Tính toán hiệu suất tổng hợp 18F FDG tại Trung tâm máy gia tốc – bệnh viện Trung ương Quân đội 108

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực y học và sinh học cũng không ngừng phát triển. Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật, công nghệ hiện đại đã và đang mang lại những thành tựu to lớn trong mọi lĩnh vực của đời sống, kinh tế, xã hội, trong đó ngành y tế đã có bước tiến nhảy vọt nhờ vào sự hỗ trợ của các trang thiết bị công nghệ cao. Trong tình hình hiện nay, với việc xuất hiện ngày càng nhiều bệnh mới nguy hiểm, đe dọa đến sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là ung thư, đòi hỏi sự đầu tư, phát triển nhiều hơn nữa cho công tác chuẩn đoán và điều trị.Ở Việt Nam, nhiều bệnh viện đã và đang được trang bị những máy móc, thiết bị hiện đại nhằm mục đích cải thiện việc chăm sóc sức khỏe bệnh nhân. Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 là một trong những bệnh viện hàng đầu trong sử dụng trang thiết bị kỹ thuật cao áp dụng vào chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc bệnh nhân. Trung tâm máy gia tốc PETCT là một phần của bệnh viện, cơ sở đầu tiên của cả nước lắp đặt hoàn chỉnh và đưa vào sử dụng máy gia tốc Cyclotron 30 MeV từ nhiều năm nay. Dưới sự giúp đỡ và tạo điều kiện từ Viện cũng như từ ban giám đốc Trung tâm máy gia tốc, em được thực tập tại trung tâm. Sau khi được tham quan và tìm hiểu về máy gia tốc Cyclotron 30 MeV của trung tâm, em xin chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp: “Tính toán hiệu suất tổng hợp 18F FDG tại Trung tâm máy gia tốc – bệnh viện Trung ương Quân đội 108”. Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hoạt độ của dược chất phóng xạ 18F – FDG, được tổng hợp từ 18F (sản phẩm đầu ra của máy gia tốc Cyclotron 30 MeV). Trên cơ sở thu thập hoạt độ phóng xạ của dược chất 18F – FDG, tính toán hoạt độ lý thuyết và so sánh để đưa ra giá trị hiệu suất tổng hợp cần quan tâm. Mục đích của việc chọn đề tài này là để có cơ hội tìm hiểu sâu hơn về máy gia tốc, bên cạnh đó nghiên cứu, tính toán, đánh giá hiệu suất tổng hợp 18F – FDG tại trung tâm, từ đó đánh giá khả năng hoạt động của bộ tổng hợp. Kết quả thu được ban đầu đã kiểm chứng khả năng hoạt động của bộ tổng hợp tại trung tâm vẫn đảm bảo cho sản xuất thường quy. 

LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô viện Kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn, rèn luyện em suốt thời gian ngồi ghế nhà trường Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tiến sĩ Vũ Thanh Quang - giám đốc Trung tâm máy gia tốc, bệnh viện Trung ương quân đội 108 và toàn thể các anh, chị tại trung tâm đã tạo điều kiện, giúp đỡ em rất nhiều thời gian thực tập vừa qua Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tiến sĩ Đàm Nguyên Bình – người trực tiếp hướng dẫn em thực tập tốt nghiệp tại trung tâm máy gia tốc Thầy đã quan tâm và dành nhiều thời gian hướng dẫn để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này Được sự giúp đỡ của thầy cô và các anh chị, cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Tính toán hiệu suất tổng hợp 18 F- FDG tại Trung tâm máy gia tốc – bệnh viện Trung ương Quân đội 108” Do thời gian thực tập và làm đồ án có hạn nên số liệu đầu vào của bài toán chưa thực sự nhiều, cũng các nghiên cứu và trình bày đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô! Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2014 Sinh viên Đinh Quang Huy Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: MÁY GIA TỐC VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ .2 1.1 Giới thiệu chung về máy gia tốc 1.2 Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA .4 1.2.1 Nguyên lý hoạt động của Cyclotron .4 1.2.2 Thông số kỹ thuật 1.2.3 Hoạt động của máy gia tốc Cyclotron 30 1.3 Ứng dụng sản xuất đồng vị phóng xạ dùng y tế CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phản ứng hạt nhân 2.2 Tiết diện phản ứng 2.3 Độ mất lượng 2.4 Tốc độ phản ứng CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN 3.1 Phương pháp tính hoạt độ 3.2 Phương pháp tính đợ mất lượng riêng 3.3 Phương pháp nội suy .8 3.4 Phương pháp tích phân sớ CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 Chương trình tính toán 4.2 Khảo sát suất lượng đồng vị theo thời gian chiếu 4.3 Khảo sát suất lượng theo lượng chùm tia 4.4 Đánh giá hiệu suất tổng hợp 18F – FDG .8 KẾT LUẬN .8 TÀI LIỆU THAM KHẢO .8 PHỤ LỤC Đinh Quang Huy Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt - FDG PET SPECT CT RF Asyn AEOB Areal keV MeV GeV µA mCi SRIM Cyclone 30 - Đinh Quang Huy : Fluoro-deoxy-glucose : Positron Emission Tomography : Single Photon Emission Computed Tomography : Computed Tomography : Radio Frequency (bộ đờng bợ tần sớ) : Hoạt đợ tính toán sau tổng hợp : Hoạt đợ tính toán sau quá trình bắn bia tạo 18F : Hoạt độ thực thu được sau tổng hợp : Kilo electron von : Mega electron von : Giga electron von : Micro Ampere : Mili Curie : Stopping and Range of Ions in Matter : Cyclotron 30 MeV IBA Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Danh mục bảng Bảng 1.1: Các đồng vị phóng xạ phát positron chủ yếu được sử dụng PET … .15 Bảng liệu đầu vào của chương trình tính toán hiệu suất…………………… ………………………………………………………….48 Đinh Quang Huy Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Sơ đờ ngun lý của Cyclotron Hình 1.2: Máy gia tốc Cyclone 30 tại trung tâm Hình 1.3: Giản đồ mặt cắt ngang của mặt phẳng trung tuyến Cyclotron Hình 1.4: Giản đồ miêu tả dòng proton sau qua lá carbon và lái ngoài từ trường Hình 1.5: Giản đờ miêu tả dòng proton có thể chuyển cổng khác Hình 2.1 Sự hình thành và phân rã của hạt nhân hợp phần với các kênh có thể xảy Hình 2.2 Giá trị Q và ngưỡng của phân rã hạt nhân đối với phản ứng của đơ-tơ-ri với hạt nhân 14N sau hình thành hạt nhân hợp phần 16O .8 Hình 2.3 Sơ đờ tính tiết diện hiệu dụng của phản ứng Hình 2.4 Tán xạ của hạt tích điện lên electron Hình 2.5 Tán xạ của hạt tích điện lên các electron lớp hình trụ .8 Hình 2.6 Biểu đồ biến đổi của hoạt độ phóng xạ theo thời gian quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ .8 Hình 3.1 Hàm kích thích của phản ứng O18(p,n)F18 Hình 3.2 Hàm kích thích của phản ứng hạt nhân O18(p,n)F18 đo thực nghiệm S Takacs Hình 3.3 Công suất dừng của proton nước làm giàu 18O .8 Hình 3.4 Làm khớp công suất dừng của proton nước giàu 18O theo hàm sớ giải tích Hình 3.5 Số liệu tầm chuyển động proton nước làm giàu 18O và đường cong làm khớp Hình 4.1 Giao diện chương trình tính toán hiệu suất Hình 4.2 Cửa sổ chương trình Visual Studio 2010 Hình 4.3 Suất lượng bão hòa của đồng vị 18F theo khoảng thời gian chiếu .8 Hình 4.4 Suất lượng đồng vị 18F theo lượng chùm tia Hình 4.5 Đồ thị thể hiện hiệu suất tổng hợp 18F - FDG Đinh Quang Huy Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 MỞ ĐẦU Trong năm qua, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật lĩnh vực y học và sinh học cũng không ngừng phát triển Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật, công nghệ hiện đại đã và mang lại thành tựu to lớn mọi lĩnh vực của đời sống, kinh tế, xã hội, đó ngành y tế đã có bước tiến nhảy vọt nhờ vào sự hỗ trợ của các trang thiết bị công nghệ cao Trong tình hình hiện nay, với việc xuất hiện ngày càng nhiều bệnh mới nguy hiểm, đe dọa đến sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là ung thư, đòi hỏi sự đầu tư, phát triển nhiều cho công tác chuẩn đoán và điều trị Ở Việt Nam, nhiều bệnh viện đã và được trang bị máy móc, thiết bị hiện đại nhằm mục đích cải thiện việc chăm sóc sức khỏe bệnh nhân Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 là một bệnh viện hàng đầu sử dụng trang thiết bị kỹ thuật cao áp dụng vào chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc bệnh nhân Trung tâm máy gia tốc - PET/CT là một phần của bệnh viện, sở đầu tiên của cả nước lắp đặt hoàn chỉnh và đưa vào sử dụng máy gia tốc Cyclotron 30 MeV từ nhiều năm Dưới sự giúp đỡ và tạo điều kiện từ Viện cũng từ ban giám đốc Trung tâm máy gia tốc, em được thực tập tại trung tâm Sau được tham quan và tìm hiểu về máy gia tốc Cyclotron 30 MeV của trung tâm, em xin chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp: “Tính toán hiệu suất tổng hợp 18F - FDG tại Trung tâm máy gia tốc – bệnh viện Trung ương Quân đội 108” Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hoạt độ của dược chất phóng xạ 18F – FDG, được tổng hợp từ 18F (sản phẩm đầu của máy gia tốc Cyclotron 30 MeV) Trên sở thu thập hoạt độ phóng xạ của dược chất 18F – FDG, tính toán hoạt đợ lý thuyết và so sánh để đưa giá trị hiệu suất tổng hợp cần quan tâm Mục đích của việc chọn đề tài này là để có hội tìm hiểu sâu về máy gia tốc, bên cạnh đó nghiên cứu, tính toán, đánh giá hiệu suất tổng hợp 18F – FDG tại trung tâm, từ đó đánh giá khả hoạt động của bộ tổng hợp Kết quả thu được ban đầu đã kiểm chứng khả hoạt động của bộ tổng hợp tại trung tâm vẫn đảm bảo cho sản xuất thường quy Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 CHƯƠNG I: MÁY GIA TỐC VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ 1.1 Giới thiệu chung máy gia tốc Máy gia tốc là thiết bị để tăng lượng cho các hạt cần gia tốc Một phương tiện để nghiên cứu cấu trúc vật chất trạng thái vi mô là sử dụng các hạt bắn phá vào vật chất bao gồm các hạt bản cũng các ion của các nguyên tử Cấu trúc và tính chất của vật chất được phát hiện nhờ vào sự tương tác của các hạt kể với vật chất Bên cạnh đó, một ứng dụng không thể không kể đến của máy gia tốc thời điểm hiện nay, đó là tạo các phản ứng hạt nhân nhằm sản xuất các đồng vị phóng xạ, phục vụ các ứng dụng thực tiễn, nhất là y tế Điều cần thiết là để có được khả vậy thì các hạt phải có lượng nhất định và cường độ của chùm hạt phải đủ lớn Trong vật lý hạt nhân, nghiên cứu bản chất và các đặc trưng của lực hạt nhân, các hạt bản và thậm chí là cả cấu trúc của các nucleon cần có nguồn hạt gia tốc đến lượng rất cao, mặc dù vậy tự nhiên, khơng tờn tại ng̀n hạt phù hợp cho mục đích đó Một điều rất quan trọng cần nhấn mạnh là các hạt tự nhiên các nguyên tố phóng xạ tự nhiên phát hoàn toàn không đủ về số lượng mà cả về lượng cũng không đáp ứng đủ Chúng ta biết liên kết trung bình của nucleon hạt nhân là khoảng - MeV Để tách một nucleon khỏi hạt nhân thì lượng của chùm hạt bắn phá phải lớn lượng liên kết Điều đó có nghĩa là trường hợp của hạt nhân, việc nghiên cứu đòi hỏi cần phải gia tớc hạt tới lượng cao gấp rất nhiều lần so với trường hợp nguyên tử Trong thực tế, muốn nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và các phản ứng hạt nhân, các hạt gây phản ứng phải được gia tốc đến lượng từ hàng chục đến hàng trăm MeV Còn để nghiên cứu cấu trúc của các nucleon, người ta cần các điện tử được gia tốc hàng chục đến hàng trăm ngàn MeV (tức là 10 – 100 GeV) cao Ở Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 lượng vậy, bước sóng của điện tử mới vào khoảng kích thước của nucleon và vậy mới nghiên cứu được cấu trúc của nucleon [2] Tóm lại, việc nghiên cứu thế giới vi mô và yêu cầu sản x́t đờng vị phóng xạ đòi hỏi cần có các chủng loại hạt khác với mật độ lớn và gia tốc đến lượng cần thiết Tùy thuộc vào nghiên cứu cụ thể mà tạo loại hạt nào, mật độ lớn hay nhỏ và lượng cần phải đạt được Tất cả vấn đề này có thể giải quyết được nhờ vào máy gia tốc Trên thế giới, mợt thập kỷ trước lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được đời, Ernest Lawrence đã phát mình máy gia tốc Cyclotron vào năm 1931 Sau đó, một loạt các sự kiện quan trọng đã diễn xoay quanh việc sử dụng máy gia tốc để sản xuất các đồng vị phóng xạ nhân tạo, đó có các thí nghiệm của Hamilton và Stone áp dụng đồng vị Natri y học lâm sàng (1937), Hertz và cộng sự sử dụng đồng vị I-ốt nghiên cứu về sinh lý tuyến giáp (1938), và các nghiên cứu về bệnh bạch cầu sử dụng đồng vị Phốt của Lawrence et al (1940) Năm 1941, các máy gia tốc Cyclotron sử dụng y tế đầu tiên được lắp đặt tại Đại học Washington St Louis, nơi các đồng vị phóng xạ của phốt pho, sắt, thạch tín, và lưu huỳnh được sản xuất Với việc nghiên cứu các quá trình phân hạch Thế chiến II, hầu hết các đồng vị phóng xạ được quan tâm sử dụng y tế bắt đầu được sản xuất tại các lò phản ứng hạt nhân Sau chiến tranh, việc sử dụng rộng rãi các chất phóng xạ y học dẫn đến việc thành lập lĩnh vực mới gọi là y học nguyên tử, mà sau này được gọi là y học hạt nhân [9] Vào năm 2005, theo một báo cáo của IAEA, ước tính toàn thế giới có khoảng 350 máy gia tốc Cyclotron, chủ yếu được sử dụng cho sản xuất đồng vị phóng xạ, gần 50% số này là các máy có dải lượng từ 10 – 20 MeV và khoảng 75% các Cyclotron được sử dụng để sản xuất đồng vị 18F cho FDG [10] Việc sản xuất được Fluoro-deoxy-glucose (18F - FDG) vào năm 1970 và việc sử dụng nó để nghiên cứu sự chuyển hóa glucose là một bước đột phá lớn, dẫn đến sự phát triển của các phương thức chuẩn đoán hình ảnh được sử dụng rộng rãi bây giờ, được gọi là chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) Việc sử Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 dụng 18F - FDG cùng với một máy chụp hình PET mang lại hình ảnh chất lượng tuyệt vời của bộ não (để nghiên cứu các bất thường), của tim (để nghiên cứu chức hoạt động) và các khối u (để phát hiện di căn) Ngày nay, máy gia tốc ngày càng được ứng dụng nhiều sản xuất các đồng vị phóng xạ, phục vụ cho nghiên cứu và ứng dụng vào cuộc sống nói chung cũng y tế nói riêng 1.2 Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA 1.2.1 Nguyên lý hoạt động Cyclotron Nguyên lý chung của máy gia tốc dựa sự tương tác của hạt tích điện với điện từ trường Khi mợt hạt tích điện q chuyển động điện từ trường, có hai lực tác động đồng thời lên nó Lực thứ nhất là lực điện trường qE, lực thứ hai là lực Lorent Phương trình mô tả chuyển động của hạt được biểu diễn sau: (1.1) Trong đó: v : vận tốc hạt r F : lực chung tác dụng lên hạt r E : vecto điện trường c: tốc độ ánh sáng r H : vecto từ trường Từ phương trình ta có thể thấy lực mà điện trường tác dụng lên hạt có hướng trùng với hướng của điện trường Còn lực tác dụng của từ trường có hướng vuông góc với vecto vận tốc của hạt và vecto từ trường Lực này hạt không chuyển động vecto vận tốc của nó song song với vecto từ trường [2] Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Thông qua sự tương tác điện từ trường và hạt tích điện, chúng ta đờng thời có thể vừa gia tốc hạt, vừa có thể điều khiển hướng chủn đợng của hạt Đó là ngun lý chung và sở của nguyên lý hoạt động các máy gia tốc Máy gia tốc Cyclotron đầu tiên Lawrence và Livingstone xây dựng vào năm 1931 Nó bao gồm một hình trụ rỗng kim loại cắt thành hai phần theo đường kính, mỡi phần được gọi là một duant của máy gia tốc Các duant được đặt gần và để buồng kim loại chân không thường làm vật liệu không nhiễm từ Cả buồng bao gồm các duant được đặt hai cực của mợt nam châm đờng nhất Bán kính của b̀ng gia tốc và các cực của nam châm phải khác và lượng cuối cùng được gia tốc của hạt rất phụ thuộc vào chúng Buồng gia tốc được hút chân không đến áp suất 10-5 – 10-6 mmHg thấp Tại tâm của buồng các duant được đặt một nguồn ion đặc biết, các duant được nối với điện thế hình sin tần số cao của máy phát công suất cao Các ion được tạo thành tâm buồng được gia tốc điện áp và vào các duant rỗng Bên các duant, các ion được chuyển động với tốc độ không đổi theo quỹ đạo tròn, vì chủn đợng của chúng vng góc với từ trường, hình 1.1 là sơ đồ ngun lý mợt Cyclotron Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý Cyclotron Như hình 1.1: A và B là duant; S và N biểu thị cực Nam và cực Bắc của nam châm; mũi tên biểu thị hướng của ion được gia tốc Cyclotron Bằng cách chọn tần số phù hợp của điện trường xoay chiều các duant, chúng ta có thể luôn đạt được các ion từ duant này sang duant khác thì điện thế các duant có dấu cho các ion được gia tốc Lúc đó, cứ mỗi lần Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54  Kết luận: Theo nghiên cứu và tính toán của em đờ án, nhằm góp phần cho việc sản xuất 18F và tổng hợp 18F – FDG sản xuất thường quy tại trung tâm máy gia tốc, một vài yếu tố liên quan đến bài toán có thể được cải thiện để hiệu suất tổng hợp 18F – FDG được cao Có thể kể một vài yếu tố như: chất lượng nước giàu 18O (tăng độ làm giàu nước lên 95% hiện tại); cải thiện độ hiệu quả của hệ thớng làm mát khí He nhằm tăng tối đa cường độ chùm tia bắn bia, cũng đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống; tối ưu bộ phận định hướng chùm tia, tránh thất thoát quá trình truyền chùm tia tới bia; đánh giá lại chất lượng hoạt hóa, lọc của các bộ tổng hợp; … Đinh Quang Huy Trang 42 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 KẾT LUẬN Sau quá trình thực hiện đờ án với đề tài: “ Tính toán hiệu suất tổng hợp 18F – FDG tại trung tâm máy gia tốc, bệnh viện trung ương quân đội 108”, em đã thu được một số kết luận sau:  Hiểu được một cách bản về cấu tạo, sở vật lý và nguyên tắc vận hành của máy gia tốc Cyclotron 30 MeV IBA sản xuất dược chất phóng xạ 18 F – FDG  Áp dụng được phương pháp vật lý tính toán hiệu suất tổng hợp dược chất phóng xạ, góp phần kiểm tra, đánh giá độ ổn định và hiệu quả việc sản xuất Hiện tại, máy gia tốc đóng mợt vai trò quan trọng sản x́t các đồng vị phóng xạ, phục vụ nghiên cứu cũng chuẩn đoán, phát hiện và chữa trị ung thư rất hiệu quả Trong tương lai, máy gia tốc ngày càng được phát triển rộng rãi và nâng cao vai trò đảm bảo chất lượng c̣c sớng Với kiến thức và kinh nghiệm quá trình thực hiện đồ án, em rất muốn có hội được tiếp tục nghiên cứu nhiều đề tài về máy gia tốc tương lai, qua đó góp phần hiệu chỉnh cũng đưa được phương án tối ưu việc áp dụng máy gia tốc vào thực tế cuộc sống Đinh Quang Huy Trang 43 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Ngô Quang Huy, Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội PGS TS Trần Đức Thiệp, Máy gia tốc, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2002 TS Đàm Nguyên Bình, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học thực tiễn, 2013 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Văn Dinh, Nghiên cứu hệ thống tạo và dẫn truyền chùm ion máy gia tốc Cyclotron 30 MeV của IBA, Hà Nội, 2013 ThS Hoàng Ngọc Liên, bài giảng môn “Kỹ thuật hạt nhân y tế” A study on the [18F]FDG production efficiency of the MINItraceTMcyclotron in Shin Kong Memorial Hospital, Yuan-Hao Liu et al., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 562 (2006) 1064–1067 Critical points for improvement of performance in a summary of module synthera 18FDG: http://www.iba-radiopharmasolutions.com/media- center#scientific-publications Cyclotron Produced Radionuclides- Physical Characteristics and Production MethodsTechnical 465 Isotopes for Medicine and the Life Sciences, S James Adelstein and Frederick J Manning, NATIONAL ACADEMY PRESS, Washington, D.C, 1995 10 REVIEW OF CYCLOTRONS USED IN THE PRODUCTION OF RADIOISOTOPES FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS, P W Schmor, AAPS Inc., TRIUMF, 4004 Wesbrook Mall, Vancouver, BC, Canada 11 The Cross Data: http://www.nndc.bnl.gov 12 Đinh Quang Huy Trang 44 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bảng liệu đầu vào chương trình tính tốn hiệu suất: STT Ngày 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 14/2 18/2 19/2 20/2 21/2 25/2 26/2 27/2 28/2 4/3 5/3 6/3 7/3 11/3 12/3 13/3 14/3 18/3 19/3 20/3 25/3 26/3 27/3 28/3 1/4 2/4 3/4 4/4 8/4 15/4 Cường độ chùm tia (µA) 34 36 34 35 35 35 34 36 20 35 30 34 31 34 24 33 28 35 33 35 36 34 34 36 34 32 34 33 31 35 Đinh Quang Huy Cường đợ tích phân (µA) 11.5 25.5 10.1 24.1 12.5 25.6 19.7 21.8 10.2 19.0 11.5 25.6 21.5 25.1 12.2 25.0 10.0 18.1 11.0 21.7 25.1 16.0 24.2 17.2 24.9 11.9 23.6 11.1 17.5 19.0 Thời gian tổng hợp (phút) 37 43 32 33 33 39 35 35 37 33 43 35 31 33 50 35 37 39 44 38 38 36 44 34 32 41 36 40 38 41 Hoạt độ 18F-FDG (mCi) 467.621 831.081 451.554 831.081 548.513 903.108 781.216 692.567 383.783 770.135 447.108 991.756 830.135 775.675 455.986 880.945 298.081 635.000 311.918 736.891 858.783 410.540 831.081 506.405 692.567 468.729 747.973 445.459 753.513 714.729 Trang 45 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Phụ lục 2: Code chương trình tính tốn hiệu suất: Imports Microsoft.VisualBasic.FileIO Imports System.IO Public Class Form1 Private Sub Form1_Load(sender As Object, evt As EventArgs) Handles MyBase.Load AddHandler BeamCurrentTbx.TextChanged, AddressOf BeamCurrentTbx_TextChanged AddHandler IrradiationTimeTbx.TextChanged, AddressOf IrradiationTimeTbx_TextChanged AddHandler IntergratedCurrentTbx.TextChanged, AddressOf IntergratedCurrentTbx_TextChanged End Sub Private Sub BeamCurrentTbx_TextChanged(sender As Object, evt As EventArgs) 'Handles BeamCurrentTbx.TextChanged 'Dim IntergratedCurrent As Double 'If (BeamCurrentTbx.Text = "") Then ' IntergratedCurrent = 'Else ' IntergratedCurrent = CDbl(Beam.CurrentTbx.Text) * CDbl(IrradiationTimeTbx.Text) / 60.0# 'End If 'IntergratedCurrentTbx.Text = Format(IntergratedCurrent, "###0.0") Dim IrradiationTime As Double If BeamCurrentTbx.Text = "" Then IrradiationTime = Đinh Quang Huy Trang 46 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Else IrradiationTime = 60.0 * CDbl(IntergratedCurrentTbx.Text) / CDbl(BeamCurrentTbx.Text) End If IrradiationTimeTbx.Text = Format(IrradiationTime, "###0.0") End Sub Private Sub IrradiationTimeTbx_TextChanged(sender As Object, evt As EventArgs) 'Handles IrradiationTimeTbx.TextChanged 'Dim IntergratedCurrent As Double 'If (IrradiationTimeTbx.Text = "") Then ' IntergratedCurrent = 'Else ' IntergratedCurrent = CDbl(BeamCurrentTbx.Text) * CDbl(IrradiationTimeTbx.Text) / 60.0# 'End If 'IntergratedCurrentTbx.Text = Format(IntergratedCurrent, "###0.0") End Sub Private Sub IntergratedCurrentTbx_TextChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) 'Handles IntergratedCurrentTbx.TextChanged Dim IrradiationTime As Double If IntergratedCurrentTbx.Text = "" Then IrradiationTime = Else IrradiationTime = 60.0 * CDbl(IntergratedCurrentTbx.Text) / CDbl(BeamCurrentTbx.Text) End If IrradiationTimeTbx.Text = Format(IrradiationTime, "###0.0") End Sub Đinh Quang Huy Trang 47 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Private Sub CloseBtn_Click(sender As Object, evt As EventArgs) Handles CloseBtn.Click Close() End Sub Private Sub CalculateBtn_Click(sender As Object, evt As EventArgs) Handles CalculateBtn.Click Const Na = 6.02E+23 ''Avogadro's Number Const M = 20.0# 'M(H2O) Const T12 = 110.0# 'm Const v = 0.95 '%H2O Const rho = 1.0# 'g/cm3 Dim E0 As Double = BeamEnergyTbx.Text 'TxtBeaEne.Text Dim Ib As Double = BeamCurrentTbx.Text 'TxtBeaInt.Text Dim TEOB As Double = IrradiationTimeTbx.Text 'm TxtIrrTime Dim Tsyn As Double = SynthizedTimeTbx.Text 'TxtSynTime.Text Dim AFDG As Double = Activity18FTbx.Text 'Txt18FDG Dim lamda = Math.Log(2) / T12 Dim E() As Double = Nothing Dim Cs() As Double = Nothing Dim CsCount As Integer If Not Read_Cs(E0, E, Cs, CsCount) Then Exit Sub Dim F(CsCount) As Double 'Hoạt độ sau quá trình tổng hợp ( khơng tính đến hiệu śt tổng hợp ) For i = To CsCount - F(i) = Ib / 0.0000000000001601 * rho * v * Na / M * Cs(i) * 1.0E-24 '1barn = 1.0E-24 cm2 Next Dim R = 0.0# Đinh Quang Huy Trang 48 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 ''Integrated 'x0=Range(E(0)) 'xn=Range(E(CsCount-1))=Range (17.3MeV) For i = CsCount - To Step -1 R = R + (Range(E(i)) - Range(E(i - 1))) * (F(i) + F(i - 1)) / 'average value Next Dim AEOB = R * (1 - Math.Exp(-lamda * TEOB)) / 37000000000.0 * 1000.0 'mCi '37E9 Dim Af = AEOB * Math.Exp(-lamda * Tsyn) Dim Eff = AFDG / Af * 100.0# SynthesisEfficiencyTbx.Text = Format(Eff, "00.0") 'LblEff CalculatedActivityTbx.Text = Format(Af, "####0.0") 'LblAct End Sub Private Shared Function Read_Cs(Eb As Double, ByRef E() As Double, ByRef Cs() As Double, ByRef CsCount As Integer) As Boolean Dim capacity = 100 ReDim E(capacity) ReDim Cs(capacity) Dim itemCount = Dim E1 As Double Dim E2 As Double Dim Cs1 As Double Dim Cs2 As Double Dim dum As String = String.Empty FileOpen(1, "Cross.txt", _ OpenMode.Input, OpenAccess.Read, OpenShare.LockWrite) Input(1, E1) Input(1, Cs1) Input(1, dum) Đinh Quang Huy Trang 49 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Input(1, dum) If (Eb < E1) Then E = Nothing Cs = Nothing CsCount = FileClose(1) MsgBox("Data is out of range") Return False End If Do While Not EOF(1) Input(1, E2) Input(1, Cs2) Input(1, dum) Input(1, dum) If (Eb < E2) Then E(itemCount) = Eb Cs(itemCount) = LinearInterpolate(Eb, E1, E2, Cs1, Cs2) itemCount = itemCount + Exit Do Else E(itemCount) = E2 Cs(itemCount) = Cs2 itemCount = itemCount + If Eb = E2 Then Exit Do End If E1 = E2 Cs1 = Cs2 If itemCount = capacity Then capacity = capacity + 100 Đinh Quang Huy Trang 50 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 ReDim Preserve E(capacity) ReDim Preserve Cs(capacity) End If Loop FileClose(1) CsCount = itemCount ReDim Preserve E(CsCount) ReDim Preserve Cs(CsCount) Return True End Function 'Nợi suy tún tính Private Shared Function LinearInterpolate(x As Double, x0 As Double, x1 As Double, y0 As Double, y1 As Double) As Double Return (x - x0) * (y1 - y0) / (x1 - x0) + y0 End Function Private Shared Function Range(ByVal x As Double) As Double 'cm Const A = 0.0018830001 Const b = 0.012243578 Const c = 0.015855191 Const d = -0.0016302767 Const er = -0.0019644942 '(A+bx+cx^2+d(x^2)Ln(x)+er(e^-x))/10 Return (A + b * x + c * x * x + d * x * x * Math.Log(x) + er * Math.Exp(-x)) / 10.0 End Function 'Private Function Eff_Thick(Ex As Double, dEx As Double) As Double ' Return Range(Ex) - Range(Ex - dEx) 'End Function Đinh Quang Huy Trang 51 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 End Class Phụ lục 3: Tiết diện phản ứng (theo thực nghiệm S.Takacs,2003) Năng lượng (MeV) 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Tiết diện (barn) 0.0027 0.0523 0.0066 0.0079 0.0059 0.088 0.0464 0.0623 0.0618 0.0405 0.0469 0.043 0.1161 0.1171 0.1446 0.1568 0.2481 0.1832 0.3628 0.2843 0.2202 0.1348 0.1621 0.2616 0.4224 0.5024 0.498 0.465 0.4063 0.3523 0.3441 0.3753 0.2849 0.2358 0.2688 0.4654 Đinh Quang Huy 6.1 6.2 Năng lượng (MeV) 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 0.3027 0.2276 Tiết diện (barn) 0.2183 0.2474 0.2615 0.2657 0.2628 0.2343 0.2216 0.2749 0.3423 0.3404 0.3251 0.3057 0.2496 0.2255 0.2365 0.2435 0.2478 0.2466 0.272 0.2814 0.2507 0.2373 0.242 0.2575 0.2666 0.2481 0.2302 0.2176 0.2042 0.2038 0.2052 0.1899 0.1772 0.1862 9.7 9.8 9.9 10 Năng lượng (MeV) 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 13 13.1 13.2 0.2003 0.1976 0.1949 0.1921 Tiết diện (barn) 0.1894 0.1867 0.184 0.1812 0.1788 0.1766 0.1744 0.1722 0.17 0.1678 0.1656 0.1635 0.1613 0.1591 0.1569 0.1548 0.1526 0.1505 0.1483 0.1462 0.144 0.1419 0.1398 0.1377 0.1356 0.1335 0.1314 0.1293 0.1273 0.1252 0.1232 0.1212 Trang 52 Đồ án tốt nghiệp 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 17 17.1 17.2 17.3 17.4 0.1191 0.1171 0.1152 0.1132 0.1112 0.1093 0.1074 0.1054 0.1035 0.1017 0.0998 0.098 0.0961 0.0943 0.0926 0.0908 0.0891 0.0873 0.0856 0.084 0.0823 0.0807 0.0791 0.0775 0.0759 0.0744 0.0729 0.0714 0.0699 0.0685 0.0671 0.0657 0.0643 0.063 0.0617 0.0604 0.0592 0.0579 0.0567 0.0556 0.0544 0.0533 Đinh Quang Huy KTHN & VLMT – K54 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9 18 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 18.9 19 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 19.9 20 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8 20.9 21 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 0.0522 0.0512 0.0501 0.0491 0.0482 0.0472 0.0463 0.0454 0.0445 0.0437 0.0428 0.0421 0.0413 0.0405 0.0398 0.0391 0.0384 0.0378 0.0371 0.0365 0.036 0.0354 0.0349 0.0344 0.0339 0.0335 0.0331 0.0327 0.0323 0.0319 0.0315 0.0312 0.0309 0.0306 0.0303 0.03 0.0297 0.0295 0.0292 0.029 0.0287 0.0285 21.7 21.8 21.9 22 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 23 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 23.7 23.8 23.9 24 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 24.9 25 25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.6 25.7 25.8 0.0283 0.0281 0.0279 0.0277 0.0276 0.0274 0.0272 0.027 0.0269 0.0267 0.0266 0.0264 0.0263 0.0261 0.026 0.0258 0.0257 0.0256 0.0254 0.0253 0.0251 0.025 0.0249 0.0248 0.0246 0.0245 0.0244 0.0243 0.0242 0.024 0.0239 0.0238 0.0237 0.0236 0.0235 0.0234 0.0233 0.0233 0.0232 0.0231 0.023 0.0229 Trang 53 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 25.9 26 0.0228 Đinh Quang Huy 0.0228 Trang 54 Đồ án tốt nghiệp 26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8 26.9 27 27.1 27.2 27.3 27.4 27.5 27.6 27.7 27.8 27.9 28 28.1 28.2 28.3 28.4 28.5 28.6 28.7 28.8 28.9 29 29.1 29.2 29.3 29.4 29.5 29.6 29.7 29.8 KTHN & VLMT – K54 0.0227 0.0226 0.0225 0.0225 0.0224 0.0223 0.0222 0.0222 0.0221 0.0221 0.022 0.022 0.0219 0.0219 0.0219 0.0218 0.0218 0.0218 0.0218 0.0218 0.0219 0.0219 0.022 0.022 0.0221 0.0222 0.0223 0.0224 0.0225 0.0226 0.0227 0.0228 0.023 0.0231 0.0233 0.0234 0.0236 0.0237 Đinh Quang Huy Trang 55 ... Đinh Quang Huy Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt - FDG PET SPECT CT RF Asyn AEOB Areal keV MeV GeV µA mCi SRIM Cyclone 30 - Đinh Quang Huy : Fluoro-deoxy-glucose... thuật chuẩn đoán chuyên ngành Chuẩn đoán hình ảnh y học Cũng Đinh Quang Huy Trang 13 Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 SPECT, PET cho chúng ta biết thêm về chức chuyển hóa trao... của hạt và vecto từ trường Lực này hạt không chuyển động vecto vận tốc của nó song song với vecto từ trường [2] Đinh Quang Huy Trang Đồ án tốt nghiệp KTHN & VLMT – K54 Thông