Ю.О. Бороденко1, В.В. Качанюк2, В. М. Шевель3
1Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, Харків
2Українська військово-медична академія, Київ
3Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ
Контроль якості у виробництві радіофармацевтичних препаратів (РФП) посідає чільне місце у забезпеченні випуску високоякісних лікарських засобів для діагностики та лікування пацієнтів з онкологічними захворюваннями. Дозвіл на застосування РФП безпосередньо залежить від результатів аналітичного контролю [1].
Беручи до уваги, що більшість РФП мають короткий термін придатності, необхідно вирішити складне завдання – оптимізувати процес контролю їхньої якості.
Скорочення часу на проведення контролю якості дозволяє збільшити як радіохімічний вихід продукту, так і підвишити його питому активність, що є важливим параметром при проведенні діагностичних або лікувальних процедур.
Для оптимізації процесу контролю якості РФП нами запропоновано замінити лабораторне обладнання: гамма-спектрометр Molecular Mol, за допомогою якого контролюють радіонуклідну чистоту РФП (вимірювання енергії гамма-фотонів), та дози калібратора BIODEX ATOMLAB 500 (вимірювання загальної радіоактивності препарату) на радіонуклідний калібратор для ядерної медицини, розроблений вітчизняними науковцями Інституту сцинтиляційних матеріалів і виготовлений на заводі рентгенівського обладнання «Квант» (м. Харків) [2].
Даний пристрій працює таким чином: ємність (шприц або флакон) з радіоактивним фізіологічним розчином встановлюють в склянку для кріплення проби, поміщений, як і детектуючий пристрій, у свинцевий екран. Гамма-кванти, що випромінює радіоактивний фізіологічний розчин, потрапляють на детектуючий пристрій і поглинаються сцинтиляційним кристалом CSI (Tl), внаслідок чого виникає спалах світла, який реєструється кремнієвим фотодіодом. Імпульс струму, що виник у фотодіоді, перетворюється в напругу у зарядочутливому підсилювачі, формується формувачем і передається в блок контролю та індикації для подальшої обробки. У блоці електричні імпульси обробляються і результати виміру з’являються на дисплеї блока контролю та індикації. На екрані дисплея відображаються величина активності радіоактивного фізіологічного розчину і тип ізотопу, що знаходиться в ньому, за енергією випромінювання.
Відомі на світовому ринку радіонуклідні калібратори для ядерної медицини (фірма-виробник PTW Freiburg GmbH, Німеччина; фірма-виробник «НТЦ Амплітуда», Росія; фірма-виробник ІВА Dosimetry, Німеччина) мають блок контролю й індикації, поміщений у свинцевий екран, детектуючий пристрій, усередині якого встановлено склянку для кріплення проби. Детектор пов’язаний з блоком контролю та індикації або кабелем, або безпровідним зв’язком. У всіх відомих радіонуклідних калібраторах детектором є іонізаційна камера, зазвичай заповнена інертним газом під тиском (лічильник Гейгера). По осі камери (камера колодязного типу) є отвір під склянку для встановлення проби, яку поміщають в шприц або флакон.
Робота подібних радіонуклідних калібраторів заснована на поглинанні гамма-квантів інертним газом, які знаходяться всередині іонізаційної камери, внаслідок чого відбувається іонізація газу. Це спричиняє виникнення короткого імпульсу струму іонної провідності, який реєструє блок контролю та індикації. Оскільки атомне число інертного газу невелике, ефективність реєстрації гамма-квантів досить низька і становить не більше 15% для енергій – 0,1 МеВ. У міру збільшення енергії гамма-випромінювання ефективність реєстрації знижується, тому для підвищення ефективності реєстрації гамма-квантів газовими лічильниками доводиться збільшувати їхній об’єм і відповідно – загальні розміри вимірювальної камери й свинцевого захисту. Це зумовлює істотне збільшення маси і підвищення вартості радіонуклідних калібраторів з газовими лічильниками.
Виконання блока сцинтилятора РІN-фотодіода на основі кристала Сs (ТІ) (тобто спектрометричного детектора гамма-випромінювання) дає можливість вимірювати спектр гамма-випромінювання радіонуклідів у пробі, визначати активність радіонуклідів та виявлятидомішки у вимірювальній пробі. Крім того, є можливість зменшити габарити пристрою, що, своєю чергою, сприяє зменшенню маси і зниженню вартості калібратора.
Оскільки щільність кристала Сs (ТІ) набагато вища за таку інертного газу (атомний номер аргону – 39,948, а цезію –132,905) то за товщини кристала 5 мм ефективність реєстрації гамма-квантів з енергією випромінювання, наприклад, 0,14 МеВ (радіонуклід технецію – 99m) досягає 90%.
На відміну від газового середовища, в сцинтиляційному кристалі гамма-квант певної енергії іонізує визначену кількість атомів з випромінюванням квантів світла (фотонів). Оскільки фотони перетворюються фотодіодом у фотоелектрони, то природно, що чим більша енергія гамма-кванта, тим більше іонізованих атомів і, як наслідок, фотонів і фотоелектронів, тобто вища амплітуда фотоструму, за величиною якої визначають енергію радіонукліду, а за числом зареєстрованих гамма-квантів – його активність.
Запропонований нами радіонуклідний калібратор для ядерної медицини порівняно з аналогами має менші габарити і масу і визначає радіонуклід, величину його загальної радіоактивності та радіонуклідну чистоту.
Радіонуклідний калібратор має програмне забезпечення, за допомогою якого отримують дані про спектри, результати візуалізації активностей радіонуклідів у пробі та інформацію про домішки. Крім цього, є функція друку інформації на паперові носії.
На даному обладнанні були проведені дослідження в умовах реальних вимірювань величин радіоактивності і радіонуклідної чистоти елюату пертехнетату 99m (99Tc), отриманого з централізованого екстракційного генератора на дослідному ядерному реакторі Інституту ядерних досліджень НАН України (рис. 1, 2) [3].
Рис. 1. Гамма-спектр зразка 99Mo + 99Tc
Рис. 2. Гамма-спектр зразка 99Tc
За допомогою даного приладу одночасно вдалось вирішити два завдання: шляхом використання гамма-спектрометра здійснити контроль радіонуклідної чистоти та визначити загальну радіоактивність РФП.
Калібрування спектрометра радіонуклідного калібратора для ядерної медицини було проведено за допомогою стандартного джерела іонізуючого випромінювання 137Cs (енергія гамма-квантів – 662 кеВ). Час експозиції становив 30 хв. Отриманий спектр наведено на рис. 3.
Рис. 3. Спектр, отриманий за допомогою стандартного джерела іонізуючого випромінювання 137Cs
Дослідження проводили на трьох серіях «Фтордезоксиглюкоза, 18F, розчин для ін’єкцій». Період напіврозпаду – 109 хв, ймовірність розпаду по EC-каналу – 96%. Для визначення радіоактивності РФП використовували дані геометрій вимірювання, ефективність реєстрації та площу фотопіка (511 кеВ). На підставі цих відомостей розрахунок радіоактивності здійснювали за формулою:
де A – активність, Бк,
S0 – площа під піком
ε – ефективність реєстрації гамма-квантів з енергією 511 кеВ
Ω – тілесний кут (визначається геометрією вимірювання)
w – квантовий вихід (враховує, що впродовж одного акту розпаду з’являється два гамма-кванти)
k – коефіцієнт, який враховує імовірність розпаду по необхідному каналу (ЕС – 0,96)
c – коефіцієнт, який враховує послаблення за рахунок захисту
t – час вимірювання (для всіх серій – 300 с).
Гамма-спектри та результати визначення активності представлено на рис. 4.
Рис. 4. Гамма-спектри трьох серій «Фтордезоксиглюкоза, 18F, розчин для ін’єкцій»
Даний прилад є першим вітчизняним калібратором для ядерної медицини і рекомендований нами для одночасного виконання двох задач: визначення радіонуклідної чистоти та рівня загальної радіоактивності РФП.
Література
- 1. Настанова СТ-Н МОЗУ 42-3.5:2016. Лікарські засоби. Належна виробнича практика [чинний від 2016-07-29]. Вид. офіц. К.: Міністерство охорони здоров’я України, 2016. – 120 с.
- 2. Радіонуклідний калібратор для ядерної медицини: пат. 60782 Україна: МПК (2011.01), G01T 1/00; заявл. 25.06.2011.
- 3. Спосіб промислового виробництва екстракційного технецію 99М: пат. 86967_2 Україна; заявл. 10.01.2014.
