CN102741940A - 制造两种不同放射性同位素的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助加速的粒子束制造第一和第二放射性同位素的方法，其中，加速的粒子束对准第一原材料，并且其中，通过第一核反应出于粒子束与第一原材料的相互作用制造第一放射性同位素，粒子束由此减速，并且粒子束接下来对准第二原材料，并且通过第二核反应出于粒子束与第二原材料的相互作用制造第二放射性同位素，其中，用于引起第一核反应的作用截面具有第一粒子能量的第一峰值，并且其中，用于引起第二核反应的作用截面具有第二粒子能量的第二峰值，所述第二粒子能量低于第一粒子能量。此外，本发明涉及相应的设备，其包括加速器单元、带有第一原材料的第一照射目标和沿照射进行方向之后安装的带有第二原材料的第二照射目标。

Description

制造两种不同放射性同位素的方法和设备
技术领域
本发明涉及制造两种不同放射性同位素的方法和设备。此类放射性同位素经常使用在医学成像领域，例如PET(Positron Emission Tomography)显像和SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)显像。
用于PET显像的放射性核素经常在医院附近制造，例如借助回旋加速器生产设备。
背景技术
US 6,433,495描述了一种待照射靶的结构，在回旋加速器中使用所述靶是为了制造用于PET显像的放射性核素。
WO 2006/074960描述了一种制造放射性同位素的方法，通过粒子束的照射来制造所述放射性同位素。
US 6,130,926公开了一种借助回旋加速器和带有旋转薄膜的靶结构制造放射性核素的方法。
JP 1254900（A）描述了一种方法，其中，以荷载粒子束照射包含气体的目标室，用来制造放射性同位素。
用于SPECT显像的待使用的放射性核素大多在核反应器中获得，其中，在此经常使用浓缩铀，例如为了得到99Mo/99mTc。然而由于国际公约，以浓缩铀驱动反应器在今后将变得越来越困难，这导致用于SPECT显像的放射性核素缺乏。
发明内容
本发明的任务在于，提供用来制造至少两种不同放射性同位素的方法和设备，其允许价廉地制造特别是用于医学成像的放射性同位素，并实现本地的非集中制造(lokale dezentrale Herstellung)。
该任务通过独立权利要求来完成。有益的发展在从属权利要求的特征中。
依据本发明借助加速粒子束制造第一放射性同位素和第二放射性同位素的方法将按如下步骤进行：
-将加速的粒子束对准第一原材料，并通过第一核反应由所述第一原材料制造所述第一放射性同位素，通过所述加速的粒子束与所述第一原材料的相互作用引起该第一核反应，
-将所述加速的粒子束对准第二原材料，并通过第二核反应由所述第二原材料制造所述第二放射性同位素，通过所述加速的粒子束与所述第二原材料的相互作用引起该第二核反应，
其中，用于引起所述第一核反应的作用截面通过所述粒子束与所述第一原材料的相互作用而具有第一粒子能量的第一峰值，并且其中，用于引起所述第二核反应的作用截面通过所述粒子束与所述第二原材料的相互作用而具有第二粒子能量的第二峰值，所述第二粒子能量低于第一粒子能量，并且其中，所述第一原材料和第二原材料依次如下安装在粒子束的照射进程中，即加速的粒子束首先照射通过第一原材料，由此引起所述第一核反应，离子束由此失去能量并接下来照射第二原材料，由此引起所述第二核反应。
粒子，例如质子借助加速器单元加速，并形成射线(Strahl)。
加速的粒子束与第一原材料的相互作用产生第一放射性同位素，其能够以不同的已知方法由第一原材料获得。
与第二原材料相互作用的减速的粒子束产生第二放射性同位素，其能够由第二原材料获得。
以此方式，通过一次粒子加速成粒子束、用粒子束制造并获得两种不同的放射性同位素，从而能够价廉地制造两种不同放射性同位素。粒子的加速通常仅需要唯一的中等尺寸的加速器单元，其还能够本地使用并安装。两种放射性同位素能够以所述方法本地地在所希望的使用地点附近或环境中制造，例如在医院的环境中。
这尤其是在制造用于SPECT显像的放射性核素的时候特别有益，因为相比于在大型设备例如核反应器中传统的、非本地制造方法以及与之相连的分布问题，本地制造解决了许多问题。原子核医学部能够彼此独立地计划其工作进度，并且并不需要昂贵的物流和基础设施建设。
第一原材料和第二原材料彼此分离地依次安装在照射进程中。粒子束以定义好的第一能量照射通过第一原材料，其中，第一能量高于第二能量，粒子束接下来以所述第二能量照射第二原材料。尤其必须以此方式仅将粒子束加速到第一能量。用于照射第二原材料所需要的能量至少部分的通过粒子束照射通过第一原材料时减速达到。
第一原材料的厚度尤其能够如下设置，并且与随后的粒子束和第二原材料的核反应相协调，即当粒子束穿透(Durchdringung)时，粒子束减速到如下粒子能量，该能量位于下述范围中，其中，通过减速的粒子束和第二原材料的相互作用引起核反应，该反应适合于制造并获得第二放射性同位素。
在实施方式中保证了第一原材料的厚度足够小，从而从第一原材料离开后的射出粒子束具备足够大的能量，用来在第二原材料中引发所希望的相互作用。另一方面，为了将粒子束减速到所要求的交换作用范围内，厚度能够足够大，从而在第二原材料之前不再需要额外的能量调节器。
粒子束在照射通过第一原材料之前尤其能够加速到至少15MeV的能量，尤其是至少25MeV并且直到超过50MeV的能量。由此保证了，第一核反应在如下能量范围中进行，该范围用于制造可用于SPECT显像的同位素，例如用于从合适的原材料中制造99mTc。
在通过第一原材料之后并且在照射第二原材料之前，粒子束能够具有低于15MeV的能量。由此保证了粒子束的能量位于如下范围中，用于引起核反应的相互作用截面(Wechselwirkungsquerschnitt)位于该范围中，该核反应制造用于PET显像的放射性核素，尤其用于从合适的已知原材料中制造11C、13N、18F或者15O。
第一原材料或者第二原材料能够分别根据所希望的、待制造的放射性同位素以金属形式存在、能够是化合物、以固体的形式存在或者以液态形式存在。例如能够使用液态溶液，天然存在的或者被加入的同位素位于其中，所述同位素通过照射制造所希望的放射性同位素。
依据本发明借助加速的粒子束制造第一放射性同位素和第二放射性同位素的设备，包括：
-加速器单元用于准备粒子束，尤其是质子束，
-第一照射目标，该目标包括第一原材料，并且可与加速的粒子束对准，其中，从第一原材料中通过第一核反应可制造第一放射性同位素，所述核反应可通过加速的粒子束与第一原材料的相互作用引起，并且其中，粒子束在照射通过第一原材料时减速，
-沿照射进行方向安装在第一照射目标之后的第二照射目标，所述第二照射目标包括第二原材料，其中，从第二原材料中通过第二核反应可制造第二放射性同位素，所述核反应可通过减速后的加速粒子束与第二原材料的相互作用引起，
其中，用于第一核反应的相互作用截面比用于第二核反应的相互作用截面有更高的粒子能量。
第一放射性同位素能够是合适于SPECT显像的放射性核素，尤其是99mTc。第二放射性同位素能够是合适于PET显像的放射性核素，尤其是11C、13N、18F或15O。
能够构成加速器单元使其用于在粒子束照射通过第一原材料之前加速到至少15MeV的能量，尤其是至少25MeV。
各个特征之前和随后的说明，其优点和其作用既与设备类别相关又与方法类别相关，就不在任何情况下对于细节都详尽述及；在此公开的细节特征还能够以不同于所示组合的情况作为本发明。
附图说明
带有根据从属权利要求的特征的有益设计的本发明实施方式随后将结合附图进一步阐释，但并非局限于此。其中：
图1是用于制造两种不同放射性同位素的设备结构的概括介绍，
图2的图表用来说明用于利用不同原材料的不同核反应的不同相互作用截面，
图3的图表用来说明方法步骤，该方法步骤能够在实施该方法的时候进行使用。
具体实施方式
图1展示了用于制造两种不同放射性核素的设备的整体图，其一用于SPECT显像，另外一个用于PET显像。
质子束11通过加速器单元13例如回旋加速器来准备，并且首先具有15MeV至50MeV的第一能量。
接下来将质子束对准第一靶单元15，该单元包括原材料的堆栈，该原材料通过与粒子束的相互作用在核反应中制造出供SPECT显像使用的99Mo/99mTc。借助抽取设备(Auskopplungsvorrichtung)17将在堆栈中制造出的第一放射性同位素19提取(extrahieren)并积攒(sammeln)，从而为进一步的应用做准备。
用于制造99mTc的靶材料在此能够是100Mo，从而99mTc产生于核反应100Mo（p，n）99Tc中。
通过穿过第一靶单元15，质子束11将减速到低于15MeV的能量。
接下来质子束11对准第二靶单元21，第二原材料的堆栈位于其中，该第二原材料通过与质子束11的相互作用在另一核反应中制造用于PET显像的放射性核素。
第二放射性同位素例如能够是11C、13N、18F或15O。第二放射性同位素25同样借助另一抽取设备23从第二靶单元21中取出(entfernen)并积攒，从而为进一步的应用做准备。
下表概括了靶材料和核反应，以此能够制造PET放射性核素。
图2展示了加强示意图，其中，针对不同的核反应设置(auftragen)依赖于粒子束的粒子能量E的相互作用截面σ。第一相互作用截面曲线31表征第一核反应，通过粒子束在第一原材料中引起该第一核反应。第二相互作用截面曲线33表征第二核反应，通过粒子束在第二原材料中引起该第二核反应。
需知，用于第一相互作用截面的峰值比用于较低能量时的相互作用截面的峰值具有明显更高的能量。在设备或在方法中将充分利用这一情况，因为能够使用一种并且相同的粒子束，用来相继引发所希望的核反应。在第一核反应出现的粒子束减速在此是希望看到的，因为它如此到达对于第二核反应适宜的能量范围中。
图3展示了该方法的实施方式中方法步骤的概括介绍。
首先制造粒子束。这能够借助回旋加速器来实现，该回旋加速器制造出带有始终相同的终能量的粒子束（步骤41）。
接下来将粒子束对准靶，该靶包括第一原材料（步骤43）。通过粒子束与第一原材料的相互作用引起第一核反应，在其中制造出第一放射性同位素。通过已知的提取方法获得所产生的放射性同位素（步骤45）。
接下来，减速的粒子束对住第二个靶，该靶包括第二原材料（步骤47）。在第二核反应中形成第二放射性同位素，接下来通过已知的提取方法获得所述同位素（步骤49）。
附图标记表
11        质子束
13        加速器单元
15        第一靶单元
17        第一抽取设备
19        第一放射性同位素
21        第二靶单元
23        其他抽取设备
25        第二放射性同位素
31        第一作用截面曲线
33        第二作用截面曲线
41        步骤41
43        步骤43
45        步骤45
47        步骤47
49        步骤49

Claims (10)

1.借助加速粒子束（11）用来制造第一放射性同位素（19）和第二放射性同位素（25）的方法，
-将加速的粒子束（11）对准第一原材料，并通过第一核反应由所述第一原材料制造所述第一放射性同位素（19），通过所述加速的粒子束（11）与所述第一原材料的相互作用引起该第一核反应，
-将所述加速的粒子束（11）对准第二原材料，并通过第二核反应由所述第二原材料制造所述第二放射性同位素（25），通过所述加速的粒子束（11）与第二原材料的相互作用引起该第二核反应，
其中，通过所述粒子束（11）与所述第一原材料的相互作用用于引起所述第一核反应的作用截面（31）具有第一粒子能量的第一峰值，并且其中，通过所述粒子束（11）与所述第二原材料的相互作用用于引起所述第二核反应的作用截面（33）具有第二粒子能量的第二峰值，所述第二粒子能量低于所述第一粒子能量，
并且其中，所述第一原材料和所述第二原材料依次如此安装在所述粒子束（11）的照射进程中，即所述加速的粒子束首先照射穿过所述第一原材料，由此引起所述第一核反应，所述粒子束因此失去部分能量并在接下来照射所述第二原材料，由此引起所述第二核反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如下设定所述第一原材料的厚度，即当通过所述粒子束（11）穿过时，所述粒子束（11）减速到如下粒子能量，该能量位于如下范围，其中通过减速粒子束（11）与所述第二原材料的相互作用引起核反应，该核反应适宜产生并获得所述第二放射性同位素（25）。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述粒子束尤其是质子束（11）在照射通过所述第一原材料之前被加速到至少15MeV，尤其是至少25MeV的能量。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述粒子束尤其是质子束（11）在照射所述第二原材料之前具有低于15MeV的能量。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述第一放射性同位素（19）是适合于SPECT显像的放射性核素，尤其是99mTc。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述第二放射性同位素（25）是适合于PET显像的放射性核素，尤其是11C、13N、18F或15O。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述第一原材料或者所述第二原材料是金属或化合物，尤其是保持在液态溶液中或者保持在气体状态。
8.借助加速粒子束（11）用来制造第一放射性同位素（19）和第二放射性同位素（25）的设备，包括：
-加速器单元（13）用于准备粒子束（11），尤其是质子束，
-第一照射目标（15），该目标包括第一原材料，并且可与所述加速的粒子束（11）对准，其中，从所述第一原材料中通过第一核反应可制造所述第一放射性同位素（19），所述第一核反应可通过所述加速的粒子束（11）与所述第一原材料的相互作用引起，并且其中，所述粒子束（11）在照射通过所述第一原材料时减速，
-沿照射进行方向安装在所述第一照射目标（15）之后的第二照射目标（21），所述第二照射目标包括第二原材料，其中，从所述第二原材料中通过第二核反应可制造所述第二放射性同位素（25），所述第二核反应可通过减速后的加速粒子束（11）与所述第二原材料的相互作用引起，
其中，用于所述第一核反应的作用截面（31）比用于所述第二核反应的作用截面（33）有更高的粒子能量。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述第一放射性同位素（19）是合适于SPECT显像的放射性核素，尤其包括99mTc，和/或其中，所述第二放射性同位素（25）是合适于PET显像的放射性核素，并且尤其包括11C、13N、18F或15O。
10.根据前述设备权利要求中任意一项所述的设备，其中，构成加速器单元（13）用于将所述粒子束（11）在照射通过所述第一原材料之前加速到至少15MeV，尤其是至少25MeV的能量。
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