RU2500429C2 - Способ генерации медицинских радиоизотопов - Google Patents
Способ генерации медицинских радиоизотопов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500429C2 RU2500429C2 RU2012110027/15A RU2012110027A RU2500429C2 RU 2500429 C2 RU2500429 C2 RU 2500429C2 RU 2012110027/15 A RU2012110027/15 A RU 2012110027/15A RU 2012110027 A RU2012110027 A RU 2012110027A RU 2500429 C2 RU2500429 C2 RU 2500429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- generated
- radionuclides
- nuclear
- reactions
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к способу генерации радиоизотопов, которые используются в ядерной медицине для приготовления фармпрепаратов, вводимых в пациентов. Заявленный способ включает облучение мишени пучком тормозного излучения и извлечение из мишени образовавшихся радионуклидов методами радиохимии. Для осуществления заявленного способа используют мишень и ядерные реакции, протекающие в мишени, которые приводят к образованию ядер химических элементов, отличных от химических элементов мишени. Тормозное излучение генерируется электронным пучком с энергией 40-60 МэВ и при среднем токе пучка 40 мкА в радиаторе толщиной от десятых до одной радиационной длины для материала радиатора. Длительность облучения мишени составляет один период полураспада генерируемого изотопа T1/2. Заявленное изобретение обеспечивает повышение удельной активности радионуклидов для ядерной медицины. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Изобретение относится к области создания радиоактивных изотопов и может быть использовано в медицинских учреждениях для целей радионуклидной диагностики, радионуклидной терапии и в исследовательских центрах медицинского и биологического профиля.
Ядерная медицина, использующая для терапии и диагностики радионуклиды, является быстропрогрессирующим и получающим все большее распространение методом лечения. По международным стандартам ядерные методики, связанные с диагностикой, должны быть доступны в каждой многопрофильной больнице, а лечебные отделения - во всех крупных онкологических центрах. Столь пристальное внимание к развитию методов ядерной медицины связано с тем, что с ее помощью можно достичь терапевтического эффекта и качества диагностики, которые оказываются недостижимы при применении других медицинских методик.
Известны методы ядерной терапии, когда в пораженный орган, например в предстательную железу, вводятся капсулированные радионуклиды, которые своим излучением поражают раковые клетки. Наряду с капсулированными радионуклидами широко применяют радиофармпрепараты (РФП), в молекулу которых путем замещения встраивается атом радиоизотопа. Такой препарат вводят в организм пациента внутривенно или перорально. В силу особенностей метаболизма раковых клеток РФП накапливается в метастазах или в пограничных зонах. При этом воздействие излучения радионуклидов на опухолевые клетки приводит к гибели последних, снижению митотической активности, редукции опухолевой инфильтрации, вследствие чего замедляется прогрессирование метастазов, а в ряде случаев наблюдается их регрессия.
Подобным образом используются и радиоизотопы при проведении диагностических процедур. РФП, меченные тем или иным радионуклидом, вводятся в организм пациента, после чего с помощью гамма-камеры, однофотонного эмиссионного компьютерного томографа (ОФЭКТ) или позитронно-эмисионной томографии (ПЭТ) исследуются процессы метаболизма, движения РФП и его накопления в определенных органах [1]. В частности, при использовании РФП на основе глюкозы за счет того, что в опухолевых клетках нарушен цикл окислительного фосфорилирования, им необходимо более чем на порядок больше глюкозы, чем клеткам окружающей здоровой ткани. В результате даже ничтожные по размеру опухоли выявляются как высокоинтенсивные очаги накопления радиоиндикатора. Так, например, удается визуализировать в начальной стадии опухоли молрчной железы, выявить локализацию сторожевых лимфатических узлов, определить их локализацию, на несколько месяцев раньше чем по результатам рентгенографии или магниторезонансной томографии выявить метастатические очаги в костной ткани.
Радионуклидные методы диагностики, кроме онкологии с успехом применяются и в других направлениях медицины: в кардиологии (измерение кровотока и определение сужения коронарных артерий до появления симптомов заболевания), в неврологии (эпилепсия, нарушение памяти), при исследованиях головного мозга, поджелудочной железы, заболеваний печени, почек, при определении места и интенсивности кишечного кровотечения и для диагностики многих других недугов.
В целом преимущества ядерной медицины связаны с возможностью постановки диагноза на ранних стадиях заболеваний, недостижимой при других методах исследования, и эффективностью радиотерапевтических процедур.
Развитие ядерной медицины напрямую связано с возможностью генерации необходимых радионуклидов, их стоимостью и доступностью. Кроме того, для снижения дозной нагрузки на пациента при радиодиагностике желательно применять радионуклиды с коротким периодом полураспада, вплоть до нескольких минут, например изотоп кислорода О15 с периодом полураспада T1/2~2 мин. Это в свою очередь требует размещения установки для генерации изотопов в непосредственной близости от медицинского учреждения и даже на его территории
Основными источниками медицинских радиоизотопов в настоящее время являются ядерные реакторы и ускорители протонов или легких ядер. Ядерные реакторы способны нарабатывать большие количества радиоизотопов вплоть до макроскопических их количеств. При этом в реакторах, как правило, нарабатываются нейтронно-избыточные радионуклиды, образующиеся при делении ядер урана или в реакциях радиационного захвата нейтронов различными ядрами. Это обстоятельство является существенным недостатком такого метода генерации, поскольку по мере развития ядерной медицины выявились значительные потребности и в нейтронно-дефицитных изотопах. Еще одним недостатком ядерных реакторов является их относительная малочисленность, удаленность от крупных населенных пунктов, что создает трудности для широкого использования наработанных радионуклидов в многочисленных медицинских центрах. Кроме того, существующие методики наработки на ядерных реакторах медицинских радиоизотопов приводят к образованию сопутствующих радиоактивных отходов, утилизация которых вызывает трудности, связанные с соблюдением все возрастающих требований экологической безопасности.
Генерация нейтронно-дефицитных медицинских изотопов в основном проводится с помощью циклотронов, которые могут устанавливаться в непосредственной близости от места проведения диагностических процедур. При этом генерация медицинских изотопов идет за счет реакций (p, n), (d, α) и других реакций сопровождающихся изменением заряда ядра [2]. В силу этого генерируемые радионуклиды являются вновь созданными химическими элементами и методами радиохимии могут быть надежно отделены от вещества мишени, в которой они образовались. Подобные медицинские циклотроны получили распространение, однако они не лишены и недостатков, заключающихся, в частности, в сложности или даже практической невозможности получения с их помощью некоторых перспективных изотопов [1, 3]. Кроме того, циклотроны с энергией ускоренных протонов в несколько десятков МэВ имеют довольно высокую стоимость.
Известны предложения использовать для генерации медицинских радиоизотопов электронные ускорители с применением фотоядерных реакций. При этом электронные ускорители и нарабатываемая на них радионуклидная продукция с учетом возможных радиационных отходов экологически более безопасны, чем ядерные реакторы, имеют меньшую стоимость, чем циклотроны (по крайней мере, на энергию по протонам в 40-100 МэВ) и с их помощью можно получать некоторые радионуклиды, которые либо трудно, либо практически невозможно получать на реакторах и циклотронах [1, 3].
Предполагалось, что генерация радионуклидов с помощью электронных ускорителей будет осуществлять за счет (γ, n)-реакций, которые возникают в материале мишени при облучении ее тормозным излучением от электронного пучка с энергией в несколько десятков МэВ. Основной недостаток предложенной методики обусловлен тем, что, непосредственно в (γ, n)-реакциях образуются изотопы тех же самых элементов, из которых состоит мишень. Поэтому методами радиохимии из вещества мишени невозможно выделить образовавшиеся радионуклиды для того, чтобы обеспечить требуемую удельную активность радиофармпрепарата.
В работе [4], выбранной в качестве прототипа, было предложено с целью увеличения удельной активности использовать отдачу ядра при испускании им нейтрона в результате (γ, n)-реакции. С этой целью предлагалось мишень, в которой образуются изотопы, изготавливать в виде набора тонких фольг, между которыми размещается вещество-поглотитель. В результате взаимодействия ядра-мишени с гамма-квантом и последующего испускания им нейтрона вновь образовавшееся ядро радионуклида получает некий механический импульс и существует вероятность, что под действием этого импульса ядро радионуклида покинет фольгу и перейдет в поглотитель. Впоследствии предполагалось чисто химическим путем выделить накопившиеся в поглотителе изотопы. Однако, как показали последующие расчеты и эксперименты, в реальных условиях облучения получить требуемую удельную активность для изготовления РФП не удается [5].
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение удельной активности радионуклидов при использовании для их генерации γ-квантов тормозного излучения, генерируемого электронным пучком.
Поставленная задача решается заявляемым способом, суть которого заключается в следующем. При подходящем выборе вещества мишени, облучаемой пучком тормозного излучения, которое генерируется электронным пучком, в ней образуются нужные радионуклиды, являющиеся химическими элементами, отличными от химических элементов, образующих мишень. В последующем для получения высокой удельной активности образовавшиеся радиоизотопы выделяются из вещества мишени методами радиохимии.
Получение в результате облучения мишени тормозным излучением новых химических элементов, ранее в мишени не присутствующих, возможно двумя способами, с помощью которых можно получать изотопы как уже применяемые в ядерной медицине, так и перспективные, но до сих пор еще широко не используемые
Во-первых, вместо ранее предлагавшихся к использованию фотоядерных (γ, n)-реакций предлагается использовать фотоядерные реакции, в которых сразу после прошедшей реакции получающийся радионуклид имеет заряд ядра, отличный от заряда ядра мишени, например, реакции (γ, p), (γ, np) и др.
Во-вторых, задача повышения удельной активности решается, если искомый радиоизотоп образуется в результате β-распада ядра, образованного в (γ, n)- или (γ, 2n)-реакциях, имеющих присущие им сравнительно большие сечения. В этом случае выделение радионуклидов для РФП и соответственно повышение их удельной активности может быть обеспечено использованием обычных радиохимических методов, которые пригодны для реакций, идущих с изменением заряда ядра.
Кинетическая энергия электронов падающих на радиатор, где генерируется тормозное излучение, должна быть больше энергетических порогов используемых фотоядерных реакций, значения которых не превышают 25-30 МэВ. Для увеличения выходов реакций и уровней активностей нарабатываемых изотопов предлагается энергию электронов брать на несколько десятков МэВ больше порогов используемых реакций, что означает, что она должна быть приблизительно 40÷60 МэВ и целесообразно применять радиаторы толщиной от нескольких десятых X0 до ~X0, где X0 - радиационная длина для материала радиатора.
Таким образом, заявляемое изобретение в отличие от прототипа, позволяет обеспечить повышение методами традиционной радиохимии удельной активности радионуклидов для ядерной медицины, сгенерированных гамма-квантами тормозного излучения, образованными пучком ускоренных электронов.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример
Для подтверждения эффективности заявляемого способа был проведен расчет активности радионуклидов, сгенерированных по способу заявляемого изобретения.
При расчете активности предполагалось, что электронный пучок с энергией 55 МэВ и при среднем током пучка 40 мкА облучает вальфрамовый радиатор толщиной 1 мм. Моноизотопная мишень, в которой происходит генерация радионуклидов, находится по направлению пучка сразу за облучаемым электронами радиатором и ее толщина Xм выбрана такой, что параметр (Хм·ρ)=10 г·см-2, где ρ - плотность вещества мишени в единицах г/см3. Длительность облучения мишени составляла, если это специально не оговаривается, протяженность одного периода полураспада генерируемого изотопа T1/2.
Расчет активности образовавшегося радионуклида проводился по методике, описанной в [6]. Необходимые для расчета данные для радиоизотопов, мишеней и реакций (схемы распадов, периоды полураспада T1/2, изотопный состав природной смеси, молекулярный вес и энергетический порог реакции) были получены с использованием [7]. Ниже приведены результаты расчетов активности сгенерированных радионуклидов.
Широко используемый в медицинской позитронно-эмиссионной томографии изотоп фтора 18F (период полураспада 109.8 мин.) может быть получен при облучении натриевой мишени. Генерация идет за счет реакции 23Na(γ,αn)18F. Энергетический порог реакции - 20.9 МэВ. Ожидаемая активность сгенерированного радионуклида при увеличении времени облучения до 3T1/2 составляет ~0.1 Ки.
Применяемый в радиоиммунотерапии изотоп 47Sc (период полураспада 3.4 сут.) может быть получен при облучении мишени 48Ti. Генерация идет за счет реакции 48Ti (γ,p) 47Sc. Энергетический порог реакции 11.4 МэВ. При длительности облучения мишени, равной T½, активность 47Sc будет на уровне ~1.3 Ки. При уменьшении длительности облучения до одних суток, активность радионуклида составит ~0.4 Ки.
Перспективный к применению в позитронно-эмиссионной томографии изотоп галлия 68Ga (период полураспада T1/2=68 мин) может быть получен при облучении мишени из 70Ge. Генерация 68Ga идет параллельно по двум каналам: 70Ge(γ,d)68Ga и 70Ge(γ,pn)68Ga. Энергетический порог этих реакций близок к 18.8 МэВ. Активность сгенерированного таким образом изотопа 68Ga будет составлять ~0.14 Ки.
Используемый в радиоиммунотерапии изотоп индия 111In (период полураспада 2.83 сут) может быть получен в двухэтапном процессе. Вначале при облучении мишени из 112Sn за счет реакции 112Sn(γ,n)111Sn образуется изотоп олова 111Sn, который с периодом полураспада 35 мин испытывает β+-распад и электронный захват, приводящие к образованию 111In. Активность сгенерированного 111In будет составлять ~5.4 Ки. Если время облучения мишени уменьшить до 1 суток, то активность будет ~1.9 Ки. При восьмичасовом облучении наработанная активность составит ~0.63 Ки.
Полученные расчетные значения активностей превышают максимальную величину активности радиоизотопов применяемых для диагностических и терапевтических целей, равную 30 мКи [8]. А для изотопа 18F, широко используемого при создании диагностических РФП, превышение оказывается 10-20-кратным, поскольку, как правило, активность РФП для одной процедуры составляет 5-10 мКи [9, 10].
Таким образом, приведенные примеры указывают на работоспособность и эффективность заявляемого способа.
Источники информации
1. Статус и перспективы развития ядерной медицины и лучевой терапии в России на фоне мировых тенденций (аналитическая справка). М., 2008 г. 184
2. Ruth T.J., Pate B.D., Robertson R., Porter J.K. International Journal of Applied Radiation and Isotopes. Part B: Nucl. Med. Biol. 1989, B16, N.4, pp.323-336.
3. Isotopes for Medicine and the Life Sciences (edited by S.J. Adelstein, F.J. Manning). National Academy Press, Washington, USA, 1995.
4. M.J. Welch. Production of Radioisotopes for Biomedical Studies Using Photonuclear Reactions, in: Proc. Int. Conf. on Photonuclear Reactions and Applications (edited by B.L. Berman), CONF-730301, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California, USA, 1973, pp.1179-1197.
5. J.M. Link, K.A. Krohn, and W.G. Weitkamp, Irradiation of Thin Targets of Elemental Carbon to Improve the Specific Activity of Carbon-11 Produced from Carbon-12, in Targetry '91 (Paul Scherrer Inst, 1991) pp.151-153.
6. Л.З. Джилавян. Аспекты фотоядерного (12N; 12B)-активационного детектирования взрывчатых веществ с учетом фоновых фотонейтронов. Известия РАН. Серия физическая, 2009, том 73, №6, стр.846-852.
7. Tables of Isotopes. 7th Edition (edited by C.M. Lederer, V.S. Shirley). Wiley, New York, USA, 1978.
8. Патент РФ №2165771, _medicine/medicine_6/medicine_1228.shtml
9. B.L. Shulkin et al. Pheochromocytomas: Imaging with 2-[Fluorine-18]fluoro-2-deoxy-d-glucose PET // Radiology, 212, 35-41 (1999). http://radiology.rsna.org/content/212/1 /35.full
10. Society of Nuclear Medicine Guideline for Sodium 18F-Fluoride PET/CT Bone Scan. http://www.snm.org http://www.snm.org/…/Practice%20Guideline%20NaF%20PET%20V 1.1.pdf
Claims (2)
1. Способ генерации радиоизотопов для ядерной медицины, включающий облучение мишени пучком тормозного излучения и извлечение из мишени образовавшихся радионуклидов методами радиохимии, отличающийся тем, что используют мишень и ядерные реакции, протекающие в мишени, которые приводят к образованию ядер химических элементов, отличных от химических элементов мишени, при этом тормозное излучение генерируется электронным пучком с энергией 40-60 МэВ и при среднем токе пучка 40 мкА в радиаторе толщиной от нескольких десятых до одной радиационной длины для материала радиатора, а длительность облучения мишени составляет один период полураспада генерируемого изотопа T1/2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ядерные реакции, которые приводят к образованию ядер химических элементов, отличных от химических элементов мишени, протекают в одну или две последовательные стадии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012110027/15A RU2500429C2 (ru) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | Способ генерации медицинских радиоизотопов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012110027/15A RU2500429C2 (ru) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | Способ генерации медицинских радиоизотопов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012110027A RU2012110027A (ru) | 2013-09-20 |
RU2500429C2 true RU2500429C2 (ru) | 2013-12-10 |
Family
ID=49183100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012110027/15A RU2500429C2 (ru) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | Способ генерации медицинских радиоизотопов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500429C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR112019027879A2 (pt) * | 2017-06-29 | 2020-08-18 | The South African Nuclear Energy Corporation Soc Limited | produção de radioisótopos |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199165C1 (ru) * | 2001-11-12 | 2003-02-20 | Чувилин Дмитрий Юрьевич | Способ получения радионуклида торий-229 - стартового материала для производства терапевтического препарата на основе радионуклида висмут-213 |
RU2260217C2 (ru) * | 1999-11-30 | 2005-09-10 | Скотт ШЕНТЕР | Способ получения актиния-225 и его дочерних элементов |
-
2012
- 2012-03-15 RU RU2012110027/15A patent/RU2500429C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260217C2 (ru) * | 1999-11-30 | 2005-09-10 | Скотт ШЕНТЕР | Способ получения актиния-225 и его дочерних элементов |
RU2199165C1 (ru) * | 2001-11-12 | 2003-02-20 | Чувилин Дмитрий Юрьевич | Способ получения радионуклида торий-229 - стартового материала для производства терапевтического препарата на основе радионуклида висмут-213 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АЙЗАЦКИЙ Н.И. «Фотоядерный выход медицинских изотопов» PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. №5. Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.169-173 [онлайн]. [. ДАНЬКО С.А. «Об оптимальной толщине мишеней-радиаторов для сильноточных прикладных ускорителей» Письма в ЖТФ, том 19, вып.7, 1993, с.21-23 173 [онлайн]. HABS D. «Production of Medical Radioisotopes with High Specific Activity in Photonuclear Reactions with Beams of High Intensity and Large Brilliance» 08.09.2010 [онлайн]. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012110027A (ru) | 2013-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Iskandrian et al. | Nuclear cardiac imaging: principles and applications | |
Payolla et al. | Radiopharmaceuticals for diagnosis in nuclear medicine: A short review | |
Pupillo et al. | New production cross sections for the theranostic radionuclide 67Cu | |
Kin et al. | New production routes for medical isotopes 64Cu and 67Cu using accelerator neutrons | |
JP2017518492A (ja) | 陽電子放出断層撮影法で使用するための43Sc放射性核種およびその放射性医薬品の製造 | |
Pan et al. | Photo-excitation production of medically interesting isomers using intense γ-ray source | |
De Nardo et al. | A feasibility study of the therapeutic application of a mixture of 67/64Cu radioisotopes produced by cyclotrons with proton irradiation | |
Singh | Radioisotopes: Applications in Bio-Medical Science | |
JP2017040653A (ja) | 放射性物質の製造方法および放射性物質の製造装置 | |
RU2500429C2 (ru) | Способ генерации медицинских радиоизотопов | |
Gopalakrishna et al. | Production of 99 Mo and 64 Cu in a mixed field of photons and neutrons in a clinical electron linear accelerator | |
Chege et al. | A study of the current and potential suppliers of actinium-225 for targeted alpha therapy | |
Pupillo et al. | New results on the natV (p, x) 43Sc cross section: analysis of the discrepancy with previous data | |
Chernyaev et al. | Radiation technology in medicine: Part 2. Using isotopes in nuclear medicine | |
Młyńczyk et al. | 117mSn-the promising radioisotope for use in nuclear medicine | |
Mushtaq | Radiotherapy in Pakistan | |
Knapp et al. | Auger electron-based radionuclide therapy | |
Sadikov | The Use of Radioisotopes in Nuclear Medicine | |
Sodikov et al. | Priority directions of nuclear medicine | |
Pashentsev | Current state and prospects of production of radionuclide generators for medical diagnosis | |
Eerola | Production of pharmaceutical radioisotopes | |
JP5522562B2 (ja) | イットリウム放射性同位体からなる放射性医薬並びにその製造方法及び装置 | |
Avagyan et al. | Estimation of the Productivity Isotope 67Ga on Cyclotron C18 for Nuclear Medicine | |
Zherebchevsky et al. | Modern Technologies for Producing Radionuclides for Nuclear Medicine | |
Ochieng et al. | Kenya’s Proposed Research Reactor: Leveraging Nuclear Technologies for Sustainable Healthcare |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160316 |