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Aspetti Generali
Il radiofarmaco:
E’ una molecola metabolizzata dall’organismo,
marcata con un radioisotopo
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Aspetti Generali
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)
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Aspetti Generali
Radionuclidi più utilizzati per indagini PET-TC
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Aspetti Generali
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.
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Aspetti Generali
Il radiofarmaco viene introdotto nell’organismo
attraverso diversi metodi:
Soluzioni o sospensioni
Aerosol
Iniezione Endovenosa
Inalazione
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Aspetti Generali
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.
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Aspetti Generali
Il radiofarmaco viene trasportato dal flusso ematico
e metabolizzato dall’organismo.
Radiofarmaco
Accumulo nei
tessuti
Eliminazione
Scopo
Scopo
Terapeutico
Diagnostico
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Aspetti Generali
Diagnostica per immagini
Studio morfologico
Studio funzionale
Rx
Attenuazione Rx
Emissione Gamma
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Aspetti Generali
Studio morfologico
2D
3D
2D
3
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Aspetti Generali
Studio funzionale
2D
2D
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3D
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Aspetti Generali
Studio morfologico
Studio funzionale
PET-TC
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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
Precursore
Modulo
sintesi
Somministrazione
Radiofarmaco
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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 H218O per la produzione di 18F in forma di
fluoruro.
La maggioranza dei radiocomposti attualmente prodotti
prevede come radionuclide l’uso del 18F.
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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
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Struttura del ciclotrone: La sorgente di ioni
La sorgente di ioni “Ion Source” crea particelle cariche a partire da
H2. 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.
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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.
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Struttura del ciclotrone
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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
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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
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Struttura del ciclotrone: Il “vuoto”
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
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Struttura del ciclotrone: Il target
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
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Struttura del ciclotrone: Il target
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
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Struttura del ciclotrone: Il target
Corpo in Argento
Calettato
Elicoflex
Raccordi In/Out
media
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Struttura del ciclotrone: Il target
Supporto
O-Ring
Raccordi In/Out
H2O
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Struttura del ciclotrone: Il target
Foils Altamente
Radioattivi
Raccordi In/Out
He
Supporto
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Struttura del ciclotrone: Il target
O-Ring
Attacco chamber
Viti di
assemblaggio
Schermatura
in teflon
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O-Ring
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Struttura del ciclotrone: Il target
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Struttura del ciclotrone: Il target
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
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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
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Cabinet supporto Target
Vial
Valvola a 3 vie
Siringa
Finecorsa
pistone
Cilindro
Pneumatico
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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
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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 10-12°C
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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
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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.
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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.
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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
H216O, H218O
• Controllo dei gas di alimentazione, linee di trasferimento, filtri.
• Monitoraggio ambientale
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Monitoraggio del ciclotrone
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
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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
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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
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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).
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Monitoraggio del ciclotrone
Valore di Vuoto
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
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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).
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Monitoraggio del ciclotrone
Dai parametri registrati è possibile inoltre ricavare:
• Efficienza di trasmissione del fascio
• Ampiezza del fascio
• 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.
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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 (18F)
• Peso totale 35 tonnellate
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