Fisica dei Radionuclidi Corso integrato di scienze e tecniche di radiologia medica, per immagini e radioterapia

Fisica dei Radionuclidi

Corso integrato di scienze e tecniche di

radiologia medica, per immagini e radioterapia

Dr. Luigi Rigon

Tel: 040 375 6232

E-mail: rigon@ts.infn.it

Fisica dei Radionuclidi

ASPETTI TECNICI DELLE METODOLOGIE CONTRASTOGRAFICHE

AA 2019-2020

Docenti:

MARIA ASSUNTA ​COVA FRANCA ​DORE

BARBARA ​PELOS LUIGI ​RIGON

DANIELA ​DE MATTEIS

GIULIANA ​DECORTI

Programma (I)

 Cenni ai metodi diagnostici della medicina nucleare:

 Scintigrafia

 Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)

 Positron Emission Tomography (PET)

 Radioattivita’

 Decadimenti: alfa, beta, gamma, cattura elettronica, conversione interna

 radiazione di annichilazione

 Legge del decadimento Radioattivo

 Vita Media - Attivita’, attivita’ specifica e relative unita’ di misura

 Reazioni a catena

 Serie radioattive - equilibrio radioattivo

 Cenni alla radioattivita’ ambientale

Programma (II)

 Radionuclidi usati in medicina nucleare per la diagnosi e la terapia

 Metodi di produzione

 mediante bombardamento con particelle cariche (ciclotrone)

 mediante fissione nucleare

 mediante cattura (attivazione) neutronica

 generati da altri radionuclidi prodotti artificialmente

 Esempi

 Il Generatore ⁹⁹Mo->^99mTc

 Approfondimenti

 The Essential Physics of Medical Imaging

J.T. Bushberg, J.A. Seibert, E. M. Leidholdt Jr, J. M. Boone Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, 2nd Edition, 2002

 http://www.unipd.it/nucmed/TF/TF.index.txt.ita.html

Parte 1/4

Cenni ai metodi diagnostici

della medicina nucleare

Scintigrafia

 Il radiofarmaco immesso nel paziente emette fotoni

 La gamma (Anger) camera e’ uno strumento che raccoglie i fotoni e permette di creare delle immagini in cui l’intensita’ e’ proporzionale al numero dei fotoni raccolti

 Perche’ le immagini siano sufficientemente nitide, e’

necessario usare dei collimatori:

mediante i collimatori si raccoglie solo la radiazione diretta (e non quella diffusa)

 L’efficienza dei collimatori e’ pero’

piuttosto bassa (~10^-3)

Gamma Camera

Gamma Camera

Fotomoltiplicatore (fototubo)

SPECT (Single Photon Emission CT)

 Ruotando opportunamente la gamma camera attorno al paziente ed utlizzando tecniche tomografiche, posso ottenere immagini 3D

 Una sostanziale differenza rispetto alla TAC riguarda l’attenuzione dei fotoni da parte del paziente

 in TAC e’ proprio questa attenuazione che crea l’immagine

 in SPECT invece tale attenuazione rovina l’immagine, ovvero aggiunge sovrastrutture al segnale proveniente dal radiofarmaco (-> artefatti)

PET (Positron Emission Tomography)

 La PET utilizza la

rivelazione simultanea (=in coincidenza) dei due fotoni da 511 keV

(radiazione di annichilazione)

 In questo modo non e’

necessario il collimatore:

PET (Positron Emission Tomography)

 Sono pero’ possibili alcuni casi di false coincidenze, che possono diminuire la qualita’ dell’immagine

 Esempi:

vera coincidenza false coincidenze

Radiofarmaci

https://isolpharm.pd.infn.it/

Courtesy of:

Alberto Andrighetto,

Laboratori Nazionali Legnaro

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

activity of the radioisotope (MBq) mass of the element (mg).

Specific activity →

Radionuclidic purity → activity of the desired nuclei overall activity of the compound

Parte 2/4

Radioattivita’

I. Studio dei fenomeni a livello del

singolo nucleo



All’inizio del corso abbiamo studiato alcuni elementi di fisica atomica, senza addentrarci nel nucleo degli atomi



I nuclei sono costituiti da nucleoni (ovvero protoni e

neutroni), che sono tenuti assieme da una intensa forza a corto raggio detta appunto forza nucleare forte



Poiche’ focalizziamo la nostra attenzione sui nuclei, non

parleremo genericamente di atomi ma di nuclidi , caratterizzati da:



numero di protoni Z (numero atomico: definisce le caratteristiche chimiche del nuclide)



numero di neutroni N



numero di massa atomica A=N+Z (numero di nucleoni totali)

Nuclidi



Dato un certo elemento di simbolo chimico X, un nuclide si indica convenzionalmente:



In realta’ molte di queste informazioni sono sovrabbondanti.

E’ sufficiente indicare infatti:



In quanto:

 X implica Z

 N e’ dato da A-Z

Notazione

N A

Z

X

A

X

numero di neutroni numero atomico

numero di massa

Famiglie nucleari

Nuclidi stabili o radioattivi



In natura esistono 255 nuclidi stabili, tutti con Z  83



Linea di stabilita’:



Esistono anche 65 nuclidi instabili (radioattivi), quasi tutti con Z  83



Molti altri nuclidi radioattivi (radionuclidi) possono essere prodotti artificialmente

nuclidi stabili

Decadimento radioattivo



Decadimento radioattivo: processo di transizione spontaneo da un radionuclide ad un altro nuclide (stabile/instabile)



In simboli, un generico decadimento radioattivo si indica come:



Oppure si puo’ usare un diagramma con la convenzione:

) Q (

W Y

X

_N ^A_Z^'_{' N'}

A

Z

  

nucleo “padre” nucleo “figlio”

radiazione emessa(particelle) energia rilasciata

Processi di decadimento radioattivo



Decadimento Alfa



Decadimenti isobarici



Decadimento beta-



Decadimento beta+



Cattura elettronica



Decadimenti isomerici



Decadimento gamma

 da stato eccitato

 da stato metastabile



Conversione interna

processi in competizione tra loro

processi in competizione tra loro

 due canali (in competizione tra loro) :

Decadimento Alfa



Generico decadimento Alfa:



Esempio: Decadimento del Radio-226 nel Radon-222 Q

He Y

X

_N ^A_Z ⁴_{2 N 2 2}⁴

A

Z



^_{ }

 

particella a

MeV 8

. 4 Rn

Ra

²²²₈₆

226

88

  a 

MeV 6

. 4 ) MeV 2

. 0 ( Rn

Ra

²²²₈₆

226

88

  a   

Decadimento Beta-



Generico decadimento Beta-:

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



_{ }



^

  

elettrone o particella b

^

Q e

p

n  

^

 

_e



antineutrino dell’elettrone

n

p

Spettro energetico del Decadimento Beta-



L’e

^-

e l’antineutrino si spartiscono l’energia disponibile Q



la probabilita’ che l’e

^-

esca con una certa energia E(beta-) determina uno spettro energetico del tipo:

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



_{ }



^

  

Decadimento Beta-



Esempio:

¹³¹₅₃

I 

¹³¹₅₄

Xe  e

^

 

_e

 Q

Decadimento Beta+



Generico decadimento Beta+:

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



_{ }



^

  

positrone o particella b

^

Q e

n

p  

^

 

_e



neutrino dell’elettrone

n

p

Decadimento Beta+



L’ e

⁺

e il neutrino si spartiscono l’energia disponibile Q.



bisogna pero’ notare che Q non coincide con la differenza tra energia del nucleo padre ed energia del nucleo figlio, in

quanto sono necessari 2x511=1022 keV per materializzare il positrone.



Esempio:

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



_{ }



^

  

Q e

N

O

¹⁵_{7 e}

15

8

 

^

  

Cattura elettronica (cattura K)



Generica cattura K:



E’ in competizione con il decadimento b

⁺



L’atomo figlio si trova in un livello (atomico) eccitato (lacuna nel guscio K). Seguira’ X di fluorescenza o elettroni Auger



Esempio:



in questo caso il diseccitamento dell’atomo figlio avviene

prevalentemente mediante emissione di un X di fluorescenza (~ 70 keV)

Q Y

e

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



^



_{ }

  

elettrone atomico (K shell)

Q n

e

p 

^

  

_e



Q Hg

e

Tl

²⁰¹_{80 e}

201

81



^

   

Cattura elettronica (cattura K)



Esempio:

Q Hg

e

Tl

²⁰¹_{80 e}

201

81



^

   

Bilancio energetico decadimenti isobarici



Decadimento Beta-:



Decadimento Beta+:



Cattura K:



Puo’ succedere che la cattura K sia energeticamente possibile mentre il decadimento beta+ no! (es: )

) CE (

Q Y

e

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A

Z



^



_{ }

  

 

 

 



N 1



²

A 1 Z N

A Z

2 e e

1 N A

1 Z N

A Z

c ) Y

( M )

X ( M

c m m

) Y

( M )

X ( M )

( Q







 









 b 

) (

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A Z









  

  b

) (

Q e

Y

X

_{N Z} ^A_{1 N 1 e}

A Z



 



  

  b

 

 

 



1 1



²

2 1

1

2 )

( )

(

) (

) (

) (

c m Y

M X

M

c m m

Y M

X M

Q

e N

A Z N

A Z

e e

N A Z N

A Z





















 

b

 

BK

2 1

N A

1 Z N

A

Z

X ) M ( Y ) c E

( M )

CE (

Q  

_{ }



Q Li

e

Be

₃⁷ _e

7

4



^

   

Decadimento Gamma



Abbiamo visto come il decadimento gamma puo’ seguire ad un altro decadimento radioattivo, che produce uno stato eccitato:



Il decadimento gamma da stato eccitato potrebbe quindi essere indicato come:

  ^{      }

 Y W Q Y W Q X

_N ^A_Z^'_{' N'} ^{* A}_Z^'_{' N'}

A Z

stato eccitato

' * '

' ' ' '

A A

Z

Y

N Z

Y

N



   

 

Decadimento Gamma



Nella maggior parte dei casi, lo stato eccitato dura pochissimo

(~10

^-12

s), per cui nella scrittura si tralascia il passaggio intermedio



Ad esempio, invece di:



si scrive:



ad es:



Tuttavia, a volte lo stato eccitato dura a lungo (secondi/ore) ed i due decadimenti sono misurabili separatamente.



Si parla allora piu’ propriamente di stato metastabile e si indica con una m vicino al numero di massa A

  ^{      }

 Y W Q Y W Q X

_N ^A_Z^'_{' N'} ^{* A}_Z^'_{' N'}

A Z

' ' '

A A

Z

X

N



Z

Y

N

 W   Q 

131 131

53

I 

54

Xe e 

^

   

e

Q 

Am A

Z

X 

Z

X  

Decadimento gamma da stato metastabile



Un importante esempio di decadimento gamma da stato metastabile e’ quello del tecnezio-99m (vita media: ~6 ore):

e m

99 43 99

42

Mo  Tc  e

^

 

 

 Tc Tc

⁹⁹₄₃

m 99

43

stato metastabile

Conversione interna



In alternativa al decadimento gamma, il nuclide eccitato (o in stato metastabile) puo’ disfarsi dell’energia in eccesso cedendola ad un elettrone (solitamente del guscio K)



Tale processo e’ in competizione con il decadimento gamma.



E’ importante conoscere la probabilita’ che avvenga l’uno o l’altro:

generalmente si preferiscono nuclidi che decadono con decadimento gamma e non per conversione interna



Altro esempio:

Parte 3/4

Radioattivita’

II. Studio dei fenomeni a livello

macroscopico

Attivita’



La quantita’ di un certo materiale radioattivo viene generalmente indicata attraverso la sua attivita’ A(t) , ovvero il numero medio di decadimenti nell’unita’ di tempo:



ove:

 N(t) e’ il numero dei nuclidi radioattivi in funzione del tempo

 -dN(t) rappresenta la diminuzione di N(t) (e quindi il numero di decadimenti) nel tempo infinitesimo dt



L’unita’ di misura SI e’ il Becquerel (1 Bq=1 decadimento/sec)



L’unita’ di misura “storica”, ancora molto diffusa, e’ il Curie (Ci)



1 Ci = 3.70 x 10

¹⁰

Bq



In medicina nucleare si usano attivita’ ~mCi (37 MBq) in diagnostica e ~100 mCi in terapia

dt ) t ( ) dN

t (

A  

Costante di decadimento e vita media



Il decadimento nucleare e’ un processo statistico in cui l’attivita’ e’

proporzionale al numero di radionuclidi:



Questa equazione differenziale e’ analoga a quella che descrive

l’attenuazione di un fascio di fotoni collimato e monocromatico. Allo stesso modo si ricava:



la vita media t=1/l e’ il tempo dopo il quale l’attivita’ e’ scesa a 1/e = 0.37 rispetto a quella iniziale



il tempo di dimezzamento (emivita) T

_1/2

=t ln2 = 0.693 t e’ il tempo dopo il quale l’attivita’ e’ scesa a 1/2 rispetto a quella iniziale (concetto analogo all’Half Value Layer HVL)

) t ( dt N

) t ( ) dN

t (

A    l

t 0

e N )

t (

N 

^l

t 0 t

0

e A e

N )

t ( N )

t (

A  l  l

^l



^l

costante di decadimento

Attivita’ Specifica



Il numero di radionuclidi presenti in un campione con una certa attvita’ A(t) si ricava da A(t) = lN(t) :



Noto il numero di radionuclidi nel campione si puo’ poi calcolarne la massa:



Infine, note attivita’ e massa, posso calcolare l’attivita’ specifica (ovvero l’attivita’ per unita’ di massa):

) t ( A T

443 .

1 )

t ( A /

) t ( A )

t (

N  l  t   

_1/2



) t ( A N T

443 A .

1 )

t ( N A

) A t ( N A

) A t ( N N

) A t (

M

_1/2

A A

A A











 t

l

! numero di massa A=N+Z !

! numero di Avogadro !

2 / 1

A A

A

A

AT

693 N .

A 0 N A

) N t ( N A

/ A ) t ( ) A

t ( M

) t (

AS A    



 



 

 t

l

l

Reazioni a catena



Studiamo ora il caso in cui il nucleo figlio e’ a sua volta radioattivo.



Si tratta di un caso piuttosto comune, che si riscontra ad esempio:



per radionuclidi padri piuttosto pesanti (Z ≥ 90)



per decadimenti in cui il figlio si trova in uno stato metastabile



In pratica, dobbiamo studiare una reazione a catena del tipo:



In questo caso puo’ instaurarsi un equilibrio tra l’attivita’ del padre (p) e quella del figlio (f).

' ''

' ' '' ''

A A A

Z

X

N



Z

Y

N



Z

Z

N

nucleo padre (p)

nucleo figlio (f)

Reazioni a catena - Equilibrio radioattivo



In questo caso abbiamo due equazioni accoppiate:



la cui integrazione da’:

 

 

 





 













t f

t t

p f

p p

f

t p

p

f f

p p

e N e

e N

t N

e N t

N

l l

l l

l l

l

0 0

0

) (

) (

 



 













) t ( N )

t ( dt N

) t ( dN

) t ( dt N

) t ( dN

p p f

f f

p p p

l l

l

considero N

_0f

=0

Reazioni a catena - Equilibrio radioattivo



Da:

si ottiene:



Casi particolari:



l

_p

<<l

_f

(equilibrio secolare)



l

_p

<l

_f

ma non “troppo” minore: l

_p

~l

_f

/10 (equilibrio transiente)



^{t t}



p f

p p

0 f

f

p

e

e N

) t (

N

^{l l}

l l

l

_{ }

 





^{t t}



p f

f p

0 f

f

p

e

e A

) t (

A

^{l l}

l l

l

_{ }

 





^t



p f

e

f

1 ) t ( A )

t (

A  

^l



^{( )t}



f p

p

p

e

f

/ 1 1

) 1 t (

A

^{l l}

l l







 

Equilibrio secolare



l

_p

<<l

_f



Esempio:



^t



p f

e

f

1 ) t ( A )

t (

A  

^l

Kr Kr

Rb

^{,EC 81m 81}

81

  

_{4.5 h}^b

 

_{13.5 s}



^

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 t (s)

attivita' (mCi)

Rb-81 (mCi) Kr-81m (mCi)

Equilibrio transiente



l

_p

~l

_f

/10



Esempio:



^{( )t}



f p

p f

d

e

f

/ 1 1

) 1 t ( A )

t (

A

^{l l}

l l







 

c T Tc

o

M

^{99m 99}

99



_{67 h}



^b

 

_{6 h}^

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 t (h)

attivita' (mCi)

Mo-99 (mCi) Tc-99m (mCi)

Classificazione dei Radionuclidi



Possiamo classificare i radionuclidi in 4 gruppi:



radionuclidi naturali con vita media lunga (>10

⁶

y), presenti fin dalla formazione della Terra

 238U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰K



radionuclidi figli derivanti da radionuclidi con vite medie lunghe ed in equilibrio con questi

 230Th, ²²⁶Ra e tutti i radionuclidi delle serie radioattive (->)



radionuclidi generati dall’azione dei raggi cosmici

 3H, ¹⁴C



radionuclidi prodotti artificialmente (usati in medicina)

 mediante bombardamento con particelle cariche (ciclotrone)

 mediante fissione nucleare

 mediante cattura (attivazione) neutronica

 generati da altri radionuclidi prodotti artificialmente

Serie Radioattive: U ²³⁵

Serie Radioattive: Th ²³²

Serie Radioattive: U ²³⁸

Serie Radioattive: Np ²³⁷

Tavola dei Nuclidi (http://atom.kaeri.re.kr/)

N

Z

Parte 4/4

Metodi di produzione dei radionuclidi utilizzati in

medicina nucleare

Produzione dei Radionuclidi



Si possono produrre artificialmente ~2500 radionuclidi



I radionuclidi usati in medicina vengono prodotti artificialmente:

 mediante bombardamento di nuclei stabili con particelle cariche di alta energia (ad esempio accelerate con un ciclotrone)

 67Ga, ¹²³I, ¹¹¹In, ⁵⁷Co, ²⁰¹Th (richiedono acceleratori di alte enrgie)

 18F, ¹³N, ¹⁵O, ¹¹C (possono essere generati da piccoli acceleratori)

 in seguito a fissione nucleare dell’²³⁵U nei reattori nucleari

 99Mo, ¹³¹I, ¹³³Xe

 mediante cattura (attivazione) neutronica

 32P, ⁵¹Cr, ¹²⁵I

 generati da altri radionuclidi prodotti artificialmente

 99mTc, ^81mKr, ⁸²Rb, ⁶⁸Ga

Bombardamento con particelle cariche



Particelle cariche come

¹

H,

²

H,

³

H,

⁴

He possono essere

accelerate ed usate per bombardare bersagli di nuclei stabili allo scopo di ottenere radionuclidi



Tipici acceleratori usati per questo scopo sono i ciclotroni (vedi slide successive)



I radionuclidi generati in questo modo sono generalmente poveri di neutroni e quindi tendono a decadere per b

⁺

o per cattura elettronica



In generale, essi possono essere separati chimicamente dal

materiale del bersaglio in quanto sono di una specie chimica

diversa (si dice che sono “carrier free”)

Ciclotrone (I)

Ciclotrone II



Partendo dalla sorgente posta al centro, un protone è attratto dal semidisco carico negativamente e viene invece respinto da quello carico positivamente. Entra così all’interno dell’elettrodo dove non vi è campo elettrico ma solo magnetico, e compie quindi una semicirconferenza (Fig. 6a).



Il campo elettrico tra gli elettrodi nel frattempo inverte la sua polarità: proprio nel momento in cui il protone ritorna

nell’intercapedine, incontra un campo accelerante, subisce un’ulteriore accelerazione, e compie una seconda

semicirconferenza con raggio maggiore (Fig. 6b).



Il processo si ripete finché il protone, dopo aver compiuto tutto

il percorso a spirale, arriva in periferia ed esce con la massima

energia.

Esempi

 Alcuni radionuclidi vengono prodotti in grossi acceleratori:



Gallio-67



Iodio-123



Indio-111



Cobalto-57



Tallio-201

Ga )

n 2 , p ( n

Z

⁶⁷

68

I Xe

) n 5 , p (

I

^{123 EC 123}

127

 

_{2 h}

I Xe

Cs )

n 2 , p (

Xe

^{123 ,EC 123 EC 123}

124

  

^b

 

_{2 h}



1s

In )

n 2 , p ( Cd

In )

n , p ( Cd

In )

n 2 , ( Ag

111 112

111 111

111

109

a

Co )

n , d (

Fe

⁵⁷

56

Tl Pb

) n 3 , p (

Tl

^{201 ,EC 201}

203

  

^b



9.4 h

Altri Esempi

 Altri radionuclidi (che decadono b+ e sono utilizzati per la PET) sono invece prodotti da piccoli ciclotroni che sono installati direttamente presso gli

ospedali (anche a causa della vita media piuttosto breve)



Fluoro-18 (T

_1/2

=110 min)



Azoto-13 (T

_1/2

=10 min)



Ossigeno-15 (T

_1/2

=2.0 min)



Carbonio-11 (T

_1/2

=20.4 min)

F ) n , p (

O

¹⁸

18

N ) n , d (

C

¹³

12

O ) n , p ( N

O ) n , d ( N

15 15

15 14

C ) n , d (

B

¹¹

10

Fissione nucleare ( ²³⁵ U)

 Nei reattori nucleari si ha la fissione dell’²³⁵U, che puo’ dare una varieta’ di prodotti di fissione. Esempi:

 Tali prodotti sono ricchi di neutroni e quindi di solito decadono b-

 Sono carrier free (perche’ non sono presenti altri isotopi)

 Alcuni (⁹⁹Mo, ¹³¹I, ¹³³Xe) sono utili in medicina nucleare

Cattura (attivazione) neutronica

 I neutroni provenienti da reattori nucleari possono essere usati per bobardare nuclei stabili “attivando” degli isotopi radioattivi

 Tali radionuclidi sono ricchi di neutroni e quindi generalmente decadono b-

 Esempi:

 Fosforo-32 (T_1/2=14.3 d)

 Cromo-51 (T_1/2=27.8 d)

 Di solito la cattura neutronica e’ seguita da emissione : (n, )

 Pertanto i radionuclidi prodotti NON sono carrier free, ed hanno quindi bassa attivita’ specifica

 Controesempio:

 Iodio-125 (T_1/2=60.2 d) (e’ carrier free perche’ ottenuto da Xenon-124)

P ) , n (

P

³²

31



Cr )

, n (

Cr

⁵¹

50



I e

X )

, n (

Xe

^{125 ,EC 125}

124

   

^b



17h

Generazione da radionuclidi

 Alcuni radionuclidi usati in medicina nucleare vengono generati dal

decadimento di altri radionuclidi (padri), che hanno vita media piu’ lunga

 Il radionuclide figlio e’ carrier free

e viene separato chimicamente

dal padre (eluzione) una volta

raggiunto l’equilibrio

 Esempio:

Tecnezio-99

da Molibdeno-99

(equilibrio transiente)

Generazione da radionuclidi: esempi

Il Generatore ⁹⁹ Mo-> ^99m Tc

 In generale, un generatore è un sistema che contiene un radionuclide padre ad emivita relativamente lunga che decade in un nuclide figlio, anch'esso radioattivo, caratterizzato da una emivita piu’ breve ed immediatamente utilizzabile nella preparazione di radiofarmaci.

 Il generatore ⁹⁹Mo->^99mTc e’ quello maggiormente utilizzato in Medicina Nucleare

 Il cuore del generatore è una colonna cromatografica a scambio ionico, che contiene alcuni grammi di una resina inorganica di allumina (Al₂O₃), sulla quale avviene l'adsorbimento del radionuclide padre, ⁹⁹Mo, sotto forma di anione molibdato (⁹⁹MoO₄^2-)

 Le caratteristiche chimiche della resina di allumina sono tali da tenere

saldamente legato l’ anione molibdato ma di lasciare relativamente libero lo ione pertecnetato (^99mTcO₄^-) che si viene a formare nel momento in cui

avviene il decadimento ⁹⁹Mo->^99mTc

 La separazione del tecnezio avviene facendo passare attraverso la colonna una soluzione salina isotonica (normale, 0.9%) di NaCl (eluente).

 Si ottiene così una soluzione (eluato) di pertecnetato sodico (Na^99mTcO₄).

Il Generatore ⁹⁹ Mo-> ^99m Tc

 In pratica, gli ioni cloruro scambiano con gli ioni pertecnetato, solubili in soluzione salina, ma non con quelli di molibdato che, essendo insolubile, rimane adsorbito sulla colonna.

 La soluzione eluita, sterile e isotonica, può essere iniettata come tale o impiegata per la sintesi di radiofarmaci (RF).

Il Generatore ⁹⁹ Mo-> ^99m Tc

Il Generatore ⁹⁹ Mo-> ^99m Tc

 In generale, esistono due tipi di generatori

 "a umido" (wet): nella colonna rimane una certa quantità di soluzione fisiologica tra un’eluzione e l’altra.

 "a secco" (dry): ad eluizione avvenuta si ha un prosciugamento della colonna cromatografica. Questo in genere garantisce un eluato piu’ puro per l’assenza di residui di soluzione salina con conseguente produzione di agenti ossidanti

 La qualità dell’eluato dipende del metodo di produzione del ⁹⁹Mo:

 99Mo prodotto per attivazione neutronica per irraggiamento del molibdeno stabile; non è carrier free e contiene anche ⁹⁸Mo

 99Mo prodotto di fissione del ²³⁵U, è carrier free, ed ha elevatissima

attività specifica. Ciò permette l'utilizzo di colonne di piccola dimensione, minori volumi di eluente ad elevate concentrazioni attive nell'eluato.

 La principale impurezza radionuclidica dell'eluato è il ⁹⁹Mo

 può essere accompagnata da tracce di altri prodotti di fissione dal ²³⁵U come ¹⁰³Ru,¹³¹I, ¹³²Te e ¹³²I (da ¹³²Te); ma in quantità tali da non poter essere evidenziate se non con tecniche particolari.

Il Generatore ⁹⁹ Mo-> ^99m Tc

 Tipicamente un generatore viene consegnato con un’attivita’ dell’ordine di 40-120 GBq (~ 1-3 Ci)

 Il meccanismo descritto consente di raggiungere una resa pari all’85%

dell’attivita’ presente nel momento dell’eluzione

 es: un generatore con 1.5 Ci di ⁹⁹Mo puo’ fornire

~ 1.3 Ci di ^99mTc in 10 ml di soluzione fisiologica

 In seguito al decadimento del ⁹⁹Mo (T_1/2 = 2.75 d), l’attivita’ dell’eluato si riduce col passare del tempo:

Metodo Isolpharm

The ISOLPHARM method for the production of radiopharmaceuticals is a INFN PATENT

Patent title:

«Method for producing beta emitting radiopharmaceuticals and beta emitting radiopharmaceuticals thus obtained»

Flexible production, high specific activity & radionuclidic purity

Courtesy of: Alberto Andrighetto, Laboratori Nazionali Legnaro Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

Metodo Isolpharm



Production of a large set of

radionuclides carrier-free & with large radionuclide purity ->

(versatility)



Many unconventional

radioisotopes (short T

_1/2

) difficult to produce with

traditional techniques ->

(innovativity)



On-line mass selection by tuning the separator; easy production of

different radionuclides -> (flexibility)



Low production of radioactive waste material -> (green)

Courtesy of: Alberto Andrighetto, Laboratori Nazionali Legnaro Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

Riassunto dei metodi di produzione

Alcuni radionuclidi usati in MN (I)

Alcuni radionuclidi usati in MN (II)