um metal, ser um composto químico, estar presente na forma sólida ou estar presente na forma líquida. A título de exemplo, pode ser feito uso de uma solução líquida na qual isótopos ocorrendo naturalmente ou enriquecidos estejam situados, os quais fabricam então o isótopo radioativo desejado como resultado de irradiação.
[0024] O dispositivo de acordo com a invenção para fabricar um primeiro isótopo radioativo e um segundo isótopo radioativo com a ajuda de um feixe de partículas acelerado compreende:
- uma unidade aceleradora para fornecer um feixe de partículas, mais particularmente um feixe de prótons;
- um primeiro alvo de irradiação, o qual compreende um primeiro material de origem e para o qual o feixe de partículas acelerado pode ser direcionado, em que o primeiro isótopo radioativo pode
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6/10 ser fabricado a partir do primeiro material de origem por meio de uma primeira reação nuclear, a qual pode ser induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado e o primeiro material de origem, e em que o feixe de partículas é desacelerado ao atravessar o primeiro material de origem;
- um segundo alvo de irradiação arranjado atrás do primeiro alvo de irradiação na direção de propagação de feixe, cujo segundo alvo de irradiação compreende um segundo material de origem, em que o segundo isótopo radioativo pode ser fabricado a partir do segundo material de origem por meio de uma segunda reação nuclear, a qual pode ser induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado desacelerado e o segundo material de origem, [0025] em que a seção transversal efetiva para a primeira reação nuclear se encontra em uma maior energia de partícula do que a da seção transversal efetiva para a segunda reação nuclear.
[0026] O primeiro isótopo radioativo pode ser um radionuclídeo adequado para imageamento SPECT, mais particularmente 99mTc. O segundo isótopo radioativo pode ser um radionuclídeo adequado para imageamento PET, mais particularmente 11C, 13N, 18F ou 15O.
[0027] A unidade aceleradora pode ser projetada para acelerar o feixe de partículas para uma energia de pelo menos 15 MeV, mais particularmente de pelo menos 25 MeV, antes de atravessar o primeiro material de origem.
[0028] A descrição acima, e a descrição a seguir, dos recursos individuais, das vantagens e dos efeitos dos mesmos diz respeito tanto à categoria de dispositivo quanto à categoria de método sem isto estar mencionado explicitamente de forma detalhada em cada caso; os recursos individuais revelados ao fazer assim também podem ser essenciais para a invenção em outras combinações além daquelas mostradas.
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7/10 [0029] Modalidades da invenção com desenvolvimentos vantajosos conforme os recursos das concretizações são explicadas com mais detalhes com base nos desenhos seguintes, sem, entretanto, estar restringida a isto. Detalhadamente:
[0030] a figura 1 mostra uma vista geral esquemática do projeto do dispositivo para fabricar dois isótopos radioativos diferentes;
[0031] a figura 2 mostra um diagrama para ilustrar seções transversais efetivas diferentes para reações nucleares diferentes com materiais de origem diferentes; e [0032] a figura 3 mostra um diagrama para ilustrar as etapas de método que podem ser executadas ao executar o método.
[0033] A figura 1 mostra uma vista geral do dispositivo para fabricar dois radionuclídeos diferentes, um para imageamento SPECT e o outro para imageamento PET.
[0034] O feixe de prótons 11 é fornecido por uma unidade aceleradora 13 tal como, por exemplo, um ciclotron e inicialmente tem uma primeira energia entre 15 MeV e 50 MeV.
[0035] Subsequentemente, o feixe de prótons é direcionado para uma primeira unidade alvo 15, a qual compreende uma pilha do material de origem que fabrica o 99Mo/99mTc, para ser usado em imageamento SPECT, em uma reação nuclear como resultado da interação com o feixe de partículas. O primeiro isótopo radioativo 19 fabricado na pilha é extraído com a ajuda de um dispositivo de desacoplamento 17 e coletado de tal maneira que ele fica disponível para uso adicional. [0036] Aqui, 100Mo pode ser o material alvo para fabricar 99mTc de tal maneira que 99mTc emerge da seguinte reação nuclear 100Mo(p,n)99Tc.
[0037] Como resultado de atravessar a primeira unidade alvo 15, o feixe de prótons 11 é desacelerado para uma energia que fica abaixo de 15 MeV.
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8/10 [0038] O feixe de prótons 11 é direcionado subsequentemente para uma segunda unidade alvo 21, na qual uma pilha do segundo material de origem está situada e o último fabrica o radionuclídeo para imageamento PET em uma reação nuclear adicional como resultado da interação com o feixe de prótons 11.
[0039] A título de exemplo, o segundo isótopo radioativo pode ser
11C, 13N, 18F ou 15O. O segundo isótopo radioativo 25 é igualmente extraído da segunda unidade alvo 21 com a ajuda de um dispositivo de desacoplamento adicional 23 e coletado de tal maneira que ele fica disponível para uso adicional.
[0040] A tabela a seguir fornece uma vista geral de materiais alvos e reações nucleares por meio das quais radionuclídeos PET podem ser fabricados.
| Radionu- clídeo | Reação nuclear | Faixa de energia MeV | Rendimento calculado MBq/pA-h | Alvo | Produto fabricado no alvo |
| 11C | 14N(p,a) | 13>3 | 3.820 | N2(O2) | 11CO, 11CO2 |
| 13N | 16O(p,a) | 16>7 | 1.665 | H216O | 13NO2-, 13NO3- |
| 15O | 14N(d,n) 15N(p,n) | 8>0 10>0 | 2.368 2.220 | N2(O2) 15N2(O2) | 15OO 15OO |
| 18F | 18O(p,n) 14Ne(d,a) | 16>3 14>0 | 2.960 1.110 | H218O 18O2/(F2) Ne(F2) | 18Faq- [18F]F2 [18F]F2 |
[0041] A figura 2 mostra, em um diagrama muito esquemático, no qual a seção transversal efetiva σ, dependente da energia de partícula E do feixe de partículas, está representada graficamente para várias reações nucleares. Uma primeira curva de seção transversal efetiva 31 denota a primeira reação nuclear, a qual é induzida pelo feixe de partículas no primeiro material de origem. Uma segunda curva de seção transversal efetiva 33 denota a segunda reação nuclear, a qual é induzida pelo feixe de partículas no segundo material de origem.
[0042] Pode ser visto que o pico para a primeira seção transversal
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9/10 efetiva se encontra em energias significativamente maiores do que o pico para a seção transversal efetiva em energias menores. Estas circunstâncias são usadas no dispositivo ou no método porque um e o mesmo feixe de partículas pode ser usado agora para disparar as reações nucleares desejadas em sucessão. A desaceleração do feixe de partículas ocorrendo durante a primeira reação nuclear é desejada neste caso por causa de o dito feixe de partículas alcançar assim a faixa de energia apropriada para a segunda reação nuclear.
[0043] A figura 3 mostra uma ilustração esquemática das etapas de método em uma modalidade do método.
[0044] O feixe de partículas é gerado inicialmente. Isto pode ser realizado com a ajuda de um ciclotron que gera um feixe de partículas que sempre tem a mesma energia final (etapa 41).
[0045] O feixe de partículas é direcionado subsequentemente para um alvo que compreende o primeiro material de origem (etapa 43). Como resultado da interação do feixe de partículas com o primeiro material de origem, uma primeira reação nuclear, na qual o primeiro isótopo radioativo é fabricado, é induzida. O isótopo radioativo fabricado é obtido por meio de métodos de extração conhecidos (etapa 45).
[0046] Subsequentemente o feixe de partículas desacelerado é direcionado para um segundo alvo, o qual compreende um segundo material de origem (etapa 47). O segundo isótopo radioativo é criado em uma segunda reação nuclear, cujo segundo isótopo radioativo é obtido subsequentemente por meio de métodos de extração conhecidos (etapa 49).
Lista de Símbolos de Referência
Feixe de prótons
Unidade aceleradora
Primeira unidade alvo
Primeiro dispositivo de desacoplamento
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10/10
Primeiro isótopo radioativo
Segunda unidade alvo
Dispositivo de desacoplamento adicional
Segundo isótopo radioativo
Primeira curva de seção transversal efetiva Segunda curva de seção transversal efetiva Etapa 41
Etapa 43
Etapa 45
Etapa 47
Etapa 49
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Claims (15)
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REIVINDICAÇÕES
1. Método para fabricar um primeiro isótopo radioativo (19) e um segundo isótopo radioativo (25) com a ajuda de um feixe de partículas acelerado (11), caracterizado pelo fato de que compreende
- direcionar o feixe de partículas acelerado (11) para um primeiro material de origem e fabricar o primeiro isótopo radioativo (19) a partir do primeiro material de origem por meio de uma primeira reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado (11) e o primeiro material de origem; e
- direcionar o feixe de partículas acelerado (11) para um segundo material de origem e fabricar o segundo isótopo radioativo (25) a partir do segundo material de origem por meio de uma segunda reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado (11) e o segundo material de origem, sendo que uma seção transversal efetiva para induzir a primeira reação nuclear (31) pela interação entre o feixe de partículas (11) e o primeiro material de origem tem um primeiro pico em uma primeira energia de partícula, e sendo que uma seção transversal efetiva para induzir a segunda reação nuclear (33) pela interação entre o feixe de partículas (11) e o segundo material de origem tem um segundo pico em uma segunda energia de partícula, a qual é menor que a primeira energia de partícula, e sendo que o primeiro material de origem e o segundo material de origem são arranjados um atrás do outro em um caminho de feixe do feixe de partículas (11) de uma tal maneira que o feixe de partículas acelerado (11) primeiro atravessa o primeiro material de origem, como resultado do que a primeira reação nuclear é induzida, o feixe de partículas perde energia como resultado da mesma e subsequentemente irradia o segundo material de origem, como resultado do que a segunda reação nuclear é induzida, e
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2/4 sendo que uma espessura do primeiro material de origem é selecionada de tal maneira que quando o feixe de partículas (11) penetra no primeiro material de origem o feixe de partículas (11) é desacelerado para uma energia de partícula que se situa em uma região predefinida para induzir uma reação nuclear, que fabrica o segundo isótopo radioativo (25), quando da interação entre o feixe de partículas desacelerado (11) e o segundo material de origem.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe de partículas (11) é acelerado para uma energia de pelo menos 15 MeV antes de atravessar o primeiro material de origem.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe de partículas (11) tem uma energia de menos que 15 MeV antes de irradiar o segundo material de origem.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro isótopo radioativo (19) é um radionuclídeo adequado para imageamento SPECT.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo isótopo radioativo (25) é um radionuclídeo adequado para imageamento PET.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de origem ou o segundo material de origem é um metal ou um composto químico retido em uma solução líquida ou em um estado gasoso.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o feixe de partículas (11) é um feixe de prótons que é acelerado para uma energia de pelo menos 25 MeV antes de atravessar o primeiro material de origem.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro isótopo radioativo (19) compreende 99mTc.
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9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo isótopo radioativo (25) compreende 11C, 13N, 18F ou 15O.
10. Dispositivo para fabricar um primeiro isótopo radioativo (19) e um segundo isótopo radioativo (25) com a ajuda de um feixe de partículas acelerado (11), caracterizado pelo fato de que compreende
- uma unidade aceleradora (13) para fornecer um feixe de partículas (11), um primeiro alvo de irradiação (15) compreendendo um primeiro material de origem e para o qual o feixe de partículas acelerado (11) é direcionado, sendo que o primeiro isótopo radioativo (19) é fabricado a partir do primeiro material de origem por meio de uma primeira reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado (11) e o primeiro material de origem, e sendo que o feixe de partículas (11) é desacelerado ao atravessar o primeiro material de origem, e
- um segundo alvo de irradiação (21) arranjado atrás do primeiro alvo de irradiação (15) na direção de propagação de feixe, cujo segundo alvo de irradiação (21) compreende um segundo material de origem, sendo que o segundo isótopo radioativo (25) é fabricado a partir do segundo material de origem por meio de uma segunda reação nuclear, a qual é induzida por uma interação entre o feixe de partículas acelerado (11) desacelerado e o segundo material de origem, sendo que uma seção transversal efetiva para a primeira reação nuclear (31) se encontra em uma maior energia de partícula do que uma seção transversal efetiva para a segunda reação nuclear (33), e sendo que uma espessura do primeiro material de origem é selecionada de tal maneira que quando o feixe de partículas (11) penetra no primeiro material de origem o feixe de partículas (11) é desacelerado para uma energia de partícula que se situa em uma região
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4/4 predefinida para induzir uma reação nuclear, que fabrica o segundo isótopo radioativo (25), quando da interação entre o feixe de partículas desacelerado (11) e o segundo material de origem.
11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre os primeiro e segundo isótopo radioativo (19, 25) é um radionuclídeo adequado para imageamento SPECT.
12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a unidade aceleradora (13) é projetada para acelerar o feixe de partículas (11) para uma energia de pelo menos 15 MeV antes de atravessar o primeiro material de origem.
13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o feixe de partículas (11) é um feixe de prótons que é acelerado para uma energia de pelo menos 25 MeV antes de atravessar o primeiro material de origem.
14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro isótopo radioativo (19) compreende 99mTc
15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o segundo isótopo radioativo (25) compreende 11C, 13N, 18F ou 15O.
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