DE19859101C1 - Radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet neue radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen, die aus einem Keramikträger in Form eines Rohres bestehen, dessen Poren Pd-103 enthalten, und einer Umschließung aus einem körperverträglichen Material. Die erfindungsgemäßen Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen können übliche X-ray-Marker im Hohlraum des Rohres beinhalten, vorzugsweise in Form eines Drahtes. Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur Herstellung der neuen Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen.
Description
Die Erfindung betrifft neue radioaktive Palladium-103-
Miniaturstrahlenquellen. Der Aktivitätsträger ist eine
rohrförmige Keramik, in dessen Poren Pd-103 enthalten
ist. Die Keramik ist mit einem körperverträglichen
Material umschlossen. Die erfindungsgemäßen Palladium-
Miniaturstrahlenquellen enthalten übliche x-ray-Marker
im Hohlraum des Rohres, vorzugsweise in Form eines
Drahtes. Gegenstand der Erfindung ist auch das
Verfahren zur Herstellung der neuen Palladium-Miniatur
strahlenquellen.
Das Haupteinsatzgebiet der Palladium-Miniaturstrahlen
quellen liegt in der Behandlung von Tumoren. Als
Vorzugsmethode kommt die interstitielle Therapie in
Frage, bei der die Strahler ins zu behandelnde Gewebe
implantiert werden. Die geringe Größe sowie die kurze
Halbwertszeit des Nuklides erlauben den dauerhaften
Verbleib im Gewebe.
Die lokale Bestrahlung von Tumoren mit interstitiellen
Implantaten ist seit längerem gängige Praxis. Eine
solche Behandlung kann sehr genau dosiert und lokal
begrenzt werden. Die Einflüsse auf gesundes Gewebe
werden minimiert.
Das Isotop Palladium-103 besitzt eine mittlere Gamma-
Energie von 20-23 keV und hat eine physikalische Halb
wertszeit von 17 Tagen. Es ist somit für die inter
stitielle Brachytherapie gut geeignet. Die Bestrahlung
ist weitestgehend auf den Tumor beschränkt, gesundes
Gewebe wird nicht wesentlich beeinträchtigt. Die
Strahlenbelastung für das medizinische Personal ist
minimal.
Die Konstruktion der Miniaturstrahlenquellen muß eine
schnelle und einfache Einführung der Implantate in das
zu behandelnde Gewebe erlauben. Eine gängige Technik
zur Einführung ist die Verwendung von Hohlkammernadeln.
Mit diesen wird die gewünschte Anzahl der Implantate im
Gewebe plaziert und die Nadel zurück gezogen.
Zur Identifizierung und Positionierung der Strahlen
quellen im Körper werden vorzugsweise weiche Röntgen
strahlen zur Diagnostik eingesetzt. Daher ist an die
Strahlenquellen die grundlegende Anforderung zu
stellen, ein Element hoher Ordnungszahl und Dichte zu
enthalten, welches in der Röntgendiagnostik sichtbar
ist. Außerdem sollte dieser sogenannte "X-ray-Marker"
derart beschaffen sein, daß er über die räumliche
Orientierung der Miniaturstrahlenquelle Aufschluß gibt.
Als Materialien wurden dazu bisher Gold, Silber,
Platin, Blei, Iridium oder andere Metalle verwendet.
Als Form kamen bisher Kugeln, Drähte und Röhrchen zum
Einsatz.
In der Literatur, vorzugsweise in der Patentliteratur,
werden eine Reihe von Miniaturstrahlenquellen für die
Brachytherapie beschrieben, die im englischsprachigen
Raum oftmals als "Seeds" bezeichnet werden. Diese ent
halten als Nuklide niedrigenergetische Gammastrahler
wie vorzugsweise Jod-125 oder Palladium-103.
So beschreibt beispielsweise Lawrence (US 3,351,049)
zylindrische Seeds, welche als Aktivitätsträger
stabförmige Plastikkörper bzw. Nylonkörper enthalten,
auf denen Nuklide wie I-125 bzw. Pd-103 aufgetragen
sind.
Die von Kubiatowicz (US 4.323.055) beschriebenen Jod-
125-Seeds besitzen eine radioaktive Jodschicht auf der
Oberfläche eines Silberstabes. Die Herstellung solcher
Seeds erfolgt durch Umwandlung der Silberoberfläche des
Silberstabes in Silberchlorid und anschließende
Austauschreaktion mit Iodid-125. Der Silberstab dient
zugleich als X-ray-Marker. Da aufgrund des großen
Drahtdurchmessers nahezu das gesamte Innere der
Verschlußkapsel mit Silber ausgefüllt wird, tritt in
hohem Maße Selbstabsorption der weichen Gammastrahlung
auf. Um dennoch zu den therapeutisch notwendigen
Dosisleistungen zu kommen, ist eine um so höhere
Aktivität einzusetzen.
Suthanthiran et al. (US 4,994,013) beschreiben in ihrem
Patent ebenfalls zylindrische Aktivitätsträger, welche
aus einem metallischen Substrat bestehen, das mit
Kohlenstoff bzw. Aktivkohle beschichtet ist und das
entsprechende Radionuklid enthält. In einem weiteren
Patent (US 5,163,896) wird anstelle der Kohlenstoff
beschichtung ein Material genannt, welches aus Poly
aminosäuren besteht.
Russell et al. (US 4,702,228) schildern in ihrem Patent
Palladium-Seeds.
Es werden kugelförmige Aluminiumpreßkörper beschrieben,
welche angereichertes Palladium-102 enthalten. Durch
Neutronenaktivierung wird Pd-102 in Pd-103 umgewandelt.
Das Seedröhrchen enthält an den beiden Enden je einen
kugelförmigen Aktivitätsträger. Dazwischen wird ein
stabförmiger X-ray-Marker plaziert, der vorzugsweise
aus Blei besteht.
In einem späteren Patent diskutiert Carden (US
5,405,309) die Nachteile der Pd-102 Neutronenakti
vierung (schwer einstellbare Dosisleistung und uner
wünschte Isotope als Nebenprodukte) und schlägt statt
dessen die Verwendung von trägerfreiem Pd-103 -
hergestellt im Zyklotron - vor. Das Design ist ähnlich
dem von Russell et al. beschriebenen, jedoch werden
statt Aluminiumträgern nunmehr Graphitkörper verwendet,
welche elektolytisch mit einer eingestellten Mischung
aus inaktivem Palladium und Palladium-103 beschichtet
werden. Auch in diesem Design liegen die beiden
Aktivitätsträger jeweils am Ende des zylindrischen
Seeds, während der X-ray-Marker dazwischen positioniert
ist.
Nachteilig an diesem Design ist, daß in einem nicht
unbeträchtlichen Volumenabschnitt des Seeds (in der
Mitte) keine Dosisleistung erzielt werden kann, weil
sich dort der X-ray-Marker befindet. Dieser ist
stattdessen für ein hohes Maß an Selbstabsorption
verantwortlich und erfordert einen erhöhten Aktivitäts
einsatz an Pd-103.
Da der Einsatz von Palladium-103 in der Brachytherapie
aufgrund der kurzen Halbwertszeit und des günstigeren
Strahlungsspektrums gegenüber Jod-125 vorteilhaft ist,
war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Palla
dium-103-Seeds zur Verfügung zu stellen, die die obigen
Nachteile nicht aufweisen und den folgenden
Anförderungen genügen:
- - sparsamerer Einsatz an Pd-103-Aktivität
- - Minimierung der Selbstabsorption
- - Verbesserung der räumlichen Dosisleistungsverteilung
- - gute Sichtbarkeit in der Röntgendiagnostik und Lage erkennung.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch radioaktive
Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen gelöst, die aus
einem rohrförmigen Keramikträger bestehen, in dessen
Poren radioaktives Pd-103 enthalten ist und in dessen
Hohlraum sich der X-ray-Marker befindet. Die Herstel
lung erfolgt derart, daß Keramikträger mit Palladium-
103-salzlösung beladen werden und in einem anschlies
senden Temperungs- oder Reduktionschritt zum metal
lischen Pd-103 reduziert werden.
Die radioaktiven Keramikträger werden dann mit einem X-
ray-Marker zentrisch bestückt und können mit einem
körperverträglichen Material, z. B. Titan oder
Edelstahl, verkapselt werden. Vorzugsweise wird hierbei
in ein einseitig verschlossenes Röhrchen der radioak
tive Keramikträger mit X-ray-Marker eingebracht und das
noch offene Ende laserverschweißt.
Als Keramikträger werden im Sinne der Erfindung
beispielsweise Röhrchen aus TiO2, Al2O3, SiO2 oder ZrO2
eingesetzt. Diese Materialien sind kommerziell erhält
lich. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Röhr
chen aus Al2O3 eingesetzt.
Als X-ray-Marker wird vorzugsweise ein Draht aus einem
Metall höher Dichte, vorzugsweise aus Tantal, Wolfram
oder Gold verwendet. Besonders bevorzugt wird Golddraht
eingesetzt.
Die Herstellung der Aktivitätsträger erfolgt folgender
maßen:
Die einzusetzenden Keramikröhrchen weisen eine Porösi
tät von 15-30% auf. Bei einer Länge von ca. 3,5 mm,
einem Außendurchmesser von ca. 0,6 mm und einem
Innendurchmesser von 0,22-0,25 mm steht ausreichend
Porenvolumen zur Verfügung, um die notwendige
Aktivitätsmenge aufzunehmen.
In der Regel sind pro Träger 0,2-3 mCi Pd-103 zu
fixieren. Die genauen Werte werden für jeden
Anwendungsfall entsprechend den Anforderungen der
Dosisleistung und den zu erwartenden Prozeß- und
Lieferzeiten angepaßt.
Als Palladium-103-Salzlösung zum Beladen der Keramik
träger wird in einer bevorzugten Ausführungsform Pd-
103-tetrammindichlorid eingesetzt. Um z. B. Pd-103-
Miniaturstrahlenquellen mit einer Aktivität von 1,9-2,1
mCi herzustellen, wird eine Lösung zubereitet, welche
eine Aktivitätskonzentration von vorzugsweise 5 mCi/µl
bei einem pH-Wert von 8-9 aufweist. Von dieser Lösung
werden nun kleine Volumina, vorzugsweise 0,1 µl oder
0,2 µl, nach und nach auf das Keramikröhrchen
pipettiert, wobei sich die Lösung gleichmäßig verteilt
und aufgesaugt wird. Zur Beschleunigung des
Trocknungsprozesses kann der Keramikkörper erwärmt
werden. Dieser Vorgang ist so oft zu wiederholen, bis
die gewünschte Aktivität aufgenommen worden ist.
Als Alternative zur Pipettiermethode können auch
Batchverfahren angewendet werden.
Nach der Beladung der Keramik erfolgt die Temperung des
Keramikkörpers bei mindestens 400°C. Die Dauer der
Temperung bei 400°C richtet sich nach der
aufgebrachten Salzkonzentration und beträgt mindestens
30 Minuten bis 1 Stunde. Vorteilhafterweise erfolgt die
Temperaturerhöhung auf 400°C schrittweise, besonders
bevorzugt mit 10 K/min. Beim Tempern zersetzt sich
Palladiumtetrammindichlorid über die Zwischenstufe
Palladiumdiammindichlorid zu metallischem Palladium. In
dieser Form ist es unlöslich, kann also nicht mehr von
wäßrigen Lösungen eluiert werden. Zum Abtransport der
entstehenden Gase ist es vorteilhaft, den Temperungs
prozeß im Inertgasstrom ablaufen zu lassen.
Alternativ kann der Temperungsprozeß durch einen
Reduktionsprozeß bei deutlich tieferer Temperatur (ca.
60-120°C) in Gegenwart eines Reduktionsmittels ersetzt
werden. Als Reduktionsmittel kommen z. B. Kohlenmonoxid
oder Wasserstoff in Frage. Wird Wasserstoff eingesetzt,
ist darauf zu achten, daß nach der Reduktion eine
Nachtemperung bei ca. 800°C für 2 Stunden erfolgen
muß, um enstehende Pd-H-Addukte zu zersetzen.
Die so hergestellten Aktivitätsträger werden im
Anschluß in ein einseitig verschweißtes Röhrchen
eingefüllt. Schließlich wird der X-ray-Marker als Draht
eingeführt und anschließend das Röhrchen verschweißt,
vorzugsweise mittels Laserschweißen.
Erfindungsgemäß können so Palladium-103-Miniaturquellen
in den für die interstitielle Brachytherapie notwen
digen Größen und Aktivitäten hergestellt werden, wobei
insbesondere der Außendurchmesser, d. h. der Durchmesser
des den radioaktiven Träger umschließenden Außenrohres
0,8 mm nicht überschreiten sollte.
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Keramik
träger eine gute Abriebfestigkeit aufweisen, da das
radioaktive Palladium nicht als Schicht auf einer
glatten Oberfläche vorliegt, sondern sich in den Poren
der Keramikträger befindet. Die Keramikrohre sind
mechanisch stabil und damit bei Beladung und Montage
gut handhabbar. Im Vergleich zu anderen Designva
rianten, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind,
weisen die erfindungsgemäßen Keramikträger eine
deutlich homogenere Dosisleistungsverteilung auf. Da
der X-ray-Marker als Draht nur einen Bruchteil des
Innendurchmessers füllt, sind geringere Selbstabsorp
tionen zu verzeichnen und damit geringere Aktivitäts
einsätze vonnöten. Die erfindungsgemäßen Quellen sind
kostengünstiger herzustellen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der X-ray-Marker am
Ende des Verfahrens eingebracht. Dadurch sind Vari
ationen im Durchmesser oder in der Länge möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert, ohne sie darauf einzuschränken.
Es werden Al2O3-Keramikrohre mit einem Außendurchmesser
von 0,60 ± 0,02 mm, einer Länge von 3,5 ± 0,05 mm und
einem Innendurchmesser von 0,21 ± 0,01 mm verwendet.
Davon werden 200 Stück auf einem Rack in
vorgefertigten, ausgefrästen Positionen definiert
abgelegt. Die Erreichbarkeit jeder Position mittels
automatischer Pipette wird gewährleistet.
Ausgehend von einer [103Pd(NH3)4]Cl2-Stammlösung wird
eine Lösung eingestellt, welche eine Aktivitätskonzen
tration von 2,5 mCi/µl aufweist. Unter Verwendung einer
computergesteuerten, verfahrbaren Pipette wird jede
Keramik zunächst mit 0,1 µl Lösung getränkt. Nach
Trocknung an der Luft wird jede Keramik erneut mit
0,1 µl Lösung getränkt. Anschließend wird das Rack in
einen Ofen gefahren, in dem folgendes
Temperaturprogramm gestartet wird: von vorgeheizten 50
°C beginnend mit 10 K/min auf 400°C, anschließend
30 Minuten halten und dann abkühlen lassen. Der Ofen
wird im Inertgasstrom betrieben.
Im Anschluß werden die keramischen Aktivitätsträger vom
Rack entnommen, in ein einseitig verschlossenes
Titanrohr eingefüllt, der X-ray-Marker eingefädelt und
dann laserverschweißt.
Herstellung von Pd-103-Miniaturstrahlenquellen mit
einer Aktivität von (1,9-2,1) mCi
Es werden ebenfalls Al2O3-Keramikrohre mit einem
Außendurchmesser von 0,60 ± 0,02 mm, einer Länge von
3,5 ± 0,05 mm und einem Innendurchmesser von 0,21 ±
0,01 mm verwendet. Davon werden 200 Stück auf einem
Rack in vorgefertigten, ausgefrästen Positionen
definiert abgelegt. Die Erreichbarkeit jeder Position
mittels automatischer Pipette wird gewährleistet.
Ausgehend von einer [103Pd(NH3)4]Cl2-Stammlösung wird
eine Lösung eingestellt, welche eine Aktivitätskonzen
tration von 5 mCi/µl aufweist. Unter Verwendung einer
computergesteuerten, verfahrbaren Pipette wird jede
Keramik zunächst mit 0,2 µl Lösung getränkt. Nach
Trocknung an der Luft wird jede Keramik erneut mit
0,2 µl Lösung getränkt. Anschließend wird das Rack in
einen Spezialofen gefahren, der mit kontrollierter
Gaszufuhr und Gasableitung ausgestattet ist. Unter
ständigem Kohlenmonoxid-Gasstrom wird folgendes
Temperaturprogramm gestartet: von Raumtemperatur begin
nend mit 5 K/min auf 100°C, anschließend 30 Minuten
halten und dann abkühlen lassen. Der Ofen wird
anschließend mit Inertgas gespült.
Im Anschluß werden die keramischen Aktivitätsträger vom
Rack entnommen, in ein einseitig verschlossenes Titan
rohr eingefüllt, der X-ray-Marker eingefädelt und dann
laserverschweißt.
Claims (11)
1. Radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen
bestehend aus einem rohrförmigen Keramikträger,
dessen Poren radioaktives Palladium-103 enthalten,
einem X-ray-Marker, der sich zentrisch im Hohlraum
des Keramikrohrs befindet, und einer Umschließung
aus einem körperverträglichen Material.
2. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der rohrförmige Keramikträger aus TiO2, Al2O3, SiO2
oder ZrO2 oder aus Mischungen dieser Komponenten
besteht, vorzugsweise aus Al2O3.
3. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach Anspruch
1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der X-ray-Marker ein Draht mit hoher Dichte ist,
der aus Tantal, Wolfram oder Gold besteht.
4. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach einem
der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschließung durch ein verschweißtes Rohr
gebildet wird, das vorzugsweise aus Titan oder
Edelstahl besteht.
5. Verfahren zur Herstellung von radioaktiven
Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen,
dadurch gekennzeichnet, daß
rohrförmige Keramikträger mit Palladium-103-
salzlösung beladen werden, danach ein Temperungs-
oder Reduktionsschritt erfolgt, dann in den
Hohlraum der rohrförmigen Träger ein X-ray-Marker,
vorzugsweise in Form eines Drahtes, zentrisch
eingebracht wird und schließlich die erhaltenen
radioaktiven Keramikträger mit einem
körperverträglichen Material umschlossen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Palladium-103-salzlösung Pd-103-tetrammindi
chlorid ([103Pd(NH3)4]Cl2) eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperung bei mindestens 400°C durchgeführt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Reduktion bei Anwesenheit eines Reduktionsmit
tels bei ca. 60-120°C durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Reduktionsmittel Kohlenmonoxid oder Wasserstoff
eingesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
als rohrförmige Keramikträger solche aus TiO2,
Al2O3, SiO2 oder ZrO2 oder aus deren Mischungen
eingesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschließung der rohrförmigen Palladium-103-
Keramikträger durch Einbringen der Träger in ein
einseitig verschlossenes Rohr erfolgt und an
schließend das andere Ende des Rohres verschlossen
wird, vorzugsweise durch Laserschweißen.
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| EP99250374A EP1008995A1 (de) | 1998-12-12 | 1999-10-21 | Palladium-103 miniaturisierte medizinische Strahlungsquellen und Herstellungsverfahren |
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Citations (4)
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1998
- 1998-12-12 DE DE1998159101 patent/DE19859101C1/de not_active Expired - Fee Related
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