Ядерная физика – ядерной медицине

19/02/2014

Последние десятилетия отмечены интенсивным внедрением методов ядерной физики и наукоемких технологий в области, непосредственно связанные с качеством человеческой жизни и, в частности, с развитием совершенно новых отраслей медицины. Использование достижений фундаментальной ядерной науки послужило основой создания совершенно нового направления современной медицины - ядерной медицины. Уникальность методов ядерной медицины состоит в том, что они позволяют диагностировать функциональные отклонения жизнедеятельности органов на самых ранних стадиях болезни, когда человек еще не чувствует симптомы заболевания. Это позволяет быстрее обнаруживать и лечить большое количество разнообразных заболеваний, существенно экономя средства на лечение.

Технологии ядерной медицины, направленные как на диагностику, так и на терапию заболеваний, в основном базируются на использовании различных видов излучений радиоактивных нуклидов. Радиоактивные нуклиды или радиоактивные изотопы - это атомы, ядра которых в отличие от ядер стабильных изотопов, из которых состоит весь окружающий нас мир, имеют другое число нейтронов. Скажем, если ядра углерода-12, и углерода-13, имеющие заряд ядра Z=6 и число нейтронов соответственно 6 и 7, являются стабильными, то ядро углерода-11 с тем же зарядом и числом нейтронов 5 является радиоактивным и распадается с испусканием позитронов - положительно заряженных бета- частиц.

С самого начала основными источниками получения медицинских радионуклидов являлись реакторы на тепловых нейтронах. Поскольку в последнее десятилетие во многих странах ширится общественное движение за запрет строительства новых реакторов, а также за закрытие старых, учеными интенсивно ищутся новые методы производства радионуклидов для медицины. В настоящее время на первое место в производстве радионуклидов выходят ускорители заряженных частиц – циклотроны, как наиболее безопасные и надежные технологические установки.

Кратко процесс получения какого-либо радионуклида может быть описан следующим образом. Мишенное вещество (мишень), ставится на облучение пучком бомбардирующих частиц – это могут быть протоны, альфа-частицы (альфа-частица - это ядро атома гелия-4, имеющее два протона и два нейтрона), или тяжелые ионы. В результате ядерных реакций в веществе мишени образуются различные радионуклиды. Для получения максимального количества требуемого радионуклида необходимо иметь определенное мишенное вещество высокой чистоты и определенный тип пучка бомбардирующих частиц высокой интенсивности. После заданного времени облучения мишень направляется в горячую камеру, где радиохимическими методами производится выделение нужного радионуклида.

Набор производимых на циклотронах радионуклидов во много раз шире и разнообразнее, чем получаемых на реакторах. Используя мишени, содержащие уран-238, в реакции деления на протонных пучках можно в большом количестве получать те же радионуклиды, что и на реакторах на тепловых нейтронах. При этом важно подчеркнуть, что только на ускорителях заряженных частиц можно производить радионуклиды, излучающие позитроны и используемые для ПЭТ – позитронно-эмиссионной томографии. Среди них стронций-82 — генераторный радиоизотоп, который в последнее время очень широко используется для ПЭТ-диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Генераторным называется радионуклид, при распаде которого образуется тот радиоизотоп, который непосредственно используется при проведении медицинских процедур. Например, стронций-82 (материнский изотоп) распадается (генерирует при своем распаде) радионуклид рубидий-92 (дочерний изотоп), который и используется в ПЭТ-диагностике. Удобство использования генераторных изотопов состоит в том, что материнский изотоп (радионуклид-генератор) может иметь достаточно длительное время жизни (период полураспада стронция-82 равен 25.5 суток) и поэтому может быть доставлен практически без потерь в любое, самое отдаленное место. При этом рубидий-82, который вводится пациенту, имеет период полураспада 1.3 мин., т.е. распадается практически сразу после проведения диагностической процедуры и поэтому не накапливается в организме пациента.

Также на циклотронах можно непосредственно получать короткоживущие радиоизотопы, что дает при диагностике и терапии значительное уменьшение дозы радиации, получаемой пациентом. В настоящее время большой интерес проявляется к использованию альфа излучателей при проведении терапевтических процедур злокачественных опухолей на ранней стадии их образования. Альфа-частицы эффективно уничтожают злокачественные образования, по размеру соответствующие размеру клетки (клеточная радиоизотопная хирургия), не повреждая при этом окружающие ткани. Радиоизотопы, испускающие при распаде альфа-частицы - Tb-149 и Ra-223, 224, также могут быть получены на ускорительных пучках.

В настоящее время в России почти все циклотроны, используемые для получения медицинских радионуклидов, имеют низкие энергии бомбардирующих частиц, поэтому набор производимых на них нуклидов достаточно ограничен. Циклотрон РНЦ «Курчатовский институт» (Москва) является в настоящее время единственным циклотроном, обеспечивающим получение выведенного пучка протонов с энергией около 30 МэВ. В результате только на этом циклотроне производится йод-123 высокой радионуклидной чистоты из ксенона-124.

Также в этой связи необходимо упомянуть линейный ускоритель Института ядерных исследований РАН (г. Троицк Московской обл.). На отводе протонного пучка 160 МэВ создана лаборатория с установкой по облучению мишеней током до 120 мкА для получения медицинских радионуклидов. Существенным недостатком данного метода является тот факт, что эксплуатация ускорителей такого рода чрезвычайно затратна, и стоимость производства медицинских радионуклидов на ней значительно дороже, чем при использовании специально конструируемых и изготавливаемых для этой цели циклотронов с энергией протонов до 80 МэВ.

В ПИЯФ НИЦ «КИ» в 2013 г. завершено строительство и в настоящее время проводятся пуско-наладочные работы циклотрона Ц-80. Энергия выведенного протонного пучка будет варьироваться в диапазоне 40-80 МэВ, интенсивность пучка на мишени до 200 µA. Данный циклотрон предназначен для производства широкого спектра радионуклидов для диагностики и терапии, а также для лечения офтальмологических заболеваний путем облучения злокачественных образований глаза. На пучке циклотрона Ц-80 создается радиоизотопный комплекс РИЦ-80 (Радиоактивные Изотопы на циклотроне Ц-80). На данном радиоизотопном комплексе планируется производить все вышеуказанные радионуклиды, а также многие другие, считающиеся в настоящее время наиболее перспективными для использования в диагностике и терапии. На одной из мишенных станций комплекса будет установлен электромагнитный масс-сепаратор – прибор, позволяющий получать разделенные по массам медицинские радионуклиды высокой чистоты. Данный метод обеспечивает разделение получаемых изотопов в элекромагнитных полях, и высокоселективное выделение требуемого радионуклида, что невозможно получить радиохимическими методами.

Одним из основных компонентов ускорительных установок по получению медицинских радионуклидов являются используемые мишенные вещества и мишенные устройства, которые определяют набор получаемых радиоизотопов, эффективность их получения и чистоту. Поэтому разработка новых мишенных устройств, которая в настоящее время интенсивно ведется в ПИЯФ, во многом является ключевым фактором для получения широкого набора медицинских радионуклидов на радиоизотопном комплексе РИЦ-80.

Создаваемый комплекс обеспечит самые широкие возможности в получении медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов как для диагностики, так и для терапии, которых до настоящего времени не было на других Российских установках. По своим параметрам и возможностям РИЦ-80 будет соответствовать самым лучшим зарубежным радиоизотопным комплексам. По возможности получения сверхчистых радионуклидов данная установка не будет иметь мировых аналогов.

к.ф.-м. н. В. Н. Пантелеев

Адрес: Россия, 188300, Ленинградская обл., г.Гатчина, мкр. Орлова роща, д. 1,
ФГБУ «ПИЯФ»

Тел.: +7(813-71) 46025, +7(813-71) 46047,
Факс: +7(813-71) 46047, +7(813-71) 36025

E-mail: dir@pnpi.nrcki.ru

Последнее обновление: 16.04.2014 - Ср  13:42
вебмастер: webadm@pnpi.nw.ru