«Применение радиофармацевтических препаратов, как метода радиоизотопной диагностики в медицине»

Вид материала

Литература

Содержание Цель работы Радиофармацевтические препараты Ядерный реактор ИРТ-Т НИИ ЯФ при ТПУ Получение молибдена-99. Сорбционные технологии получения технеция-99м. Внешний вид технологического комплекса и его аналитических лабораторий Радиоизотопная диагностика В радиоизотопной диагностике используют два способа Методы радиоизотопной диагностики Радиометрия всего тела Сканирование и сцинтиграфия Определение радиоактивности биологических проб Радиоизотопное исследование в пробирке Мы побывали в отделении радионуклидной диагностики ОКБ и наблюдали исследования костей и сердца. Медицинская статистика исследований радиофармацевтическими препаратами в отделении радиоактивной диагностики Томской Областной к Вид исследования Радионуклидная ренгенография Сканирование щитовидной железы Сканирование печени Сканирование лёгких ... Полное содержание

Подобный материал:

• Лекция №  1, 30.19kb.
• Тестовые задания по патологической физиологии для обучения и контроля знаний, 2798.52kb.
• Курсовая работа Применение метода проблемного обучения в школе Содержание, 626.17kb.
• Применение психотропных и наркотических лекарственных средств в медицине: лечим пациентов, 359.34kb.
• Учебная программа сертификационного цикла повышения квалификации " Актуальные проблемы, 163.45kb.
• Основы кейс-метода когда возник кейс-метод и как развивался, 1526.98kb.
• Ультразвуковые методы диагностики в невропатологии и нейрохирургии детского возраста, 1897.14kb.
• Образовательная программа 200300 Биомедицинская инженерия Дисциплина Применение ультразвука, 34.33kb.
• Антибиотики и их применение в сельском хозяйстве, 961.14kb.
• Управление образования администрации г. Белгорода Муниципальное общеобразовательное, 153.08kb.

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №13 г.Томск


«Применение радиофармацевтических препаратов, как метода радиоизотопной диагностики в медицине»


Работу выполнила

ученица 11 «А»класса Карькова Екатерина

Руководители:

Ашурова Светлана Борисовна,

Пулинец Ольга Анатольевна


г.Томск 2008г.

Содержание:

• Введение
  
• Цели и задачи исследовательской работы
  
• Изотопы
  
• Радиофармацевтические препараты
  
• Получение молибдена-99.
  
• Сорбционные технологии получения технеция-99м.
  
• Радиоизотопная диагностика
  
• Выводы
  
• Заключение
  
• Литература
  

Введение


Человеческое общество склонно отвергать новейшие достижения научно-технического прогресса, поскольку видит в них экологическую угрозу. Такое противоречие характерно для каждой эпохи развития производительных сил общества, достаточно вспомнить, с каким страхом человек встречал появление таких источников энергии, как огонь, пар, электричество.

Сегодня никакая другая отрасль промышленности не зависит от общественного мнения столь сильно, как атомная энергетика. Полное и постоянное информирование общественности о деятельности предприятий атомной промышленности – это основной способ формирования общественного мнения.

В годы засекреченности атомной науки и техники многое скрывалось, информация по ядерной энергетике была крайне мала, что нанесло глубокий вред развитию и воспитанию общественного сознания. Великий русский ученый В. И. Вернадский, посвятивший изучению явления радиоактивности значительную часть своей жизни, писал: «Это открытие произвело огромный переворот в научном мировоззрении, вызвало создание новой науки, отличной от физики и химии, учение о радиоактивности, поставило перед жизнью и техникой практические задачи совершенно нового рода, открыло горизонты возможностей, совершенно неожиданных и, казалось, навсегда, от человека закрытых. … А теперь перед нами открываются в явлениях радиоактивности, источники атомной, в миллионы раз превышающие все те источники сил, какие рисовались человеческому воображению. … Как ни труден этот путь, нет никакого сомнения, что человечество пойдет по нему. Ибо с получением радия, источника лучистой энергии, связаны для него интересы огромного научного и практического значения. … Работа эта уже началась и не может быть остановлена.» (В. И. Вернадский. Избранные сочинения, 1954 г.)


Цель работы:

Показать значимость использования радиоактивных изотопов как элемента ядерной энергии.


Задачи:

1. Проследить процесс получения радиоактивных изотопов на ядерном реакторе ИРТ-Т НИИ ЯФ при ТПУ в г. Томске.
   
2. Рассмотреть вопрос, связанный с применением радионуклидов в медицине в Областной клинической больнице, для диагностики заболеваний.
   
3. Проанализировать статистические данные, полученные в Областной клинической больнице при исследовании радиофармацевтическими препаратами в отделении радиоактивной диагностики.
   

Изотопы


Точные измерения масс атомов показали, что все химические элементы имеют изотопы. Изотопами называются атомы с одинаковым числом Z протонов, но с разным числом N нейтронов в атомном ядре. При одинаковом числе протонов атомы изотопов обладают одинаковым строением электронных оболочек. Следовательно, они являются атомами одного химического элемента и обладают одинаковыми химическими свойствами. Различие в количестве нейтронов в ядрах изотопов приводит к различию в массах ядер изотопов и существенным различиям свойств атомных ядер изотопов.

В настоящее время известно 106 химических элементов. Из них только 81 элемент имеет как стабильные, так и радиоактивные изотопы. Для остальных 25 элементов известны только радиоактивные изотопы. В общей сложности в настоящее время доказано существование около 1700 нуклидов, причем число изотопов, известных для отдельных элементов, колеблется от 3 (для водорода) до 29 (для платины). Из этих нуклидов только 271 нуклид являются стабильными, остальные радиоактивные. Около 300 из них находят или могут найти практическое применение в различных сферах человеческой деятельности.


Радиофармацевтические препараты


Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов (РФП) для ранней диагностики заболеваний различных органов человека и для целей терапии. РФП - химическое соединение, содержащие в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид и разрешенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения.



Сцинтиграмма грудной клетки человека (темные пятна – костные метастазы)

Областью массового использования радионуклидов является ядерная медицина. На ее нужды расходуется более 50 % годового производства радионуклидов во всем мире. В состав живого организма входят, помимо 5 основных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота и кальция), еще 67 элементов периодической системы Менделеева.

Поэтому в настоящие время трудно представить клинику у нас или за рубежом, в которой при установлении диагноза заболевания не использовались бы различные радиоактивные препараты и меченные ими соединения. Учитывая большие перспективы использования радионуклидной диагностики, растет и расширяется число методов исследования, в которые входят как давно апробированные, использующие хорошо известные радиоактивные нуклиды, так и совершенно новые способы, в которых применяются ранее не встречавшиеся в клинической практике радионуклиды.



Йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют и для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).



Сцинтиграмма печени. Накопление препарата (показано стрелкой) позволяет отдифференцировать билому.



Нативные сцинтиграммы миокарда, полученные после инъекции 201Tl и 199Тl.




Сцинтиграммы сердечной мышцы больного ишемией (тесты: нагрузка-покой), полученные с использованием РФП «Таллия хлорид,199Т1».


Ядерный реактор ИРТ-Т НИИ ЯФ при ТПУ





В данный момент в городе Томске производителем радиоизотопов является ИРТ-Т

НИИ ЯФ при ТПУ. Он производит технеций-99m, таллий-199, радиоактивный йод,

молибден-99. Реактор ИРТ-Т НИИ ЯФ при ТПУ введен в эксплуатацию в 1967 г. Он является типовым реактором бассейного типа, где в качестве теплоносителя используется деионизованная вода. В период с 1977 по 1984 г.г. была проведена его полная реконструкция с заменой бака и внутрибаковых устройств, системы охлаждения активной зоны, систем управления и защиты, контрольно-измерительных приборов и т.д. Это позволило повысить тепловую мощность установки с 2 до 6 МВт. Реактор ИРТ-Т имеет 10 горизонтальных экспериментальных каналов (ГЭК) и 14 вертикальных (ВЭК). Из 10 ГЭК, восемь каналов - радиальные с диаметром 100 мм, один касательный сквозной с диаметром 150 мм, другой -касательный с односторонним доступом. Три радиальных ГЭК оборудованы пневмотранспортными системами, обеспечивающими автоматизированные аналитические комплексы.

Два вертикальных канала с диаметром 32 мм установлены в центре активной зоны реактора. При работе реактора на мощности 6 МВт в в них достигается максимальная плотность потока тепловых нейтронов 1,7×1014 н/см2×с, а быстрых – 2×1013 н/см2×с. Одиннадцать других ВЭК расположены за пределами центральной зоны и имеют диаметр 55 мм. Средняя величина потока нейтронов в них составляет 2-5×1013 н/см2×с.



Исследовательский реактор ИРТ-Т и его активная зона.

Реактор располагает двумя «горячими» камерами, оборудованными копирующими манипуляторами для проведения работ с высокоактивными мишенями. В одной из них (камера 2-го этажа здания реактора) в 1987 г. был смонтирован экстракционный генератор технеция-99m. На схеме это бериллиевый блок с экспериментальным каналом




Тепловыделяющая сборка;

Компенсирующие стержни;

Бериллиевый блок;

Бериллиевый блок с экспериментальным каналом;


Картограмма активной зоны реактора

и экспериментальных устройств.





Получение молибдена-99.


Молибден-99 наиболее значимый радионуклид для ядерной медицины. К середине 90-х годов объем его мирового производства приблизился к 10 тыс. Ки в неделю (ядерные реакторы Канады, Бельгии, ЮАР, России и др.), что в денежном эквиваленте составило около 100 млн. долларов США в год.

Основным источником получения молибдена-99 являются ядерные реакторы, где применяются две основные ядерные реакции: реакция деления урана-235 - 235U

(n,f) 99Mo и реакция радиационного захвата 98Mo (n,g) 99Mo, протекающая на молибдене природного состава или на молибдене-98, обогащенном до 90% и более.

При делении урана-235 помимо молибдена-99 (выход 6,1%) образуется более 20 долгоживущих радионуклидов с периодами полураспада от 0,1 до 60 дн. и с массовыми числами от 72 до 161. При этом вместе с гамма-излучающими образуются и a-излучающие изотопы трансурановых элементов (например, 239Pu). Необходимость в последующей переработке и утилизации отходов производства приводит к большим экологическим проблемам, что послужило причиной закрытия многих реакторов Западной Европы (Карлсруе, Россендорф и др.).

Для получения осколочного молибдена, как правило, используют мишени из обогащенного урана-235 в виде сплавов с другими металлами, типа 235U-Alx, либо в виде порошкообразной смеси двуокиси (UO2) или закиси-окиси (U2O8) c окисью алюминия или цинка при соотношении 1:5. Подобные мишени применяют, например, в России (г. Обнинск) на реакторах Физико-энергетического института (уран-графитовый реактор АМ) и филиала НИФХИ им. Л.Я. Карпова (ВВР-Ц). После облучения мишени охлаждают в течение нескольких суток и растворяют в азотной или серной кислоте с последующей экстракцией 99Мо. На завершающих стадиях проводят тонкую очистку методами хроматографии или сублимации.

В последние годы, как в России, так и за рубежом ведутся интенсивные поиски путей снижения объемов радиоактивных отходов, образующихся при производстве осколочного 99Мо. При проведении исследований, была испытана капсула-устройство для облучения урана-235, позволяющая проводить выделение летучих осколков, в том числе и 99Мо, образующихся при разогреве мишени непосредственно в процессе ее облучения тепловыми нейтронами. Остальные продукты деления (большая их часть) при этом остаются в капсуле.

Принципиальным решением проблемы снижения отходов являются новые технологии, основанные на использовании гомогенных ядерных реакторов с жидким топливом в виде водяного уранилсульфатного раствора или солевого расплава фторидов лития, бериллия, урана и других металлов. Два из восьми таких действующих реакторов находится в России. Наблюдаемый самопроизвольный выход осколочного 98Мо из жидкосолевого топлива в газовую фазу в виде аэрозолей способствовал созданию нового способа его получения с помощью герметичных петлевых установок, заполненных жидким топливом. В этих установках, образующийся молибден-99 мигрирует к границе раздела соль-газ и переходит в газовую фазу. Тем самым происходит его отделение от топлива, содержащего основную массу осколков. Последующую очистку 99Мо производят на сорбентах или вымораживающих ловушках. Петлевая установка мощностью 100 кВт может обеспечить наработку до 1000 Ки 99Мо. При этом в качестве источника нейтронов может быть использован не только ядерный реактор, но и линейный ускоритель или циклотрон.

Исследована возможность получения 99Мо из урана-238 под действием ускоренных протонов с энергией более 12 Мэв. Авторы считают, что при современном уровне ускорительной техники достижим выход по 99Мо порядка 17 Ки/мкА×ч и что данный способ может со временем стать альтернативным реакторному.

Способ получения 99Мо из урана, помимо возможности наработки высоких удельных активностей, обеспечивает, практически, полное отсутствие в получаемом продукте носителя в виде стабильных атомов молибдена (суммарный выход изотопов 95Мо, 97Мо и 100Мо, образующихся при делении урана, не превышает 18,1 %). Это обстоятельство способствует созданию малогабаритных мобильных установок для их последующего применения в медицине.




Сорбционные технологии получения технеция-99м.


Для отделения технеция-99м от молибдена-99 используются специальные устройства и установки, называемые генераторами технеция.

операторская


В результате проведенных реконструкций на реакторе ИРТ-Т впервые в России был создан и аттестован комиссиями Министерства здравоохранения РФ технологический комплекс по производству РФП в полном соответствии с требованиями стандартов GMP.


Внешний вид технологического комплекса и его аналитических лабораторий.












Исходя из применяемого метода разделения, генераторы подразделяются на три основных типа: сорбционные (хроматографические), сублимационные и экстракционные. По объему выпуска и применения в мировой медицине главенствующие позиции занимают генераторы сорбционного типа. Это, в первую очередь, обусловлено их компактностью и возможностью безопасной транспортировки на большие расстояния от мест производства.




Некоторой разновидностью сорбционного генератора является гелевый генератор технеция-99м . Роль сорбирующей матрицы здесь выполняет окись циркония, которая образуется путем смешивания раствора полимолибдата натрия с раствором хлористого цирконила (ZrOCl2 × 8H2O). Получающийся в результате этой операции гель отфильтровывают, заливают водой и через сутки после перемешивания производят отделение технеция. Выход радионуклида составляет 91-94 %. Основное достоинство такой технологии, помимо возможности снижения радиоактивных отходов, состоит в том, что она является концентрирующей. Это дает возможность ее использования для изготовления генератора из молибдена-99, полученного по реакции радиационного захвата. Данный тип генератора может с успехом послужить заменой традиционному хроматографическому генератору в странах с неразвитой ядерной индустрией (Индии, Чехословакии и т.д.), а также в связи с более его низкой стоимостью.


Радиоизотопная диагностика




Радиоизотопная диагностика - распознавание патологических изменений в организме человека с помощью радиоактивных соединений. Она построена на регистрации и измерении излучений от введенных в организм препаратов. С их помощью изучают работу органов и систем, обмен веществ, скорость движения крови и другие процессы.


В радиоизотопной диагностике используют два способа:
1) Больному вводят радиофармацевтический препарат с последующим исследованием его движения или неодинаковой концентрации в органах и тканях.
2) В пробирку с исследуемой кровью добавляют меченые вещества, оценивая их взаимодействие. Это т.н. скрининг-тест для раннего выявления различных заболеваний у неограниченно большого контингента лиц.

Показаниями к радиоизотопному исследованию являются заболевания желез внутренней секреции, органов пищеварения, а также костной, сердечно-сосудистой, кроветворной систем, головного и спинного мозга, легких, органов выделения, лимфатического аппарата. Проводят его не только при подозрении на какую-то патологию или при известном заболевании для уточнения степени поражения и оценки эффективности лечения.

Противопоказаний к радиоизотопному исследованию нет, существуют лишь некоторые ограничения. Большое значение имеет сопоставление радиоизотопных данных, рентгенологических и ультразвуковых. Для большинства диагностических тестов используются короткоживущие радиоизотопы, что бы оказать минимальное вредное воздействие на организм. Для исследования берется радиоактивный изотоп и метится определенным тропным препаратом, который будет накапливаться (или не накапливаться, в зависимости от исследования) в определенном органе. В медицине в основном используется радиоактивный технеций-99М (с периодом полураспада 6 часов).





Методы радиоизотопной диагностики


Радиография - регистрация динамики накопления и перераспределения органом введенного радиоактивного препарата. Применяется для исследования быстро протекающих процессов, таких, как кровообращение, вентиляция легких и др.

Радиометрия всего тела - осуществляется с помощью специального счетчика. Метод предназначен для изучения обмена белков, витаминов, функции желудочно-кишечного тракта, а также для исследования естественной радиоактивности организма и его загрязненности продуктами радиоактивного распада.




Сканирование и сцинтиграфия предназначены для получения изображения органов, избирательно концентрирующих препарат. Получаемая картина распределения и накопления радионуклеида дает представление о топографии, форме и размерах органа, а также о наличии в нем патологических очагов.

Определение радиоактивности биологических проб - предназначено для изучения функции органа. Рассматривается абсолютная или относительная радиоактивность сыворотки крови.

Радиоизотопное исследование в пробирке - определение концентрации гормонов и других биологически активных веществ в крови. При этом радионуклеиды и меченые соединения в организм не вводят; весь анализ базируется на данных в пробирке.




Мы побывали в отделении радионуклидной диагностики ОКБ и наблюдали исследования костей и сердца.


Процедура начинается с введения больному радиоактивного препарата, тропного определенному органу (исследуемого) и в патологических участках он либо накапливается очень сильно, либо совсем не накапливается.





Затем больной помещается под гамму-камеру, в датчике которого установлен большой кристалл йода. Датчик воспринимает g-лучи, которые испускает больной.





гамма-камера





Затем информация поступает на компьютер, где врач уже может поставить предварительный диагноз. Показатели снимаются с трех разных ракурсов.

В среднем по стране приходится1350 исследований на одну гамма-камеру.





Перфузионные сцинтиграммы легких больного тромбоэмболией


Медицинская статистика исследований радиофармацевтическими препаратами в отделении радиоактивной диагностики Томской Областной клинической больницы.

Вид исследования	Количество исследований по годам
	2005	2006	2007
Радионуклидная ренгенография	1206	1281	889
Радионуклидная ренгенография с определением остатка мочи	33	10	-------
Сканирование щитовидной железы	120	173	118
Сканирование почек	7	644	53
Сканирование печени	200	198	213
Сканирование костей	42	54	86
Сканирование лёгких	31	36	38
Динамическая сцинтигафия почек	699	642	683
Динамическая сцинтигафия печени	4	8	0
Вид исследования	Количество исследований по годам
	2005	2006	2007
Эмиссионная компьютерная томография головного мозга	-------	-------	0
Радионуклидная лимфография	3	2	2
Радионуклидная аортоартериография	--------	-------	1
Сцинтигафия миокарда с пирофосфатом	30	41	28
Эмиссионная компьютерная томография сердца с технетрилом	64	52	70
Динамическая сцинтигафия почек с определением остаточной мочи	1	4	0
Сцинтигафия яичек	1	2	2

Выводы


Таким образом:

1)Очевидно что использование радионуклидных изотопов в медицине это не дань моде, а жизненная необходимость от которой зависит правильность диагноза пациента, а порой и сама его жизнь. Возможность определить болезнь на ранних стадиях, точно и не принося вреда человеку, позволяет медицинской диагностики подняться на более высокий уровень. Радионуклиды и меченые ими соединения широко используются для проведения высокоинформативных диагностических исследований в кардиологии, онкологии, эндокринологии, пульмонологии и других областях медицины.

По приведенной выше статистике мы видим что этот вид диагностики заболеваний, хотя и очень новый, становится одним из ведущих в медицине, так как дает точное представление о болезни, а значит позволяет назначить более эффективный курс лечения. Но к сожалению провести его пока можно только в крупных медицинских центрах. В городе Томске это Областная клиническая больница, кардиологический центр и онкологический центр.



2)Изучив возможности получения, использования и применения радионуклидов в медицине мы пришли к выводу что рассмотренные выше методы и технологии получения короткоживущих радионуклидов и РФП 99Tc m и 199Tl ориентированы, главным образом, на «местное» производство и потребление. Срок годности и радиус транспортировки такой продукции определяется в основном временем физического распада радионуклидов. В условиях России наиболее значимым вариантом, с точки зрения обеспечения клиник короткоживущей продукцией, является организация на имеющихся в регионах ядерных реакторах собственных производств сорбционных генераторов технеция-99m.

Необходимость создания таких производств диктуется сложностью, а порой в и невозможностью своевременной доставки генераторов из центра России в отдаленные районы, в частности, в города Сибири и Дальнего Востока, не имеющие прямой авиасвязи с Москвой.

Не маловажным фактором, влияющем на потребительский спрос и возможность приобретения радионуклидной продукции клиниками, финансируемыми из областного бюджета, является высокая стоимость самой транспортировки (до 30 % от стоимости продукции). крупных городах, главным образом, областных и краевых центрах, расположенных от Томска в радиусе до 2000 км, насчитывается более 25 гамма-камер. Для обеспечения ритмичной работы которых требуется до 1000 генераторов в год.

Для того, что бы на день поставки в клинику активность генератора с учетом естественного распада при транспортировке была не менее 300-500 мКи (11-19 ГБк), исходная активность 99Мо в генераторе на момент его изготовления должна составлять около 1 Ки. Соответственно для производства 1 тысячи генераторов в год или 25 штук в неделю необходимо еженедельно нарабатывать до 25 Ки молибдена-99.

На базе исследовательского реактора ИРТ-Т и циклотрона Р-7М НИИ ЯФ при ТПУ организовано серийное производство диагностических препаратов для г. Томска, для решения задач регионального обеспечения медучреждений диагностическими средствами. Технологии, методики и экспериментальные устройства, созданные в процессе выполнения работы, с 1991 года используются для регулярного производства и поставок короткоживущих РФП в клиники г. Томска в соответствии с Государственными заказами РАМН и Минздрава РФ. Начиная с 2003 года, начат серийный выпуск хроматографических генераторов технеция «99mТс-ГТ-ТОМ». В настоящее время произведено свыше 300 генераторов и осуществлена их поставка в 16 городов Сибири и Урала.


Заключение


На сегодняшний день радиофармацевтика является одной из наиболее динамично разнимающихся отраслей. Высокая востребованность радионуклидной продукции мировой медициной продиктована чрезвычайно высокой эффективностью ее применения, как для целей ранней диагностики различных заболеваний, проведения исследований на клеточном уровне, так и для направленного лечения онкологических заболеваний. В своей работе поставив перед собой задачу дать представление о полном цикле обращения РФП и их применении, мы постарались это сделать.


Литература:


1.Кодина Е.Г. Методы получения радиофармацевтических препаратов и радионуклидных генераторов для медицины// Изотопы: свойства,получение,применение/под редакцией В.Ю.Баранова: в 2 томах.-М.:физматлит,2005.-Т.2.

2. Куренков Н.В., Шубин Ю.Н.Радионуклиды в ядерной медицине(получение и использование).- Обнинск:ФЭИ-2429,1995.

3.Соколов В.А. Генераторы короткоживущих радиоактивных изотопов.М.:Атомиздат,1975.

4.Скуридин В.С. Методы и технологии получения радиофармпрепаратов. Издательство ТПУ 2007.

5. Цыб А.Ф., Дроздовский Б.Я. Радионуклидная терапия. Опыт,проблема,перспективы// Атомная стратегия.

Санкт-Петербург: ЗАО «ОВИЗО»,2003.