Transcript CYKLOTRONY PET

METODY WYTWARZANIA RADIOIZOTOPÓW
DLA TOMOGRAFII POZYTONOWEJ
Jerzy Jastrzębski
XII Zjazd Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej
Wrocław, wrzesień 2010
Krótkożyciowe izotopy dla PET
Nuklid
18F
11C
T1/2 Emax β+ Zasięg
+
efekt.
β
(min) (MeV)
(mm)
109,7
20,4
0,635
0,96
0,2
0,4
13N
9,96
1,72
0,8
15O
2,07
1,19
0,5
Target
18O
woda
Ne gaz
N2 - gaz
16O
woda
N2 - gaz
Reakcja
jądrowa
18O(p,n)18F
20Ne(d,
)18F
14N(p,)11C
[10B(d,n)11C]
16O(p,)13N
12C(d,n)13N
14N(d,n)15O
[15N(p,n)15O]
Klasyfikacja akceleratorów
(wg. Wolf and Jones
Klasa
Charakterystyka
Rad. Act. 34(1983)1)
Ep (MeV)
Komentarz
Przykład
akceleratorów
Klasa I
Jedna cząstka
≤11
PET
(p lub d)
Klasa II
Jedna lub dwie cząstki
Eclipse
11 ≤ Ep ≤20 bez 3He i 4He
p,d
Klasa III
Klasa IV
Jedna, dwie lub trzy
cząstki p,d,α
Zwykle tylko p
Siemens
PET, SPECT
20≤Ep≤70
70 - 500
3
He i / lub 4He
GE PETtrace
IBA CYCLONE 18/9
IBA CYCLONE 30
mogą być dostępne
IBA CYCLONE 30XP
SPECT i PET
IBA Arronax
Triumf Ca
Uwaga: w praktyce jedynymi akceleratorami w zastosowaniach medycznych są CYKLOTRONY.
Zasada działania cyklotronu
Stałe pole magnetyczne
Szybkozmienne pole elektryczne,
nadające cząstce naładowanej
S
o masie m
ładunku q
prędkość    (t )
z
B
Na poruszającą się cząstkę w polu elektrycznym
i magnetycznym działają siły
qB
R
x
F1  qB  qE
siła magnetyczna
y
qE
N
B  const .
E  E(t )
m 2
R
F2 
m 2
R
Lorentza
siła elektryczna
odśrodkowa
Siła magnetyczna kompensowana jest przez siłę odśrodkową
qB 

m 2
R
q
BR
m
Zmienne pole elektryczne powoduje przyspieszenie cząstki am  qE ,które powoduje
wzrost prędkości ν co zwiększa wartość promienia R.
S.R. Cherry et al. Physics in Nuclear Medicine
Cyklotron izochroniczny
czas obiegu jednego zamkniętego okręgu
częstość obrotów
f obr 
T
2R

1

q BR
1 q



B
T 2R m 2R 2 m
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)
Akceleracja jonów
Bzewn.
ΔE
Bcentr.
ΔE
R
A
H
D
V
H
H
Kształt wzgórza (nie w skali!)
V
H
αD
Dee
h Dee
E  qVDee sin
2
H
B
B
ΔE
ΔE
f w.cz.
Harmoniczna h :
f obr.
(J. Sura Int. Rep.)
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
tarcza N13
stripper
wyjścia 4, 5 i 6
stripper
wyjścia 1, 2 i 3
nabiegunniki
„dolina”
tarcza F-
pompa dyfuzyjna
duanty
doprowadzenie
nabiegunniki
wysokiej
„wzgórze”
częstości (27 MHz)
From: IAEA Techn. Rep. 468 (2009)
CYKLOTRONY PET
(Ep ≤ 20 MeV)
Producent
Nazwa
cyklotronu
Miejsce produkcji
Siemens
Eclipse HP
Knoxville, TN (USA)
PETtrace
p
11
27
p
11
26
p,d
16.5
26
p
9.6
Louvain-La-Neuve,
Be
24
p,d
18
24
p,d
10
Tokio, Jp.
20
p,d
18
20
p,d
12
17
p,d
19
17
p
14
Uppsala (Sw)
Minitrace
Ion Beam Applic. (IBA) Cyclone 18/9
Cyclone 10/5
Sumitomo Heavy Ind.
HM-18
HM-12
Advanced Cycl. Syst.
TR-19/9
TR-14
Przyspieszane Ep (MeV)
cząstki
27
Eclipse RD
GE Healthcare
Ilość lat
obecności
na rynku
Vancouver, Ca
Zestawienie danych wybranych cyklotronów
CYKLOTRON
Lp.
Parametr
Siemens
GE
IBA
(Eclipse)
(PETtrace)
(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
ST 40
HC 150
HC 40
10
10
4.
5.
Średnica wiązki na tarczy
(mm)
Liczba wyjść wiązki
8
1
~ 15
~ 15
6
8
Centrum Onkologii Bydgoszcz
Cyklotron firmy CTI (obecnie Siemens) - RDS Eclipse
Centrum Onkologii Gliwice
Cyklotron firmy IBA – Cyclone 19/8
Warszawski Ośrodek Produkcji i Badań
Radiofarmaceutyków
Cyklotron firmy GE – PETtrace
Zewnętrzne linie do naświetlania targetów stałych
Przykłady izotopów i reakcji:
Izotop
T 1/2
Zastosowanie
Reakcja
% w naturze
64
Cu
13 h
diagnostyka PET i terapia
64
Ni (p,n)
1
67
Ga
3d
SPECT
(tumor, infections)
67
Zn (p,n)
4
111
In
3d
SPECT
(methastases)
111
13
123
I
13 h
SPECT (159 keV)
(thyroid)
123
1
2.5
124
I
4d
diagnostyka PET i terapia
124
5
Cd (p,n)
Te (p,n)
122
Te (d,n)
Te (p,n)
PETtrace Beam Line
CYKLOTRONY KLASY III
Przykłady reakcji jądrowych wymagających
energii cząstek powyżej 20 MeV
Izotop
T 1/2
67
3d
68
271 d
Ga
Ge
82
Rb
Zastosowanie
Reakcja
SPECT
(tumor )
68
Zn (p,2n)
19
PET
(callibrations)
69
Ga (p,2n)
66
Zn (α,2n)
60
28
25 d →1.3 m PET
(myocardial perf.)
85
Rb (p,4n)82Sr→82Rb
111
3d
SPECT
(methastases)
109
123
13 h
SPECT
(thyroid function)
124
201
9h→73h
In
I
Tl
211
At
7h
% w naturze
SPECT
(cardiology)
Therapy
Ag (α,2n)
48
Te (p,2n)
124
Xe (p,pn)
5
0.1
9h
203
Tl (p,3n)
209
201
Pb→
Bi (α,2n)
72
201
30
Tl
100
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
PETtrace
over 230
cyclotrons
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
NIH (2)
Mayo Clinic
U Michigan
MINItrace
Stanford
•Diversified
Johns Hopkins
(2)
U Wisconsin
•Gamma Plus
UCSF
•Orange Park
Brigham & Women CC
Yale
MSU, Michigan
•Caracas (2)
North Shore
•Monterrey
U Utah
•Bogota
WVU, Morgantown, WV
•
•
•
•
•
•
•
London, Ontario
Halifax
Guadalajara
Buenos Aires
Belo Horizonte
Sao Paulo (2)
Americas
CUDIM, Montevideo
(75)
67 + 8
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)
PETtrace
• Stockholm
• Zürich
• Cambridge
• Manchester
• Glasgow
• Seibersdorf
• Vienna
• Risö, Denmark
• Odense
• Aarhus
• Ulm
• Leipzig
• Tübingen
• Jülich
• Debrecen
• Bologna
• Pisa
• Milan
• Brescia
• Palermo
• Bari
Distributors
• Oslo
• M2i/Erigal (4)
• Bergen
• AAA (4)
• Sevilla
• EuroPet (2)
• Santander • Argos/Iason
• Malaga
(2)
• Belfast
• MAP, Helsinki
• London,
• IBA-CISBIO
Hammersmith (5)
• Kiev
• Biokosmas,
• Istambul
Athens
• La Reunion • NSA, Rome
• Casablanca • NPP, Porto
• Cairo
• CETIR,
• Abu Dhabi
Barcelona
• Johannesburg• MEDTEC,
Santiago
• GE,
Amersham
Asia/Australia (83)
33 + 50
•Sydney
•Melbourne
•Brisbane
•Seoul (3)
•Chunman
•Kuala
Lumpur
PETtrace
•Lahore,
India
Pakistan
• Mumbai (2) •Singapure
• Delhi
(2)
• Bangalore
• Chandigarh •Bangkok
•Aomori
• Chenai
• Hyderabad •Hiroshima
•Osaka
China
• Guang
•Shiga
Zhou
•Niigata
• Zibo
•Hamamatsu
• Fu Zhou
•Taipei (2)
• Nanjing
•Hualian
• Shen Zhen
Europe/Africa (76)
60 + 16
MINItrace
•IBACISBIO (2)
•Florence
•Naples
(2)
•Cuneo
•ReggioEmilia
•Rome
•Brotzu
•Perugia
•Cagliari
•Madrid
•Badajoz
•Moscow
•Beirut
•Ankara
MINItrace
• Brisbane
• Djakarta
• Taegu, S
Korea
• Manilla
• Hanoi
• Hong Kong
(4)
• Taipei
• China (34)
• Japan (6)
PETtrace
MINItrace
PET w terapii hadronowej
PET „on line” do monitorowania naświetleń w terapii hadronowej
D. Schardt et al. Rev. Mod. Phys. 82(2010)383
Ośrodki PET w Polsce
Skanery pracujące
Skanery zamówione
Cyklotron działający
Cyklotron w budowie
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 CENTRE
at
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”
WARSAW
SEPTEMBER 2012