CC BY
13УДК 539.172.12 DOI 10.52928/2070-1624-2023-40-1-44-48
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ГАММА-БЕТА-СПЕКТРОМЕТРА МКС-АТ1315 ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОФАРМПРЕПАРАТОВ
А. Н. КИЙКО
(Белорусский государственный институт метрологии, Минск);
канд. физ.-мат. наук, доц. С. А. ВАБИЩЕВИЧ, Н. В. ВАБИЩЕВИЧ (Полоцкий государственный университет имени Евфросинии Полоцкой);
канд. физ.-мат. наук Д. И. БРИНКЕВИЧ (Белорусский государственный университет, Минск)
Проведены одновременные измерения спектрометромМКС-АТ1315 у- и ß-излучающихрадионукли-дов в регенерированной воде и картриджах сорбционной очистки, использовавшихся в процессе производства радиофармпрепаратов на основе 18F. Установлено, что наблюдавшиеся в у-спектрах пики обусловлены изотопами кобальта 55Co, 56Co, 58Co, 57Co, никеля 57Ni, марганца 54Mn и цинка 65Zn. Показана перспективность использования гамма-бета-спектрометра МКС-АТ1315 для оперативного контроля содержания нежелательных технологических радионуклидов при производстве радиофармпрепаратов на основе 18F.
Ключевые слова: радиофармпрепарат, радионуклиды, гамма-бета-спектрометр МКС-АТ1315, регенерат воды [18O]H2O, картриджи сорбционной очистки.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) является динамично развивающимся методом ранней диагностики онкологических, неврологических и кардиологических заболеваний, в котором используется внутривенное введение радиофармацевтических препаратов (РФП) на основе позитрон-излучающих ко-роткоживущих радионуклидов [1]. На ПЭТ-исследования приходится основная доля из ~40 миллионов диагностических процедур ядерной медицины, ежегодно выполняемых в мире. Доминирующее положение в ПЭТ-диагностике занимают радиофармпрепататы на основе 18F, который образуется по реакции 18O (p, n) 18F при бомбардировке водной мишени, обогащенной 18O, протонами с энергией 18 МэВ. 18F является ß+-излучателем с периодом полураспада 108 мин.
В работе [2] в облученной протонами воде H218O были идентифицированы более 20 нежелательных у-излучающих радионуклидов (РН). Большинство из них являются также ß-излучателями [3], причем энергия их излучения варьируется в широких пределах (вплоть до ~900 кэВ). Указанные обстоятельства обуславливают необходимость контроля содержания как у- так и ß-излучающих РН в промежуточных продуктах, отходах производства и конечном РФП. Кроме того, требуется мониторинг рабочих помещений ПЭТ -центра с целью оценки доз, получаемых персоналом [4]. Для этих целей может быть полезен гамма-бета-спектрометр МКС-АТ1315, который представляет собой комбинированное двухдетекторное спектрометрическое и радиометрическое средство измерения смешанного гамма-бета-излучения. Он обеспечивает регистрацию гамма-излучения в диапазоне энергий от 50 до 3000 кэВ и бета-излучения в диапазоне граничных энергий от 150 до 3500 кэВ. Средний фон для ß-частиц - 270 имп/мин, чувствительность для 90Sr в геометрии 0,03 л - 3,5-10-3 имп-л/(с-Бк).
В настоящей работе с помощью гамма-бета-спектрометра МКС-АТ1315 были проведены измерения содержания долгоживущих радионуклидов в регенерированной воде и картриджах сорбционной очистки, использовавшихся в процессе производства РФП р^фтордезоксиглюкозы. Для сравнения определение активности у-излучающих радионуклидов выполняли также с использованием спектрометра на особо чистом германии: детекторная система GEM40-83/DSPEC jr 2.0; энергетический диапазон 14,5 - 2911,4 кэВ; разрешение 0,182 кэВ/канал.
Материалы и методы измерений. В настоящей работе наработку радионуклида 18F осуществляли на ускорителе Cyclone 18/9 HC (IBA, Бельгия) при облучении высокоэнергетическими 18 МэВ протонами воды, обогащенной по кислороду 18О до 97% («Центр молекулярных исследований», Россия). Использовали ниобиевую мишень Nirta Fluor (IBA, Бельгия) объемом 3,2 мл. Время облучения мишени за один производственный цикл составляло 60-140 мин, ионный ток на мишени - 75-80 цА.
Синтез [18Р]фтордезоксиглюкозы осуществлялся на кассетных модулях синтеза Synthera (IBA, Бельгия). Более подробно методика синтеза описана в работе [5]. При производстве использовались картриджи QMA, Alumina B, C18 и SCX. Анионно-обменный картридж QMA (четвертичное аммониевое основание на полимерной матрице) используется при синтезе всех фторсодержащих РФП методом нуклеофильного
замещения. Он предназначен для извлечения р^фторид-иона из облученной воды. Помимо целевого нуклида и другие отрицательно заряженные вещества также удерживаются QMA картриджем. При этом незаряженные соединения и катионы проходят вместе с облученной водой через QMA в сборник/накопитель для отработанной облученной воды [18O]H2O (далее - регенерат). Картриджи Alumina B, C18 и SCX используются после синтеза для очистки конечного продукта - [18Б]фтордезоксиглюкозы - от химических, радиохимических и радионуклидных примесей.
В качестве образцов для измерений использовались картриджи сорбционной очистки QMA, Alumina B и SCX, а также 6 проб объемом 1 мл облученной в разные дни дозами в диапазоне 4800-9900 мкА-мин воды H218O, прошедшей через картридж QMA (регенерированной воды). Из-за высокой активности радионуклида 18F измерения проводили не менее, чем через двое суток после последнего облучения.
Эксперимент. Характерные у-спектры регенерированной воды [18O]H2O и твердотельных картриджей сорбционной очистки QMA представлены на рисунках 1 и 2. Верхние спектры измерены с использованием спектрометра на особо чистом германии, а нижние - на МКС-АТ1315. Отметим достаточно хорошую корреляцию этих спектров. В спектрах, измеренных на гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315, практически всегда наблюдались пики с максимумами вблизи 140, 510, 840 и 1100 кэВ. Они отмечены на рисунках 1, 2 цифрами от 1 до 4. Соотношение их интенсивностей изменялось в зависимости от образца, что видно из сравнения рисунков 1 и 2. В некоторых образцах также наблюдались слабоинтенсивные широкие пики с максимумами в области 1400, 1700 и 2600 кэВ.
10000 Г
Верхний спектр - пп детектор Нижний спектр - МКС-АТ1315
(
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Энергия, МэВ
Рисунок 1. - у-спектры регенерированной воды [180]Ш0 (образец - регенерат 2 из таблицы 1), измеренные через 3 недели после синтеза
Верхний спектр - пп детектор Нижний спектр - МКС-АТ1315
О
0
500 1000 1500 2000 2500 3000
Энергия, МэВ
Рисунок 2. - у-спектры твердотельных картриджей сорбционной очистки QMA (образец QMA6 из таблицы 1), измеренные через 1 неделю после синтеза
Сопоставление полученных экспериментальных результатов с данными работ различных авторов [2; 3; 6-10] позволило идентифицировать радионуклиды, ответственные за указанные выше пики. Пик 1 с максимумом при 140 кэВ обусловлен изотопом кобальта 57Co, имеющим наиболее интенсивную линию у-излучения при 136,5 кэВ [2]. Линий других ранее обнаруженных в работах [2; 3; 6-10] технологических РН в этом диапазоне энергий не отмечено. Пик 2 с максимумом при 840 кэВ, вероятнее всего, связан с изотопом марганца 54Mn, имеющим наиболее интенсивную линию 834,85 кэВ [2]. В этом же диапазоне находятся линии изотопов кобальта 56Co (846,8 кэВ) и 57Co (810,8 кэВ), однако период полураспада этих РН в 3 раза меньше, чем у 54Mn, поэтому к моменту измерения их активность должна существенно снизиться по сравнению с активностью 54Mn. Можно с большой долей уверенности утверждать, что пик 3 с максимумом вблизи 1100 кэВ обусловлен изотопом цинка 65Zn, поскольку кроме обычно слабоинтенсивной линии 182Ta (с энергией 1189 кэВ) линий других технологических РН в этом диапазоне не наблюдается. Пик 4 с максимумом 510 кэВ обусловлен аннигиляцией позитрона. Она присуща всем р+-излучающим изотопам и для идентификации технологических радионуклидов в данном случае не пригодна, поскольку среди ранее установленных технологических РН наблюдается целый ряд р+-излучателей (55Co, 56Co, 58Co, 57Ni) [2]. Отметим, что по этому пику обычно определяется интенсивность целевого радионуклида ПЭТ диагностики 18F. Слабоинтенсивные пики при 1400, 1700 и 2600 кэВ, вероятнее всего, связаны с изотопами кобальта 55Co, 56Co, 58Co и никеля 57Ni. Различить их весьма трудно и для проведения экспресс -контроля они мало пригодны.
Рассчитанные значения активности измерений представлены в таблице. Кроме приведенных в таблице согласно измерениям с использованием спектрометра на особо чистом германии наблюдались также фоновые РН 22Na, 40K, 60Co, 109Cd, в концентрациях до 100 Бк. В картриджах сорбционной очистки QMA и Alumina были обнаружены в следовых количествах также технологические радиоизотопы рения, ниобия, тантала и вольфрама, которые образуются при облучении входного окна водной мишени и осаждаются на ионно-обменном картридже QMA [2; 6]. Доминирующими РН в регенерированной воде являются радиоизотопы марганца, цинка и кобальта 57Со (см. таблицу). Все они обладают достаточно большим периодом полураспада (от 244 до 312 сут), что и обеспечило их присутствие в долго хранившихся образцах. Эти радионуклиды будут определять время хранения исследовавшихся материалов до их выведения из состава радиоактивных отходов. Отметим, что активности радионуклидов варьируются в широких пределах, что, вероятнее всего, связано с различной радиационной предысторией облучаемых мишеней [2; 5].
Таблица. - Активности радионуклидов (в Бк) в регенерированной воде
и картриджах сорбционной очистки через месяц после облучения
Образец 54Mn 57Co 65Zn
Регенерат 1 30 5050 297
Регенерат 2 47 783 238
Регенерат 3 43 410 35
Регенерат 4 48 180 -
Регенерат 5 31 73 31
Регенерат 6 60 380 26
QMA6 29 140 47
QMA 5 56 =
SCX 3 16 -
Alumina 30 358 12
В р-спектрах, измеренных с помощью гамма-бета-спектрометра МКС-АТ1315, каких-либо пиков не обнаружено (рисунок 3). Это обусловлено тем обстоятельством, что у спектрометра МКС-АТ1315 нижний предел детектируемых частиц составляет 130 кэВ, а основным р-излучающим загрязнителем при производстве радиофармпрепаратов на основе 18Б является тритий с £ртах = 18,58 кэВ [3].
В более высокоэнергетичной области интенсивность излучения невелика и проявляется только при облучении мишеней с большой накопленной дозой, которые подвержены коррозии [3]. Поскольку исследовались радиоактивные отходы после облучения «чистых» мишеней, ожидать в исследовавшемся диапазоне существенной р-активности не приходится и полученные экспериментальные результаты закономерны.
Рисунок 3. - Характерный р-спектр регенерированной воды [180]Ш0 (образец -регенерат 2 из таблицы 1), измеренный через 3 недели после синтеза
Каналы
Полученные в работе численные значения активностей технологических радионуклидов коррелируют с результатами работ различных авторов [2; 3; 5-10]. Результаты измерений активностей РН на гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315 и при использовании спектрометра на особо чистом германии практически совпадали. Различия для всех образцов не превышали 20%, что позволяет сделать вывод о целесообразности использования гамма-бета-спектрометра МКС-АТ1315 для оперативного контроля содержания технологических радионуклидов при производстве РФП на основе 18F.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бринкевич С. Д., Суконко О. Г., Чиж Г. В. и др. Позитронно-эмиссионная томография. Ч. 1: Характеристика метода. Получение радиофармпрепаратов // Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. - 2013. - № 2(10). -С. 129-137.
2. Brinkevich S. D., Brinkevich D. I., Kiyko A. N. Activation Radionuclides in the Process of Irradiation of a Niobium Target at the Cyclone 18/9 HC Cyclotrone // Physics of Atomic Nuclei. - 2020. - Vol. 83, No. 12. - P. 1732-1737. - DOI: 10.1134/S1063778820090045.
3. Бринкевич Д. И., Бринкевич С. Д., Вабищевич С. А. и др. Долгоживущие Р-излучающие радионуклиды при производстве радиофармпрепаратов на основе 18F // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. С, Фундам. науки. - 2019. - № 4. - C. 67-76.
4. Бринкевич Д. И., Малиборский А. Я., Бринкевич С. Д. Активация воды контура охлаждения циклотрона Cyclone 18/9 HC при наработке 18F // Ядерная физика и инжиниринг - 2018. - Т. 9, № 4 - С. 404-410. DOI: 10.1134/S2079562918040024.
5. Иванюкович А. А., Сорока С. А., Крот В. О. и др. Очистка [18Р]фторида от долгоживущих радионуклидов при производстве [18Р]фтордезоксиглюкозы // Медицинская физика. - 2018. - № 4(80). - С. 59-65.
6. Krot V. O., Brinkevich S. D., Brinkevich D. I. et al. Separation of Long-Lived Radionuclides on QMA Light Anion-Exchange Cartridge in Manufacture of Radiopharmaceutical Preparations Based on 18F // Radiochemistry. - 2021. - Vol. 63, iss. 2. - Р. 235-242. - DOI: 10.1134/S1066362221020144.
7. Bowden L., Vintro L. L., Mitchell P. I. et al. Radionuclide impurities in proton-irradiated [18O]H2O for the production of 18F: Activities and distributionin the [18F]FDG synthesis process // Applied Radiation and Isotopes. - 2009. - Vol. 67, iss 2. -P. 248-255. - DOI: 10.1016/j.apradiso.2008.10.015.
8. Gillies J. M., Najim N., Zweit J. Analysis of metal radioisotope impurities generated in [18O]H2O during the cyclotron production of fluorine-18 // Applied Radiation and Isotopes. - 2006. - Vol. 64, iss. 4. - P. 431-434. - DOI: 10.1016/j.apradiso.2005.08.008.
9. Shigeki Ito, Hitoshi Sakane, Shizuhiko Deji et al. Radioactive byproducts in [18O]H2O used to produce 18F for [18F]FDG synthesis // Applied Radiation and Isotopes. - 2006. - Vol. 64, iss. 3. - P. 298-305. - DOI: 10.1016/j.apradiso.2005.10.001.
10. Guarino, P., Rizzo, S., Tomarchio, E. et al. Gamma-ray spectrometric characterization of waste activated target components in a PET cyclotron // Cyclotrons and Their Applications-2007: Eighteenth International Conference (01-05.10.2007). Giardini Naxos, Italy. - P. 295-297.
REFERENCES
1. Brinkevich, S. D., Sukonko, O. G., Chizh, G. V., & Naumovich, A. S. (2013). Pozitronno-emissionnaya tomografiya. Chast' 1: Kharakteristika metoda. Poluchenie radiofarmpreparatov [Positron emission tomography. Part 1: Method description. Production of radiopharmaceuticals]. Mediko-biologicheskie problemy zhiznedeyatel'nosti [Medical and Biological Problems of Life Activity], 2(10), 129-137. (In Russ., abstr. in Engl.).
2. Brinkevich, S. D., Brinkevich, D. I., & Kiyko, A. N. (2020). Activation Radionuclides in the Process of Irradiation of a Niobium Target at the Cyclone 18/9 HC Cyclotrone. Physics of Atomic Nuclei, &?(12), 1732-1737. DOI: 10.1134/S1063778820090045.
3. Brinkevich, D. I., Brinkevich, S. D., Vabishchevich, S. A., Krot, V. O., & Maliborskii, A. Ya. (2019). Dolgozhivushchie P-izluchayushchie radionuklidy pri proizvodstve radiofarmpreparatov na osnove 18F [Long-living P-radiating radionuclides in the manufacture of radiopharmatic drugs based on 18F]. Vestnik Polotskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya C, Fundamental'nye nauki [Herald of Polotsk State University. Series С. Fundamental sciences], (4), 67-76.
m о о _п с;
<U 100 -т О
150
0
0
50
00
150
200
250
300
4. Brinkevich, D. I., Maliborski, A. Ya., & Brinkevich, S. D. (2019). Activation of the cooling circuit water of the Cyclone 18/9-HC cyclotron during the production of 18F. Physics of atomic nuclei, 82(12), 1714-1720. DOI: 10.1134/S1063778819120044.
5. Ivanyukovich, A. A., Soroka, S. A., Krot, V. O., Brinkevich, D. I., Brinkevich, S. D., Chizh, G. V., & Sverdlov, R. L. (2018). Ochistka [18F]ftorida ot dolgozhivushchih radionuklidov pri proizvodstve [18F]ftordezoksiglyukozy [Purification of [18F]flu-oride from long-lived radionuclides in production of [18F]fluorodeoxyglucose]. Medicinskaya fizika [Medical Physics], 4(80), 59-65. (In Russ., abstr. in Engl.).
6. Krot, V. O., Brinkevich, S. D., Brinkevich, D. I., & Ivanyukovich, A. A. (2021). Separation of Long-Lived Radionuclides on QMA Light Anion-Exchange Cartridge in Manufacture of Radiopharmaceutical Preparations Based on 18F [Radio-chemistry], 63(2), 235-242. DOI: 10.1134/S1066362221020144.
7. Bowden, L., Vintro, L. L., Mitchell, P. I., ODonnell, R. G., Seymour, A. M., & Duffy, G. J. (2009). Radionuclide impurities in proton-irradiated [18O]H2O for the production of 18F-: Activities and distribution in the [18F]FDG synthesis process. Applied Radiation and Isotopes, 67(2). (248-255). DOI: 10.1016/i.apradiso.2008.10.015.
8. Gillies, J. M., Najim, N., & Zweit, J. (2006). Analysis of metal radioisotope impurities generated in [18O]H2O during the cyclotron production of fluorine-18. Applied Radiation and Isotopes, 64(4), 431-434. DOI: 10.1016/j.apradiso.2005.08.008.
9. Shigeki Ito, Hitoshi Sakane, Shizuhiko Deji, Takuya Saze, & Kunihide Nishizawa. (2006). Radioactive byproducts in [18O]H2O used to produce 18F for [18F]FDG synthesis. Applied Radiation and Isotopes, 64(3), 298-305. DOI: 10.1016/j.apradiso.2005.10.001.
10. Guarino, P., Rizzo, S., Tomarchio, E., & Greco, D. (2007). Gamma-ray spectrometric characterization of waste activated target components in a PET cyclotron. Cyclotrons and Their Applications-2007 (295-297). Giardini Naxos, Italy.
Поступила 20.03.2023
APPLICATION ANALYSIS OF THE GAMMA-BETA SPECTROMETER MKS-AT1315 TO CONTROL UNWANTED RADIONUCLIDES, FORMED DURING THE PRODUCTION OF RADIOPHARMACEUTICALS
A. KIYKO
(Belarusian State Institute of Metrology, Minsk)
S. VABISHCHEVICH, N. VABISHCHEVICH (Euphrosyne Polotskaya State University of Polotsk);
D. BRINKEVICH (Belarusian State University, Minsk)
Simultaneous measurements of y- and в-emitting radionuclides in regenerated water and sorption purification cartridges used in the production of radiopharmaceuticals based on 18F were carried out with the MKS-AT1315 spectrometer. It was found that the bands observed in the gamma-spectra are due to isotopes of cobalt 55Co, 56Co, 58Co, 57Co, nickel 57Ni, manganese 54Mn and zinc 65Zn, the prospects of using the gamma-beta spectrometer MKS-A T1315 for operational control of the content ofundesirable technological radionuclides in the production of radiopharmaceuticals based on 18F are shown.
Keywords: radiopharmaceutical, radionuclides, gamma-beta spectrometer MKS-AT1315, water regenerate [18O]H2O, sorption cleaning cartridges.
