Циклотрон для чего нужен в медицине

Циклотрон и его применение 13335

В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан и первый циклический ускоритель – циклотронна энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см). Схема устройства циклотрона показана на рис. 34.

Тяжелые заряженные частицы (протоны, ионы) ускоряются в циклотроне переменным ускоряющим полем фиксированной частоты, приложенным к ускоряющим электродам (их два и они называются дуантами). Частицы с зарядом Ze и массой m движутся в постоянном магнитном поле напряженностью B, направленном перпендикулярно плоскости движения частиц, по раскручивающейся спирали. Радиус R траектории частицы, имеющей скорость v, определяется формулой:

R = g, (5.1)

где γ – релятивистский фактор.

В циклотроне для нерелятивистской (γ ≈ 1) частицы в постоянном и однородном магнитном поле радиус орбиты пропорционален скорости (1), а период обращения

, (5.2)

т.е. не зависит от энергии частицы. Частицы попадают из инжектора в ускорительную камеру близко к её центру и начинают вращаться по орбите малого радиуса. В зазоре между дуантами частицы ускоряются импульсным электрическим полем (внутри полых металлических дуантов электрического поля нет). В результате энергия и радиус орбиты возрастают. Повторяя ускорение электрическим полем на каждом обороте, энергию и радиус орбиты доводят до максимально допустимых значений.

Основные области использования циклотрона:

· исследования и разработка технологии получения радионуклидов для ядерной медицины;

· синтез радиофармпрепаратов для медицинской диагностики;

· производство трековых мембран для изготовления фильтров очистки воды;

· нейтронная терапия онкологических больных;

· активационный анализ на заряженных частицах;

· облучение образцов материалов пучками заряженных частиц для исследования и модификации поверхности материалов;

· структурно-фазовый анализ сплавов стали и геологических образцов.

Синтез радиофармпрепаратов для ядерной медицины.Радиофармпрепаратами называют специально синтезированные биологически активные вещества, часть молекул которых содержит определенный радионуклид (молекулы как бы «мечены» радионуклидом). Введенные радионуклиды ведут себя в биологических системах так же, как и стабильные изотопы этих элементов. Отслеживая радионуклид по его излучению, которое ничтожно мало с точки зрения воздействия на организм, но при этом надежно измеряется высокочувствительными детекторами, медики получают возможность изучать миграцию, превращения, накопление, выведение «меченого» биологически активного вещества и на основании этого сделать вывод о функционировании исследуемых органов или тканей.

В качестве примера использования данных радиофармпрепаратов можно привести диагностику и лечение щитовидной железы с помощью йода-123. Именно радиоизотопной диагностике с применением радиоизотопов йода человечество обязано современным представлениям о функциях щитовидной железы и успехам лечения многих заболеваний, с ней связанных. Препараты, содержащие йод, широко используются для изучения обменных процессов во всем организме, диагностики и лечения целого спектра заболеваний, поскольку йод входит в состав многих биологических тканей.

Таллий-199 используется для диагностики перфузии сердца. Перфузное сканирование миокарда позволяет получить информацию о наличии инфаркта миокарда, определить расход крови (кровоток) через коронарные сосуды.

Методы радиоизотопной диагностики дают такую информацию о пациенте, которую невозможно получить никакими другими методами.

Производство и применение трековых мембран.На базе ускорителей различных типов разработана технология и освоено производство трековых мембран из полимерных пленок. Трековые (ядерные) мембраны получают путем облучения полимерной пленки толщиной 10–12 мкм, шириной 300 мм и длиной порядка 1500 м ионами азота, аргона на ускорителе. Каждый ион вдоль своей траектории повреждает полимерные молекулы, оставляя скрытый след – трек (отсюда и название мембран – «трековые»). Если облученную пленку затем засветить ультрафиолетовым светом и подвергнуть травлению в щелочи при заданной температуре, в ней по каждому треку образуется сквозное отверстие – пора цилиндрической формы, диаметр которой прямо пропорционален времени травления и может изменяться от сотых долей микрона до нескольких микрон (для сравнения: толщина человеческого волоса – 50 микрон) (рис. 35). Диаметры всех пор оказываются совершенно одинаковыми.

Трековые мембраны с высокой пористостью являются высококачественным фильтрующим материалом, позволяющим осуществлять процесс микрофильтрации жидкостей и газов с высокой селективностью, включая стерилизующую фильтрацию. Такие мембраны могут найти применение в микроэлектронике, биотехнологии, медицине, фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности, экологии.Использование трековых мембран для очистки воды является одним из наиболее перспективных направлений обеспечения экологической безопасности населения.

В настоящее время созданы образцы и организовано производство бытовых мембранных фильтров питьевой воды. Основные преимущества для потребителя – высокая степень очистки от микробных загрязнений – 99,9999 %.

Нейтронная терапия онкологических больных. Лучевая терапия – метод лечения опухолевых и ряда неопухолевых заболеваний с помощью ионизирующих излучений. В качестве источников облучения используются ускорители или радиоизотопные установки. Эффект лучевой терапии основан на повышенной чувствительности раковых клеток к ионизирующему излучению. Под действием этого излучения в клетках развивается огромное количество мутаций, и они погибают. При этом нормальные клетки организма не подвергаются таким изменениям, так как более устойчивы к облучению. Гибель опухоли происходит также за счет специальной методики облучения, когда лучи подводятся к опухоли с разных сторон. В результате в опухоли накапливается максимальная доза.

По виду излучения лучевая терапия делится на рентгенотерапию и гамма терапию. Однако некоторые виды опухолей устойчивы к действию данных видов излучений. В связи, с чем для достижения максимальной избирательности противоопухолевого радиационного эффекта предложено применять тяжелые ядерные частицы: протоны, тяжелые ионы, нейтроны.

Источник

220 тонн будут спасать жизни. Единственный в России и крупнейший в Европе: разбираемся и смотрим что такое циклотрон

Вчера в Димитровграде, в Федеральном высокотехнологичном комплексе медицинской радиологии установили протонный ускоритель – циклотрон. Мы решили разобраться, что это такое и для чего он, собственно, нужен.

Циклотрон — это огромный высокочастотный ускоритель массой более 220 тонн, который разгоняет протоны до скорости света и направляет их точно в опухоль. Образовавшийся протонный пучок разрушает раковые клетки и при этом не задевает здоровые ткани. В мире сейчас работают всего четыре десятка центров протонной лучевой терапии. Интерес к развитию данной технологии огромен.
Система протонной терапии Proteus®PLUS для ФВЦМР ФМБА России произведена бельгийской компанией IBA (Ion Beam Applications S.A.), ведущим в мире производителем оборудования для протонной терапии, оснастившей более 65% всех протонных центров в мире.

Протонная терапия – это самый современный метод проведения радиотерапии. Протонный пучок, в отличие от излучения при традиционной радиотерапии, основную массу своей энергии высвобождает внутри опухоли, что существенно сокращает облучение здоровых органов и тканей.

История создания циклотрона и характеристики.

В 2007 году ОИЯИ (объединенный институт ядерных исследований) совместно с бельгийской фирмой IBA начали разработку специализированного медицинского циклотрона С235-V3 для протонной терапии. По своим характеристикам он превосходит серийные медицинские циклотроны IBA С235 предыдущих модификаций. С235-V3 — изохронный циклотрон на основе магнита броневого типа. Пространственная вариация магнитного поля создается четырьмя парами спиральных секторов. Ускоряющая высокочастотная система создана на основе двух резонаторов, расположенных в противоположных долинах полюсов электромагнита, систем генерации ВЧ-мощности, стабилизации и управления.

Диаметр ярма циклотрона составляет 4.3 метра, его вес — 220 тонн, максимальный вес не разборного элемента конструкции циклотрона — 90 тонн. Циклотрон имеет профилированный по высоте (эллиптический) зазор между секторами, уменьшающийся от центра к радиусу вывода с 96 до 9 миллиметров. Вертикальная апертура дуанта составляет 20 миллиметров.
Потребляемая ускорителем мощность электропитания составляет 450 киловатт. Максимальная энергия ускоренных в циклотроне протонов составляет 232 мегаватт.

Для монтажа протонного ускорителя в центре радиологии ФМБА использовался кран со стройки Керченского моста.

Источник

Для чего нужен циклотрон? Об одном из самых масштабных проектов Президентской клиники

Для точности исследования специалисты используют радионуклидные фармацевтические препараты. Их вводят в организм пациента перед тем, как приступить к диагностике на аппарате ПЭТ/КТ (позитронно-эмисионный томограф, совмещенный с компьютерным томографом). Этот аппарат способен видеть накопление радиофармпрепарата в теле пациента и указать на происходящие патологические процессы в тканях организма.

Именно так специалисты Центра ядерной медицины Президентской клиники ежедневно диагностируют болезни, помогая лечащим врачам установить точный диагноз для дальнейшего эффективного лечения и позволяя бороться с болезнью на ее ранних стадиях. Чтобы расширить границы этой области и помочь еще большему количеству пациентов, в Больнице запустили масштабный проект по строительству Циклотроно-производственного комплекса. Основной целью данного комплекса будет производство ряда различных радиофармпрепаратов для диагностики труднодиагностируемых онкологических заболеваний, а также заболеваний головного мозга и сердечно-сосудистой системы.

Как инновационный проект Центра ядерной медицины Президентской клиники поможет в лечении и диагностике онкологических заболеваний и болезней мозга и сердца, и как к нему готовится Больница, мы узнали в беседе с руководителем Центра диагностики Больницы Айгуль Садуакасовой, заместителем руководителя Медицинского Центра Управления делами Президента РК Ажар Гиният и международным экспертом МАГАТЭ доктором Али бин Абдул Кадером.

Все решают кадры

Проверка на качество

Социальный вопрос

Благодаря циклотронному комплексу на базе нашей Больницы, мы планируем производить еще восемь видов радиофармпрепаратов, чтобы исследовать такие труднодиагностируемые заболевания, как рак предстательной железы, нейроэндокринные образования, опухоли головного мозга, остеобластические костные метастазы, низкозлокачественные опухоли и многое другое.

На сегодняшний день, согласно статистике, более 70 тысяч человек по всей стране нуждаются в исследованиях с применением указанных восьми радиофармпрепаратов. Но их потребности в Казахстане пока не покрываются. В связи с этим, обнаружение заболевания происходит, как правило, уже на поздних стадиях, когда терапия неэффективна.

Внедрение новых радиофармпрепаратов значительно улучшит раннюю диагностику различных онкологических заболеваний, и как следствие, поможет продлить жизнь пациентам без риска прогрессирования болезни. Впрочем, речь идет не только о диагностике онкологии: мы планируем расширить диагностические возможности медицины нашей страны в кардиологии и неврологии. Например, при исследовании терминальной хронической сердечной недостаточности, при поиске зоны эпилепсии, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, деменций, мультисистемной атрофии и других болезней.

Записаться на исследования ПЭТ/КТ можно по телефонам : 87058887777, 8(7172)708040, 8(7172)707946

Источник

В УрФУ установили циклотрон за миллиард рублей. Он поможет спасти онкобольных от смерти

В Уральском федеральном университете установили циклотрон, с помощью которого будут производить изотопы. Они необходимы для диагностики онкологических, а в будущем и сердечно-сосудистых заболеваний на ранних стадиях.

Директор циклотронного центра ядерной медицины УрФУ Сергей Бажуков надеется, что выпускать радиофармпрепараты начнут уже в 2020 году.

В помещении идет монтаж радиохимического комплекса, который нужен, чтобы изотопы, произведенные циклотроном, превращались в радиофармпрепараты. Единственный в России Университетский центр ядерной медицины «Циклотрон» может начать работу в начале 2020 года. Стоимость проекта уже приближается к миллиарду рублей.

На этом ускорителе заряженных частиц можно производить практически все известные изотопы. Комплекс способен решать 95–98% вопросов, связанных с радионуклидной диагностикой.

Для выявления патологических клеток применяются различные радиофармпрепараты. ПЭТ всего тела проводится с введением 18F-фтордезоксиглюкозы. Этот метод не имеет противопоказаний, такую диагностику могут проходить даже младенцы и пожилые люди.

Планировалось, что Центр ядерной медицины на базе физико-технологического института УрФУ заработает в 2017 году. Но запуск несколько раз откладывали. По словам Сергея Бажукова, на то «были объективные причины».

Во-первых, само помещение. Циклотрон и лаборатория находятся в здании — памятнике культурного наследия. Поэтому возникали дополнительные проблемы, связанные с проектом и его реализацией.

Во-вторых, циклотрон и лаборатория расположены друг над другом на разных этажах. Расположить их линейно без ущерба для процесса и результата было бы невозможно.

С помощью радионуклидной диагностики можно увидеть опухоль от 3 миллиметров. Если на этой стадии обнаружить злокачественное новообразование, процесс купируют медикаментозными методами, без хирургического вмешательства.

Канадское оборудование, несмотря на длительное ожидание монтажа, находится в рабочем состоянии. Когда работы на площадке завершат, предстоит еще пройти все стадии получения разрешительных документов.

Пока в Екатеринбурге нет своего действующего циклотрона, ПЭТ-Центр, где диагностируют онкологию на ранних стадиях, вынужден заказывать изотопы из других регионов. Это дольше и дороже.

В первую очередь радиофармацевтические препараты, которые будет производить университетский центр ядерной медицины, станут поставлять в ПЭТ-Центр, который официально открыли в Екатеринбурге еще в июне 2016 года. Все это время он работает на привозимых из Башкирии радиофармпрепаратах.

У изотопов для ПЭТ короткий период распада, поэтому не всегда можно довезти их в сохранности. Кроме того, это влияет на стоимость процедуры. Так, стандартное исследование ПЭТ КТ в Екатеринбурге с одним радиофармпрепаратом стоит 54,9 тыс. руб. В Санкт-Петербурге (в Онкологической клинике МИБС) аналогичная процедура обойдется в 1,6 раза дешевле — в 34,1 тыс. руб. Россияне могут пройти процедуру по полису ОМС, но нужно получить направление от врача и придется ждать очереди.

Радиохимическая лаборатория. Здесь изотопы превращаются в радиофармпрепараты, которые потом развозят по медучреждениям.

В таком свинцовом 14-килограммовом контейнере готовый препарат доставляют в клиники. В защитную емкость помещается маленький флакончик наподобие флакончика из-под пенициллина. Сам контейнер обеспечивает радиационную защиту.

ПЭТ-Центр принимает до 7 тыс. пациентов в год. Очередь на исследования в 2018 году, по информации свердловского минздрава, достигла 7450 пациентов, в 2019 году — 9775 человек. Запуск циклотрона в УрФУ должен решить проблему очередей. После начала производства он сможет обеспечивать загрузку восьми томографов. В то время как в ПЭТ-Центре их два. Теоретически, оставшиеся препараты можно отправлять в другие города. Однако короткоживущие изотопы дальше 150, максимум 200 километров не доедут.

Вся лаборатория облицована свинцом, чтобы защищать сотрудников от радиации.

Для «достижения минимального социального и экономического эффектов» принята норма – один ПЭТ-сканер на миллион человек. То есть Свердловской области с населением 4,3 млн нужно еще два-три томографа. Их также циклотрон УрФУ сможет обеспечить препаратами.

Источник

В Екатеринбурге запустили первый циклотрон для ядерной медицины

В столице Урала почти готов к запуску циклотронный центр ядерной медицины Уральского Федерального Университета для создания радиофармпрепаратов. Циклотрон для производства изотопов уже запущен, а остальное оборудование, необходимое для производства препаратов, проходит тестирование. Технический запуск первого на Среднем Урале циклотронного комплекса запланирован на лето 2020 года.

Запуск циклотронного комплекса и производство на нём радиофармпрепаратов позволит расширить применение ПЭТ- и ОФЭКТ-установок в Свердловской области и снизить цену диагностики для пациентов.

Вести исследования и образовательную деятельность в циклотронном центре начнут сразу после его запуска, а производство радиофармпрепаратов для ранней диагностики онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний стартует после получения лицензии Минпромторга.

«Суть метода в том, что радиофармпрепараты вводятся в ту зону человека, которую мы хотим изучить. Изотоп распадается, дает излучение и помогает нам с помощью ПЭТ-сканера диагностировать заболевание. Метод не имеет никаких медицинских противопоказаний, применяется во всем мире», — рассказал директор Центра ядерной медицины Сергей Бажуков.

Отмечается, что центр при УрФУ — первый такой университетский центр в стране. Препараты, которые здесь изготовят, будут использоваться в ПЭТ-Центре свердловского онкоцентра. Сейчас два ПЭТ-сканера онкологического центра обслуживают «путем ежедневных вертолетных полетов из Уфы, где есть маленький циклотрон».

Также препаратами Центра ядерной медицины смогут обеспечить еще шесть томографов, однако из-за особенностей изотопов доставка возможна только в радиусе 250-300 километров.

Подобных циклотронов в России еще нет.

— Есть две стратегии развития подобной диагностики раковых заболеваний, — обьясняет Сергей Кортов, первый проректор УрФУ. — Первая: вы ставите томограф и возле каждого томографа маленький циклотрон. Стоимость такого комплекса составляет порядка 7-8 миллионов долларов. Но можно сделать иначе — взять только томограф, а циклотрон сделать обслуживающим устройством для всех томографов. Тогда сами томографы будут стоить в четыре раза дешевле.

По второму пути Свердловская область и решила идти. Специально для циклотрона в одном из зданий УрФУ в Екатеринбурге был построен бункер с толщиной стен от 2,5 до 3 метров. Это должно обезопасить горожан от высокого уровня радиации, ведь когда циклотрон работает, находиться рядом с ним все равно, что стоять перед открытым ядерным реактором. Сердце циклотрона, то устройство, которое делает радиоактивные изотопы, уже готово. Сейчас сотрудники УрФУ тестируют другие узлы комплекса, которые и будут превращать радиоактивное вещество в препарат для диагностики, который можно безопасно вводить в организм.

Специально для циклотрона построили бункер с толщиной стен до трех метров — они защитят город от радиации.

— В течение трех месяцев мы все это оттестируем, и к лету будет произведен технический запуск всего комплекса, — говорит Сергей Кортов. — С этого момента на нем можно будет проводить научные исследования, образовательную деятельность. Но по законам РФ на нем еще нельзя будет производить радиофармпрепараты. Для этого надо получить целый ряд лицензий, главная из которых — лицензия Минпромторга на производство радиофармпрепаратов. Мы намерены до конца года получить ее и вот тогда без опаски сможем передавать полученные здесь препараты в клиники.

Благодаря тому, что сами препараты будут производиться в Екатеринбурге, а не доставляться вертолетом из Уфы, в дальнейшем за такой диагностикой уже не надо будет ехать в столицу Урала. Свои томографы для ранней диагностики рака смогут получить и Нижний Тагил и Каменск-Уральский. А препараты для них будут производиться в Екатеринбурге.

— Один такой томограф в Екатеринбурге в год принимает примерно 5 тысяч пациентов. Но по нормативам европейским, даже не самым высоким, их для Свердловской области надо пять, — обьясняет Сергей Кортов. — Запуск вот этой машины позволяет существенно удешевить и расширить применение в клиниках томографов для диагностики и лечения раковых и сердечно-сосудистых заболеваний.

Источник