Máy phát đồng vị phóng xạ sử dụng trong ghi hình Positron Emission Tomography (PET)

Bài viết Máy phát đồng vị phóng xạ sử dụng trong ghi hình Positron Emission Tomography (PET) trình bày khái quát về các loại máy phát đồng vị phóng xạ sử dụng trong ghi hình Positron Emission Tomography - PET.

XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ MÁY PHÁT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠSỬ DỤNG TRONG GHI HÌNH POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY (PET) NGUYỄN CÔNG ĐỨC1 TÓM TẮT Trong báo trình bày khái quát về các loại máy phát đờng vị phóng xạ sử dụng ghi hình Positron Emission Tomography - PET Hiện tại, một số bệnh viện nước được trang bị đồng bộ gồm một máy ghi hình PET/CT và một máy gia tốc vòng cyclotron các thiết bị sản xuất dược chất phóng xạ; phần lớn còn lại chỉ đơn thuần trang bị máy ghi hình PET/CT Đới với những sở chỉ trang bị máy ghi hình PET/CT việc sử dụng các dược chất phóng xạ phát positron Fluor-18 (18F), Carbon-11 (11C), Nitrogen-13 (13N) Oxygen-15 (15O) phụ thuộc chủ yếu vào các nơi cung cấp và sẽ không chủ động việc chẩn đoán Giải pháp thích hợp cho các sở này là việc sử dụng các loại máy phát đồng vị phóng xạ Strontium-82/Rubidium-82 (82Sr/82Rb) Germanium-68/Gallium-68 (68Ge/68Ga) để cung cấp các dược chất phóng xạ 82Rb 68Ga nhờ vào việc tách chiết và đánh dấu để điều chế các dược chất phóng xạ có các tiêu chuẩn chất lượng phù hợp, đáp ứng các yêu cầu ghi hình phân tử lĩnh vực chẩn đoán các bệnh lý ung thư, tim mạch và thần kinh Từ khóa: Dược phẩm phóng xạ cho PET, Máy gia tốc vòng cyclotron, Máy phát đồng vị phóng xạ, 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga ABSTRACT Radioisotope generators for positron emission tomography imaging (pet) In this paper we present an overview of radioisotope generators used in Positron Emission Tomography Imaging - PET At present, some hospitals are fully equipped including a PET/CT scanner and a cyclotron with the equipment for the production of radiopharmaceuticals; the others are equipped only with PET/CT scanner For facilities equipped only with PET/CT scanner, the use of positron-emitting radiopharmaceuticals such as Fluoride-18 (18F), Carbon-11 (11C), Nitrogen-13 (13N) and Oxygen-15 (15O) depends mainly on the providers and will not be active in the diagnosis The appropriate solution for these facilities is the use of radioisotope generators of Strontium-82/Rubidium-82 (82Sr/82Rb) and Germanium-68/Gallium-68 (68Ge/68Ga) to provide the radioisotopes of 82Rb and 68Ga by the elution and labelling for the preparation of radiopharmaceuticals with the good quality to meet the requirements of molecular imaging in the diagnosis of the oncology, cardiology and neurology Keywords: PET radiopharmaceuticals, Cyclotron, Radioisotope generators, GIỚI THIỆU Ngày với phát triển thiết bị ghi hình đại PET/CT, nhiều chi tiết q trình chuyển hóa giải phẫu thể thu nhận lần ghi hình Đây thiết bị chẩn đốn kỹ thuật cao, giúp cho Bác sĩ đưa 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga kết luận xác chẩn đoán theo dõi điều trị nhiều loại bệnh lĩnh vực ung bướu, thần kinh tim mạch Từ năm 2009, số Bệnh viện lớn nước xây dựng thành lập Trung tâm PET/CT máy gia tốc vòng cyclotron thiết bị đại sản xuất kiểm tra chất lượng dược Đơn vị PET-CT Cyclotron, Khoa Y học Hạt nhân - Bệnh viện Chợ Rẫy Phối hợp Khoa Y học Hạt nhân - Bệnh viện Ung Bướu TP.HCM TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 195 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ phẩm phóng xạ, đưa ngành Y học hạt nhân Việt nam chuyển sang giai đoạn việc sử dụng dược chất phóng xạ có đời sống ngắn Những hạt nhân phóng xạ sử dụng ghi hình PET có thời gian bán hủy vật lý ngắn (từ phút 15O, đến dài 110 phút 18F) nên sử dụng nơi có máy gia tốc, chúng cung cấp cho nơi xa phân rã nhanh Vì thế, sở khơng tự sản xuất dược chất phóng xạ, cịn có nguồn hạt nhân phóng xạ thứ cấp, hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn tách chiết từ máy phát đồng vị phóng xạ, đồng vị mẹ có thời gian sống dài nạp vào hệ thống máy phát phóng xạ phân rã thành đồng vị phóng xạ máy phát đồng vị phóng xạ 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga tách chiết hàng ngày, nhiều lần ngày CÁC BỆNH VIỆN TRANG BỊ MÁY GHI HÌNH PET/CT TRONG CẢ NƯỚC Từ năm 2009 đến nay, nhiều bệnh viện trang bị máy ghi hình PET/CT máy gia tốc vịng Trong tương lai gần, với phát triển Y học hạt nhân, nhiều sở PET/CT sẽ hình thành nhằm đáp ứng yêu cầu chẩn đoán cho người bệnh Bảng Các Bệnh viện có trang bị máy ghi hình PET/CT STT Hệ thống thiết bị Bệnh viện Đơn vị: Trung tâm, Khoa Máy ghi hình PET/CT Máy gia tốc vòng Cyclotron Ngày đưa vào sử dụng hệ thống PET/CT Máy gia tốc Eclipse HP, Siemens USA 15/3/2009 01 Bệnh viện Chợ rẫy, Thành phố Hồ Chí Minh Đơn vị PET-CT Cyclotron, Khoa Y Học Hạt nhân PET/CT Biograph Siemens, USA 02 Bệnh viện Bạch Mai, Hà nội Trung tâm Y học hạt nhân Ung bướu PET/CT Biograph Siemens, USA 03 Bệnh viện Hữu Nghị Việt Đức, Hà nội Trung tâm chẩn đốn hình ảnh Y học hạt nhân PET/CT Discovery 710 Hãng GE, USA Máy gia tốc MINItrace, GE Healthcare USA (9,6 MeV) 13/02/2009 04 Bệnh viện Quân đội 108, Hà nội Khoa Y Học Hạt nhân PET/CT Discovery 710 Hãng GE, USA Máy gia tốc Cyclone® 30 (30 MeV) IBA, Bỉ 10/2009 05 Bệnh viện 115, Thành phố Hồ Chí Minh Trung tâm Ung bướu y học hạt nhân PET/CT Biograph Siemens, USA 06 Bệnh viện Quân đội 175, Thành phố Hồ Chí Minh Trung tâm Chẩn đoán điều trị ung bướu PET/CT GEMINI 07 Bệnh viện Đà Nẵng, Thành phố Đà Nẵng Trung tâm Khu vực miền Trung Y học hạt nhân Xạ trị PET/CT Discovery 710 Hãng GE, USA 08 Bệnh viện Quân đội 103, Hà nội Trung tâm Ung bướu Y học hạt nhân PET/CT Discovery Hãng GE, USA 8/2015 09 Bệnh viện K, Cơ sở Tân Triều Hà nội PET/CT Discovery IQ Hãng GE 02/6/2017 10 Bệnh viện Ung Bướu, Hà nội PET/CT Discovery IQ Hãng GE, USA 09/8/2017 Bệnh viện Đa Khoa Kiên Giang PET/CT Biograph Siemens, USA 11 8/2009 11/5/2012 TF Philips, USA 31/5/2012 Máy gia tốc Kotron 13 Samyoung Unitech, Korea Máy gia tốc Cyclone® 18/9 IBA, Bỉ 10/9/2014 Chưa đưa vào sử dụng CÁC HẠT NHÂN PHÓNG XẠ SẢN XUẤT TỪ MÁY GIA TỚC Các hạt nhân phóng xạ có thời gian sống ngắn Ngày nay, việc sản xuất hạt nhân phóng xạ với thời gian sống ngắn từ máy gia tốc (Hình 1), sử dụng chúng lâm sàng quan tâm đáng kể nhờ có hệ thống ghi hình positron emission 196 TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ tomography (PET) Các hạt nhân phóng xạ then chốt 11C, positron, tạo xạ photon 511 keV hủy cặp (Bảng 1) 13N, 15O 18F, phân rã việc phát xạ Bảng Các hạt nhân phóng xạ sử dụng để tổng hợp các dược chất phóng xạ dùng ghi hình PET Hạt nhân phóng xạ Phát điện tử Thời gian bán phân rã (T1/2) Kiểu phân rã 20,39 β Năng lượng cực đại, (MeV) Năng lượng trung bình (MeV) Phát photon Xác suất (%) Kiểu phân rã Năng lượng (MeV) Xác suất (%) Phản ứng hạt nhân 14 N(p,)11C Carbon-11 (11C) + 0,9601 0,3856 99,76  0,511 199,5 11 B(p,n)11C 10 B(d,n)11C Nitrogen-13 (13N) 16 9,96 β+ 1,1985 0,4918 99,80  0,511 199,6 O(p,)13N 12 C(d,n)13N 14 N(d,n)15O Oxygen-15 (15O) 2,03 β+ 1,7319 0,7352 99,9  0,511 199,8 15 N(p,n)15O 16 O(p,d)15O 18 O(p,n)18F Fluor-18 (18F) 16O(3He,p)1 109,7 β + 0,6335 0,2498 96,7  0,511 193,5 8F 20Ne(d,)18 F Fluor-18 [18F] Fluor-18 có thời gian bán rã vật lý 109,7 phút Fluor-18 sử dụng để tổng hợp 2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose ([18F]FDG) dùng chủ yếu ghi hình nhiều dạng khối u, [18F]FDOPA ghi hình khối u thần kinh nội tiết, u não, [ 18F]FLT theo dõi phát triển tế bào ung thư, [18F]FET chẩn đoán u não, [18F]FES ghi hình ung thư vú Na18F sử dụng rộng rãi cho ghi hình di xương Carbon-11 [11C] Carbon-11 có thời gian bán rã vật lý 20,39 phút 11CH4 thông thường tiền chất cho việc điều chế hợp chất hữu ích mặt lâm sàng khác nhau, chẳng hạn [11C]Palmitate cho hình ảnh tưới máu tim PET, [11C]Acetate ghi hình chuyển hóa oxi hóa tim, [11C]Methionine vận chuyển amino acid, khối u 11CO, 11CO Nitrogen-13 [13N] Nitrogen-13 có thời gian bán rã vật lý 9,96 phút thường sử dụng dạng 13NH3 dạng ion 13NH4+ sử dụng chủ yếu cho ghi hình tưới máu tim máy PET sử dụng để đánh dấu glutamine asparagine để đánh giá khả sống cịn mơ 13NH 13NH Oxygen-15 [15O] Oxygen-15 có thời gian bán rã vật lý 2,03 phút C15O C15O2, sử dụng cho đánh dấu hemoglobin khảo sát lâm sàng phổi tim Nước oxygen-15 H215O chuẩn bị cách pha trộn bia N2 với khí H2 sau chiếu xạ xong, nước oxygen-15 bắt giữ dung dịch nước muối sinh lý, lọc vơ trùng qua màng lọc millipore 0,22µm thường sử dụng cho nghiên cứu tưới máu não tưới máu tim TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 197 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Hình Các loại máy gia tớc sản x́t các đồng vị phóng xạ phát positron Máy gia tốc Cyclone® 18/9 IBA, Bỉ.(Proton 18 MeV/deuteron MeV) Máy gia tớc Cyclone® 30 (30 MeV) IBA, Bỉ Máy gia tớc Kotron 13 KIRAMS, Hàn quốc (13 MeV) Máy gia tốc HM 20 Sumitomo Heavy Industries, Ltd Nhật Máy gia tốc PETtrace 700GE Healthcare Hoa kỳ (9,6 MeV) Máy gia tốc Eclipse HP, Siemens Hoa kỳ (11 MeV) Hình Các loại máy ghi hình PET/CT PET/CT Discovery 710 GE Healthcare Hoa kỳ PET/CT Discovery IQ GE Healthcare Hoa kỳ PET/CT Biograph TruePoint Siemens Hoa kỳ PET/CT Biograph™ mCT Siemens Hoa kỳ 198 PET/CT Gemini-GXL16 Philips, Hoa kỳ PET/CT elesteion™ PUREViSION Edition Toshiba, Hoa kỳ TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ CÁC MÁY PHÁT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Hình Máy phát đờng vị phóng xạ 82Sr/82Rb Các đồng vị phóng xạ phát positron sử dụng ghi hình PET có thời gian sống ngắn, để thuận tiện, người ta phát triển hệ thống tách chiết chỗ đồng vị phóng xạ từ máy phát đồng vị phóng xạ, đồng vị mẹ có thời gian sống dài nạp vào hệ thống cột hấp thụ máy phân rã thành đồng vị phóng xạ máy phát đồng vị phóng xạ 82Sr/82Rb, 68Ge/68Ga Máy phát đồng vị phóng xạ 82Sr/82Rb Cardiogen-82® máy phát đồng vị phóng xạ Strontium-82/Rubidium-82 (82Sr/82Rb), chứa 82 Strontium-82 ( Sr) sản xuất từ máy gia tốc cách bắn phá proton lên hạt nhân molybdenum Mo(p,spall)82Sr phản ứng 85Rb(p,4n)82Sr hấp thụ cột oxid thiếc hệ thống che chắn chì Đồng vị phóng xạ Rubidium-82 (82Rb, T1/2=75 s) sản xuất phân rã đồng vị phóng xạ Strontium-82 (82Sr, T1/2=25 d) Hoạt độ phóng xạ dung dịch tiêm 82RbCl vơ trùng, không chứa chất gây sốt thu lần tách chiết dung dịch NaCl 0,9% sẽ phụ thuộc vào hoạt độ phóng xạ đồng vị mẹ 82Sr nạp vào máy phát Dung dịch tiêm 82RbCl chiết sau 10-15 phút với hiệu suất chiết đạt tối đa Hiệu suất chiết cao tốc độ dòng chảy cao, chiết với tốc độ 50mL/phút, dung dịch chiết máy phát đồng vị phóng xạ chứa không 0,74 MBq 82Sr không 7,4 MBq 85Sr 37 MBq dung dịch tiêm 82RbCl không microgram thiếc mL dung dịch chiết Máy phát đồng vị phóng xạ có thời gian sử dụng tuần Dung dịch tiêm Rubidium clorua (82RbCl) tác nhân ghi hình tưới máu tim máy PET hữu hiệu việc phân biệt tim bình thường bất thường bệnh nhân nghi ngờ bị nhồi máu tim Máy phát đồng vị phóng xạ 82Sr/82Rb BRACCO, Hoa kỳ Máy phát đồng vị phóng xạ 82Sr/82Rb Jubilant DraxImage Inc Canada Máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga Sản xuất đồng vị phóng xạ Germanium-68 (68Ge) Đồng vị phóng xạ Germanium-68 (68Ge, T1/2=270,95 d) sản xuất từ máy gia tốc với lượng proton từ 12 MeV tới 30 MeV, thông qua phản ứng: 69Ga(p,2n)68Ge; natZn(a,x)68Ge; natGa(p,x)68Ge Đồng vị phóng xạ 68Ga Trong tự nhiên, Gallium có đồng vị bền 69Ga (độ phổ biến 60,11%) 71Ga (độ phổ biến 39,89%) 69Ga chiếu xạ máy gia tốc để sản xuất đồng vị 68Ge (T1/2=270,95 d), đồng vị dùng để sản xuất máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga Trong máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga, sẽ phân rã thành đồng vị phóng xạ Gallium-68 (68Ga, T1/2=67,71 min), 68Ga sẽ phân rã thành đồng vị bền 68Zn 68Ga đồng vị phát positron với lượng cực đại 1,899 MeV xác suất 87,7% xạ photon 511 keV hủy cặp, xác suất 177,8 % 68Ge Máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga quan tâm chúng cho phép điều chế đơn giản nhanh dược chất phóng xạ để ghi hình PET peptid đánh dấu với 68Ga hứa hẹn nhiều việc ghi hình khối u thần kinh nội tiết NETs (Neuroendocrine tumors) Ngồi 68Ga cịn sử dụng việc đánh giá tính tồn vẹn hàng rào máu não việc định vị khối u ghi hình PET TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 199 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Các loại máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga Máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga hệ thống dùng để chiết đồng vị phóng xạ 68Ga, phát positron (β+) từ hạt nhân mẹ 68Ge 68Ge hấp thụ cột thủy tinh có chứa chất hấp thụ Cột máy phát đặt hệ thống che chắn tungsten Sử dụng dung dịch chiết HCl để tách 68Ga khỏi đồng vị mẹ 68Ge Với thời gian bán rã vật lý 68Ge 271 ngày, máy phát đồng vị sử dụng thời gian tháng Hình Mợt sớ máy phát đờng vị phóng xạ 68Ge/68Ga Máy phát đồng vị 68Ge/68Ga ITM Isotopen Technologien München AG Đức Hình Cấu trúc điển hình của mợt máy phát đồng vị 68Ge/68Ga Máy phát đồng vị 68Ge/68Ga Cyclotron Co Ltd, Obninsk, Nga Máy phát đồng vị 68Ge/68Ga IDB Holland bv - Hà Lan: Eckert & Ziegler Radiopha rma GmbH Tay nắm; Nút có lỗ xuyên; Phần che chắn bên trên; Cột máy phát đồng vị; Phần vỏ che chắn phía trên; 10 Phần thân che chắn; Catheter đường vào dung dịch chiết; Nút bịt; Dây nối thêm; Nút giữ catheter; Máy phát đồng vị 11 Phần che chắn bên dưới; 12 Phần vỏ che chắn phía dưới; 13 Catheter đường sản phẩm chiết; CÁC DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ DÁNH DẤU 68 GA 68Ge/68Ga Institute for Radioelements, Belgium Bỉ Ngày hình PET 68Ga sử dụng rộng rãi ghi Hội nghị dành riêng cho dược chất phóng xạ Gallium-68 Peptide Receptor Radionuclide 200 TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ Therapy (PRRT) gọi “World Congress Theranostics - 68Ga & PRRT” tổ chức hàng năm Hình Hình ảnh ghi được tiêm 68Ga-DOTATOC 68Ga-PSMA Các peptide đánh dấu 68Ga công nhận dược phẩm phóng xạ với việc tập trung nhanh vào tế bào đích đào thải nhanh khỏi máu 68Ga-DOTATOC, 68Ga-DOTATATE, 68GaDOTANOC dược phẩm phóng xạ bật sử dụng để chẩn đốn hình ảnh phân biệt tổn thương thụ thể somatostatin khác bệnh khối u thần kinh nội tiết (neuroendocrine tumors - NETs) Bên cạnh tác nhân kháng nguyên màng tế bào tuyến tiền liệt (Prostate-specific membrane antigen - PSMA) đánh dấu với 68Ga, 68Ga-PSMA mang lại lựa chọn đầy hứa hẹn cho chẩn đoán PET/CT ung thư tuyến tiền liệt (PCa) di Phương pháp đánh dấu 68Ga vào PSMA tiến hành đơn giản, PSMA cung cấp dạng KIT có sẵn (giống KIT đánh dấu với đồng vị phóng xạ Technetium99m, ghi hình máy SPECT Hình ảnh di xương so sánh 68Ga-DOTATOC với các dược chất phóng xạ khác Hình Mợt số Module sử dụng để đính kết 68Ga với peptid Hình ảnh 68Ga-PSMA PET/CT TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Cơng Đức, “Các dược chất phóng xạ máy phát đồng vị phóng xạ sử dụng ghi hình Positron Emission Tomography” Hội thảo Khoa học Ung bướu Cần Thơ lần VII Tạp chí Ung thư học Việt nam Số 3-2013: Trang 226-238 IAEA-TECHNICAL REPORTS SERIES No 468 “Cyclotron Produced Radionuclides: Physical Characteristics and Production Methods” INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, VIENNA, February 2009 IAEA-TRS465 “Cyclotron Produced Radionuclides: Principles and Practice” INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, VIENNA, November 2008 Các loại module đánh dấu 68Ga với Peptid http://samyoungunitech.com/index.php/cyclotron/ http://www.ire.eu/ouractivities/radiopharmaceutical-products Isabel Rauscher, Tobias Maurer, Wolfgang P Fendler, Wieland H Sommer, Markus Schwaiger and Matthias Eiber “68Ga-PSMA ligand PET/CT TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM 201 XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ in patients with prostate cancer: How we review and report” Cancer Imaging (2016) 16:14 Tobias Maurer, Matthias Eiber, Markus Schwaiger and Jürgen E Gschwend1 “Current use of PSMA-PET in prostate cancer management” Urology, Vol 13, April 2016, pp 226-235 202 Sangeeta Ray Banerjee, Ph.D and Martin G Pomper, M.D., Ph.D Russell H Morgan “Clinical Applications of Gallium-68” Appl Radiat Isot June 2013; 0: pp 2-13 http://www.wcga68.org/ TẠP CHÍ UNG THƯ HỌC VIỆT NAM ... UNG THƯ HỌC VIỆT NAM XẠ TRỊ - KỸ THUẬT PHÓNG XẠ CÁC MÁY PHÁT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Hình Máy phát đờng vị phóng xạ 82Sr/82Rb Các đồng vị phóng xạ phát positron sử dụng ghi hình PET có thời gian... chiếu xạ máy gia tốc để sản xuất đồng vị 68Ge (T1/2=270,95 d), đồng vị dùng để sản xuất máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga Trong máy phát đồng vị phóng xạ 68Ge/68Ga, sẽ phân rã thành đồng vị phóng... ta phát triển hệ thống tách chiết chỗ đồng vị phóng xạ từ máy phát đồng vị phóng xạ, đồng vị mẹ có thời gian sống dài nạp vào hệ thống cột hấp thụ máy phân rã thành đồng vị phóng xạ máy phát đồng