Aspetti Generali Il radiofarmaco: E una molecola metabolizzata dall organismo, marcata con un radioisotopo. Aspetti Generali

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1 Il radiofarmaco: E una molecola metabolizzata dall organismo, marcata con un radioisotopo Viene somministrato in quantità trascurabile, ma sufficiente per essere rilevato con dispositivi esterni, capaci di localizzare le emissioni del radionuclide. Il radionuclide e generalmente un atomo di un elemento [beta->gamma] emittente, scelto considerando vari parametri: Tempo di dimezzamento (T/2) Energia fotoni emessi Metodica di preparazione (reazione nucleare) Comportamento chimico (reazione chimica) Radionuclidi più utilizzati per indagini PET-TC 1

2 Dal decadimento di tipo β + si origina un positrone (elettrone con carica positiva), che dopo circa 10-9 secondi ed uno brevissimo spazio percorso (pochi millimetri) và incontro ad annichilazione. Un elettrone orbitale ed il positrone si uniscono, la massa scompare e si trasforma in due fotoni con energia di 511KeV (radiazione γ) emessi simultaneamente in direzioni contrapposte. Il radiofarmaco viene introdotto nell organismo attraverso diversi metodi: Soluzioni o sospensioni Aerosol Iniezione Endovenosa Inalazione Metodica di indagine funzionale: Il radiofarmaco si concentra nell organo oggetto di studio e si comporta come tracciante di una particolare funzione biologica. La distribuzione intratissutale del radiofarmaco è legata alla attività metabolica dei tessuti esaminati. 2

3 Il radiofarmaco viene trasportato dal flusso ematico e metabolizzato dall organismo. Radiofarmaco Accumulo nei tessuti Eliminazione Scopo Diagnostico Scopo Terapeutico Diagnostica per immagini Studio morfologico Studio funzionale Rx Attenuazione Rx Emissione Gamma Studio morfologico 2D 2D 3D 3

4 Studio funzionale 2D 2D 3D Studio morfologico Studio funzionale PET-TC Produzione del Radiofarmaco I radiofarmaci sintetizzati con radionuclidi a breve tempo di dimezzamento sono prodotti nella stessa sede della loro utilizzazione, o trasportati a breve distanza. Ciclotrone Radioisotopo Somministrazione Precursore Modulo sintesi Radiofarmaco 4

5 Produzione del Radionuclide I radionuclidi per uso biomedico sono prodotti utilizzando ciclotroni dedicati. Le reazioni nucleari avvengono internamente al target, dove fasci di particelle cariche interagiscono e trasformano gli atomi della sostanza in esso contenuta. Presso il nostro Ciclotrone il target installato consente il bombardamento di H 2 18 O per la produzione di 18 F in forma di fluoruro. La maggioranza dei radiocomposti attualmente prodotti prevede come radionuclide l uso del 18 F. Struttura del ciclotrone Il ciclotrone è una macchina utilizzata per accelerare pacchetti di particelle cariche utilizzando un campo elettrico ad alta frequenza ed un campo magnetico. La sezione acceleratrice ha forma circolare, le particelle cariche si originano nella zona centrale e seguono un percorso spiraliforme verso l estero Target Dee Struttura del ciclotrone: La sorgente di ioni La sorgente di ioni Ion Source crea particelle cariche a partire da H 2. Sottoposto all effetto di un campo elettrico l idrogeno subisce ionizzazione passando allo stato plasmatico. Gli ioni negativi del plasma vengono accelerati per effetto del campo elettrico e deviati per effetto del campo magnetico. 5

6 Struttura del ciclotrone Tutta la sezione acceleratrice è chiusa in un contenitore a forma cilindrica. Esternamente sono presenti i conduttori in rame che per effetto della corrente elettrica generano il campo magnetico Internamente alla sezione acceleratrice i Dee provvedono a fornire la differenza di potenziale ai poli elettrici. Struttura del ciclotrone Struttura del ciclotrone: Il vuoto Internamente la sezione acceleratrice e sottoposta a vuoto spinto, ottenuto impiegando una pompa meccanica ed una pompa a diffusione La pompa meccanica permette di raggiungere un valore di vuoto di circa 10-3 bar 6

7 Struttura del ciclotrone: Il vuoto Pompa a pistoni rotanti 1 Pistone 1 2 Corpo Pompa 3 Pistone 2 A Ingresso B Zona intermedia C Uscita Per superare i limiti fisici e meccanici della pompa meccanica, in parallelo lavora una pompa a diffusione. Questo tipo di pompa non possiede parti meccaniche in movimento. Si basa sulla capacita dei vapori di un olio (a bassa tensione di vapore) di catturare molecole. Pressioni di circa 10-8 bar Struttura del ciclotrone: Il vuoto Il target è il bersaglio del bombardamento: internamente in una camera di piccolo volume (1-2ml) è contenuta la sostanza da sottoporre al bombardamento delle particelle La sostanza da bombardare è separata dalla sezione acceleratrice per mezzo di foglietti (foil) costruiti con particolari leghe metalliche 7

8 Il target bersagliato da un fascio protonico è sottoposto anche ad una notevole azione di riscaldamento Sono presenti dispositivi di raffreddamento ad acqua e ad elio, ambedue a circuito chiuso Corpo in Argento Calettato Elicoflex Raccordi In/Out media Supporto O-Ring Raccordi In/Out H 2 O 8

9 Foils Altamente Radioattivi Raccordi In/Out He Supporto O-Ring Attacco chamber Viti di assemblaggio Schermatura in teflon O-Ring 9

10 Nel ciclotrone MiniTrace installato è presente un solo target, ma è possibile installarne altri quattro, per permettere il bombardamento di diverse sostanze anche con un fascio ripartito su due bersagli. Per il caricamento del target è presente un dispositivo esterno elettropneumatico che carica il liquido in modo automatico Nella fase di bombardamento il liquido è tenuto ad una pressione di 30 bar Cabinet supporto target Lateralmente alla struttura del ciclotrone è presente il cabinet in cui sono contenuti i liquidi bersaglio Il caricamento dei liquidi nel target viene effettuato in modo automatico per mezzo di siringhe in vetro comandate da pistoni pneumatici I componenti sono collegati tra loro per mezzo di tubazioni in tefzel o teflon da 1/16. Sono presenti inoltre valvole pneumatiche che instradano i liquidi in percorsi differenti in base alle necessità Cabinet supporto Target Vial Valvola a 3 vie Siringa Finecorsa pistone Cilindro Pneumatico 10

11 Struttura del ciclotrone: Cooling system Nel ciclotrone le elevate potenze in gioco generano una dissipazione termica notevole. La maggiore dissipazione termica si ha per effetto della corrente del magnete. Sono dissipati circa 30kW. I sistemi utilizzati per il raffreddamento sono: Circolazione forzata di acqua a 25 C Circolazione forzata di elio (target) a 1 bar Struttura del ciclotrone: Cooling system Per motivi radioprotezionistici sono presenti due Sistemi di raffreddamento ad acqua: Circuito interno: utilizza acqua distillata e permette il raffreddamento di tutto il ciclotrone (compreso il circuito dell elio). Circuito esterno: permette attraverso uno scambiatore di calore di raffreddare il circuito interno. La temperatura del circuito esterno è di circa C Struttura del ciclotrone: Cooling system Il Circuito esterno: viene utilizzato anche per il mantenimento della temperatura ambiente (25 C) I gruppi refrigeratori sono installati sul tetto dei locali PET e Ciclotrone 11

12 Uso e manutenzione del ciclotrone Il ciclotrone viene comandato a distanza attraverso due consolle: Service system : utilizzato per le operazioni di manutenzione e controllo dei sottosistemi della macchina (manutenzione GE). Con il service system possono essere modificati e monitorizzati tutti i sottosistemi della macchina. E demandato all operatore l uso corretto del sistema. Operazioni errate possono danneggiare (SERIAMENTE!) la sezione acceleratrice. Uso e manutenzione del ciclotrone Master system : utilizzato per le operazioni rutinarie da parte degli operatori Durante le fasi di bombardamento l accesso al locale ciclotrone è impedito per mezzo di una porta con elettroserratura. Prima del funzionamento nel locale ciclotrone viene effettuata la ronda di sicurezza. Uso e manutenzione del ciclotrone Le operazioni di manutenzione del ciclotrone sono: A cura della ditta costruttrice (GE) Manutenzione Periodica semestrale Manutenzione Straordinaria per guasto o upgrade A cura degli operatori (TSRM, FISICI, TSLB) Manutenzione periodica del target Manutenzione e sostituzione dei materiali di consumo H 16 2 O, H 18 2 O Controllo dei gas di alimentazione, linee di trasferimento, filtri. Monitoraggio ambientale 12

13 Durante il funzionamento della macchina (beam on) i sistemi elettronici ed il software provvedono autonomamente al controllo ed al mantenimento del fascio radiante. In un file di Log vengono registrati tutti i parametri fondamentali di funzionamento. Corrente e Tensione della Ion Source Monitoraggio del ciclotrone Monitoraggio del ciclotrone Tensione ai Dee,Valore RF, Corrente al Magnete La RF è indispensabile per la sincronizzazione delle particelle in accelerazione Il valore del campo magnetico influisce sulla traiettoria delle particelle Monitoraggio del ciclotrone Corrente al Target e all Extraction Foil La corrente di target è la corrente effettiva che colpisce il materiale da irradiare, ed una parte di questa genera reazione nucleare La corrente di Foil indica la capacità di estrazione degli elettroni 13

14 Monitoraggio del ciclotrone Corrente di Probe e corrente ai Collimatori La corrente ai collimatori indica la corrente di fascio dispersa che non colpisce il target. Una corrente elevata ai collimatori indica una collimazione di fascio inefficiente. Una elevata corrente ai collimatori rende scarsa l efficienza del ciclotrone. La corrente di probe viene misurata all origine del fascio, (uscita IS). Valore di Vuoto Monitoraggio del ciclotrone Il vuoto è necessario per permette alle particelle cariche accelerate di non collidere con molecole o atomi atmosferici. Inoltre le elevate tensioni presenti nella chamber causerebbero scariche di cortocircuito in presenza di molecole atmosferiche Monitoraggio del ciclotrone Altro parametro da valutare (al termine del bombardamento) è il tempo di delivery, ossia il tempo impiegato affinché tutto il contenuto del target venga trasferito per mezzo di capillari alla fase successiva di sintesi. Uno dei problemi operativi più frequenti è dato dalla impossibilità di trasferire il contenuto del target, altre volte il tempo di trasferimento risulta aumentato per la presenza di particelle che depositandosi sul filtro chiude il passaggio del liquido. Le particelle depositate a livello del filtro indicano una usura del target (particelle argentate) e/o del Foil (particelle attive). 14

15 Dai parametri registrati è possibile inoltre ricavare: Efficienza di trasmissione del fascio Ampiezza del fascio Monitoraggio del ciclotrone Bilanciamento delle correnti Maggiore precisione nel calcolo della attività stimata Il controllo di tutti questi parametri permettono di effettuare correzioni dei parametri di fascio per aumentare la resa, nonché prevenire o predire malfunzionamenti o guasti alla macchina. Il ciclotrone: MiniTRACE General Electric Caratteristiche principali: Autoschermatura totale Porta di ingresso al locale interbloccata Energia di fascio 9,6 MeV Corrente di fascio 50 ua (sul target) 2,6-2,8 Ci max per produzione ( 18 F) Peso totale 35 tonnellate 15