Equipo CICLOTRON , Produccion de Radioisotopo PET

1. CICLOTRON
LIC JOSE LUIS ARANA VIVAR

2. Breve introducción histórica:
Cómo surgen los aceleradores
La idea de acelerador surge a mediados de los años 30, cuando se
estudiaban las partículas extrañas producidas en los rayos
cósmicos. Estos Rayos cósmicos no son más que partículas que
vienen del espacio con gran energía que se desintegran generando
otras partículas. Si se quería mejorar en gran medida la precisión
en el estudio de estas partículas, era necesario tener el control de
las energías, de esta forma se comenzó a hablar de aceleradores
de partículas.

3. OBTENCIÓN DE RADIONÚCLIDOS
CICLOTRÓN
• Fue diseñado por
Ernest Lawrence en
1930 en la universidad
de Berkeley, California.
• Ganó el premio Nobel
en 1939.

4. • Ciclotrón
construido
por
Lawrence y
Livingston.
(Fotografía
de 1952)
• Protones a E = 80 KeV.
(¡¡Energía muy pequeña!!)

5. LLEGADAS A SUDAMERICA
1 222 3

6. CICLOTRONES EN SUDAMERICA

7. •
CICLO DE LA TECNOLOGIA PET

8. OBTENCIÓN DE RADIONÚCLIDOS:
CICLOTRÓN
• Es un acelerador de partículas
• Partículas cargadas (protón, deuterón, partículas α) y las acelera
(trayectoria circular) por medio de campos magnéticos incrementando su
energia

10. Ciclotrón
Sección longitudinal del ciclotrón de VANCOUVER
(Alemania).
Protones a Emax= 600 MeV

11. OBTENCIÓN DE RADIONÚCLIDOS:
CICLOTRÓN
 Aceleradas en Dees
 Al vacío
 La partícula acelerada impacta
sobre el núcleo blanco y ocurre
una reacción nuclear
 Núcleo excitado
 Emisión de protones o neutrones
y rayos ɤ

12. Funcionamiento del ciclotrón
Fuente de
iones
Electroimán

13. Fuente de iones
En la fuente de iones, mediante una descarga eléctrica
se logra la ruptura del enlace entre los átomos de H
que constituyen la molécula de dihidrógeno ( H2 ):
H2 H+ + H -
En los ciclotrones actuales se prefiere acelerar iones
negativos (H-) debido a la mayor simplicidad del proceso
de extracción del haz.
El H2 utilizado es
de pureza 5.0.

14. Los iones hidruro (H-) son acelerados en el ciclotrón.
El ciclotrón consiste en dos electrodos semicirculares en forma de D (llamados
“Des") separados por un cierto espacio. Entre ambos electrodos se aplica una
diferencia de potencial oscilante que cambia periódicamente. Todo el dispositivo
está sometido a un campo magnético constante (B) generado por un electroimán
que garantiza las trayectorias circulares de las partículas. Los iones H- que se
originan en la fuente de iones son atraídos por la cara opuesta de la separación,
cuya carga eléctrica es positiva. Atravesando la separación, la partícula
adquiere energía en el proceso. Mientras los iones H- se mueven a través del
campo de la “De" el potencial de la separación vuelve a cambiar, de manera que
cuando lleguen nuevamente al borde (del costado opuesto donde entraron) cambie
nuevamente acelerando las partículas y así sucesivamente.

15. EL electroimán genera un campo magnético (B)
constante que garantiza las trayectorias
circulares de las partículas (H-) aceleradas.
El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de
valor q, que se desplaza a una cierta velocidad, experimenta los efectos de una fuerza que
es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga
experimentará una fuerza dada por la siguiente ecuación:
F= q .v X B
F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción
magnética. (Nótese que tanto F como v y B son magnitudes vectoriales y el producto
vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la
fuerza resultante será:
F= q. v. B. sen ǿ
ǿ: ángulo formado por v
y la dirección de B

16. A medida que las partículas adquieren mayor velocidad el
radio va aumentando.
Esto se explica a partir de la siguiente ecuación: r = m . v
B . q
r: radio
m: masa
v: velocidad
B: campo magnético (constante)
q: carga

17. En el interior del ciclotrón existe un “alto vacío” para evitar que
los iones acelerados colisionen con otras partículas (átomos de
gases residuales) presentes en el interior del sistema de
aceleración. Estas colisiones podrían producir la extracción de
uno de los electrones del ión acelerado con lo que pasaría a ser
neutro, finalizando de este modo el proceso de aceleración.
Presión en el
interior del
ciclotrón.

18. Target
El Target es donde tiene lugar
la reacción nuclear que
permite obtener el
radionucleido deseado.
Allí se coloca la sustancia
(blanco) sobre la cual
impactan los protones.
Antes de abandonar el campo magnético, los iones H- pasan a través de
unas finas láminas de carbono que “arrancan” los electrones
generándose así protones (H+). Este haz de protones pasa por unos
colimadores y finalmente incide en el “Target”.
Los ciclotrones se clasifican en función de la energía máxima del protón, como:
• Nivel I: ciclotrones con energía máxima hasta 10 MeV.
• Nivel II: con energía máxima hasta 20 MeV.
• Nivel III: con energía máxima hasta 45 MeV.

19. CICLOTRON
Ciclotron.wmv

20. OBTENCIÓN DE RADIONÚCLIDOS:
CICLOTRÓN
Los radionucleidos
obtenidos por
bombardeo con
partículas cargadas
positivamente son
deficientes de neutrones
y decaen por emisión de
positrones.
NOMENCLATURA
• 111Cd(p,n) 111In
• 68Zn(p,2n) 67Ga
• 203Tl(p,3n) 201Pb
– 201Pb decae (30-35h) a 201Tl
• 18O (p,n) 18F
• 14N (p,α) 11C
• 16O(p,α) 13N

21. Uno de los radionucleidos más utilizados en los estudios PET es el
18F, el cual se obtiene a partir del bombardeo de agua enriquecida
con Oxígeno -18( H2
18O). La forma química como se obtiene el 18F
en el ciclotrón es H18F (fluoruro de hidrógeno líquido).

22. • Debido al reducido periodo de desintegración de los
radionucleidos empleados para marcar los
radiofármacos utilizados, éstos deben producirse
mediante un ciclotrón situado junto al laboratorio de
radiofarmacia.
• Para los radiofármacos marcados con radionucleidos
como Carbono-11, Nitrógeno-13 u Oxígeno-15, la
radiosíntesis debe llevarse a cabo “a pie de tomógrafo”;
sin embargo, los radiofármacos fluorados, y en particular
la 2-(18F)-fluiro-2-deoxi-D-glucosa (18FDG), pueden ser
distribuidos regionalmente a centros equipados con una
cámara PET.
• Dado que en una instalación PET el mayor costo se
debe al ciclotrón, la existencia de los mencionados
centros satélite ha permitido hacer de la PET un
procedimiento diagnóstico cada día más extendido.

24. UNIDAD DE
RADIOFARMACIA PET

25. DISEÑO Y EQUIPAMIENTO
Calidad del producto
(medicamento esteril)
Protección radiológica
(isotopos radiactivos)

26. Calidad
• Minimizar riesgo de errores
• Limpieza y mantenimiento
• Control de condiciones ambientales:
– Temperatura
– Presiones
– Humedad
– Ventilación

27. Protección radiológica
• Blindaje o distribución de la instalación
• Señalización
• Evitar contaminación ambiental:
– Filtro carbón activo
– Sonda de radiación

28. Dosimetria:
• Sondas de detección de tasa de dosis:
– Módulo de síntesis
– Módulo de dispensación
– Sala de síntesis
– Sala de ciclotrón
• Dosimetros personales de cuerpo entero y muñeca

29. UR PET
• Sala del ciclotrón
• Sala de control del ciclotron
• Sala de síntesis
• Vestuario de paso
• Sala de control de calidad
• Sala de acondicinamiento
• Almacen
• Sala de residuos
• Sala de gases

30. Sala del Ciclotrón
• Ciclotrón

31. Sala del ciclotrón
• Blindaje
– Auto blindaje
– Paredes de hormigón (bunker)
– Sistema de laberinto

32. Sala del ciclotrón
• Sistemas relacionados: vacio, generador RF,
electroimán,…
• Llaves de regulación de entrada de gases

33. Control de ciclotrón
• Estación de trabajo de control del ciclotrón
– Órdenes al ciclotrón
– Monitorización de la producción de isótopos
• No requiere condiciones especiales

34. Sala de síntesis
• Módulo/s automático/s de síntesis con celda
blindada: producción de RF emisores de positrones
• Módulo de dispensación con celda blindada:
dispensación producto en forma de jeringas o viales
• Ordenadores asociados a ambos módulos para dar
ordenes al módulo y monitorizar los procesos

35. Sala de síntesis

36. Sala de síntesis
• Entrada y salida materiales
mediante SAS
• Celda síntesis: (filtros HEPA)
• Celda dispensación (CFL):
grado
Módulo de síntesis
Presión -
Sala de
Síntesis
(aire C/D)
Presión +

37. Vestuario de paso
• Comunica sala de sintesis con resto instalación
• Personal se coloca el vestuario adecuado
• Sala grado
• Sistema de bloqueo de puertas

38. Sala de control de calidad

39. • Sala de acondicionamiento de las dosis para su envío
• Almacén para material usado en preparación y
control de calidad
• Sala de residuos (p.ej. componentes de los target)
• Sala de gases: botellas consumibles
Otras salas

40. PRINCIPIOS GENERALES
DE ASEGURAMIENTO Y
CONTROL DE CALIDAD
DE RF PET

41. • DISPENSACION
Registro de dosis (viales o jeringas) dispensadas:
• RF
• Lote producto
• Actividad y hora calibración
• Volumen

42. • ACONDICIONAMIENTO:
– Etiquetado: datos parecidos al registro
– Transporte del producto

43. Controles de calidad
• PNTs que incluirán:
– Parametros de calidad a determinar
– Periodicidad
– Metodología (Farmacopea Europea)
– Valores de aceptación
• DT o Especialista: única persona que puede
liberar el lote

44. • Acciones a tomar si no cumple los criterios de
aceptación:
– PNT que describa el procedimiento a seguir
– Lote claramente etiquetado y segregado
– Notificar a Garantía de Calidad
– Investigar la causa de la no conformidad
– Documentar
– Acción correctiva

45. Radionucleidos PET
•Deficit de neutrones
•Decaen por emision de b+
• Se producen en un ciclotrón
Carbon-11 20.4 min
Fluor-18 110 min
Nitrogeno-13 10 min
Oxigeno-15 2 min
RN T1/2

46. RN T1/2 Reacción Precursor Producto
11C 20.40 m 14N(p,)11C 14N2 (g) 11CO2
18F 109.90 m 18O(p,n)18F H2
18O 18F –
20Ne(d,)18F Ne (1% F2) 18F-F (F2)
20Ne(d,)18F Ne (5% H2) H18F
13N 9.96 m 13C(p,n)13N 13CO2 (g) 13NH3
15O 2.07 m 15N(p,n)15O 15N2 (g) 15O2

47. Produccion Fluor-18 (F-)
Materiales de construcción: Ag, Nb
Refrigeración por agua y Helio
Volumen 1 a 5 mL
Beam
Cooling water
Target water
Front flange

48. Gradientes de radiación y de presión en una
instalación

49. Tipos de ciclotrones: autoblindado
• Eclipse RD Minitrace
(Siemens, 11 MeV) (GE, 9.6 MeV)

50. Tipo de ciclotrones: sin autoblindaje
PET Trace (GE)

51. Sistema centralizado de monitoreo de
radiación

52. Acceso al ciclotrón: laberinto

53. Bóveda del ciclotrón: cemento
• Proporción de agua específica para mejorar las
propiedades del cemento como absorbente de neutrones
• Activación del cemento por el flujo de neutrones o gama
genera actividad de corto período: 56Mn, 24Na, 42K, 43K,
59Fe (t1/2 3h a 44 d).
• Contribuyen a la dosis de los trabajadores que efectúan
mantenimiento del ciclotrón, aunque menos que la dosis
de los componentes del blanco.

54. Area del ciclotrón
• Piso resistente, lavable, liso, que no genere polvo y que
sea posible de decontaminar
• Carga del piso: 10 – 25 ton sin blindaje, 85 – 100 ton con
autoblindaje
• Bóveda con 1.2 m de pared de cemento pesa 300 t
• Sistema de ventilación responsable de mantener T = 20 ±
2 °C y humedad ≤ 65%
• Polvo: vector de contaminación. Minimizarlo. Se
recomienda paredes epoxi.

55. Servicios eléctricos

56. Sistema de enfriamiento con agua de alta pureza

57. Ventilación del ciclotrón: filtros hepa y de carbono

58. Sistema de control de descargas ambientales

59. Suministro de gases

60. Riesgos potenciales
• Material activado
• Material contaminado
• Controles para proteger riesgos
– Ingeniería: blindajes, interlocks.
– Administrativos: retirar al trabajador que está próximo a
los límites; minimizar tiempos de exposición en la
planificación; emplear RN solamente en áreas diseñadas
para su correcto manejo; restringir el acceso a las áreas

61. Protección contra incendio

62. Área de producción

63. Módulos de síntesis
Producción de radiofármacos de 18F
Fastlab Fx/FN
Métodos automatizados
Tiempos de procesamiento cortos
OPTIMIZACION!!!

64. Marcación con 11C
en sistemas automatizados
11C-Autoloop Bioscan
FXC Pro (GE)

65. Tratamiento del aire de celdas
Filtros HEPA
Filtros de
Carbón
activado
Diferenciales
de
presión

66. Módulos de síntesis
Producción de radiofármacos de 18F y 11C
Fastlab Fx/FN FxC
Métodos automatizados
Tiempos de procesamiento cortos
OPTIMIZACION!!!

67. Puntos claves para su Evolución
www.ciclotronperu.com 67
MAYOR AUTOMATIZACION DEL SISTEMA
MAYOR SEGURIDAD EN LA PRODUCCION

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VERDADERAMENTE
AUTOMATICO!!!

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NUEVO SOFTWAREC
NUEVA ELECTRONICA
MAS COMPACTO
USO DE CASSETTE DESEHABLES
MEJORAS EN LA LIMPIEZA
VARIACION DEL METODO DE
SINTESIS
TIEMPO SINTESIS: 23 MIN
RENDIMIENTO CON CORRECCION
DE DECAIMIENTO:
MAS DE 80 %
CAPACIDAD MAX. DE ACTIVIDAD
RECIBIDA: 19 Ci.
CAPACIDAD DE HACER 1 CORRIDA
POR CARTUCHO.

70. www.ciclotronperu.com 70
VARIACION DEL METODO DE
SINTESIS

71. Bunker del
ciclotrón Area Blanca
Laboratorio de CC
PRQ, PQ,PRN, pH,
esterilidad,
endotoxinas
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE 18FDG
18Fluoruro
18FDG
Solución
inyectable de
18FDG
Ciclotrón Módulo de
Síntesis
Dispensación
Administración
al paciente

72. Medidas Protección Radiologica
• Disponer de un adecuado programa de protección radiológica
en el que estén involucrados todos los profesionales del
Centro
• Utilizar prendas de protección para la manipulación del
material radiactivo a fin de evitar contaminaciones
• FDG debe ser almacenada y transportada en contenedores de
Pb o W.
• Se deben utilizar protectores de jeringa para la inyección
• En las celdas de manipulación se han de utilizar pinzas para la
manipulación del vial.

73. Consideraciones de seguridad en la planificación
• Protección del público en general
– Acceso restringido y no permitir ingreso en áreas con niveles superiores a
2.5μSv/h
– Diseñadas con medidas de seguridad
– Areas de almacenamiento de material radiactivo con blindaje, minimizando
su movimiento y en acuerdo con reglamentaciones
• Trabajadores
– Espacio en laboratorios (3m2/persona)
– Blindaje que permita un nivel ≤ 25 uSv/h
– Contar con sistema de alarma de radiación en caso que los niveles de
radiación sean excesivos
– Todo el personal debe ser apropiadamente entrenado en el manejo de
material radiactivo

74. Medidas Protección Radiológica
• Muy importante: siempre que sea posible y
necesario utilizar sistemas automáticos o
semiautomáticos para la preparación, dispensación e
inyección del radiofármaco.
• Muy importante: adecuada colocación del dosímetro
de anillo.
• Muy importante: formación continuada del personal

75. Medidas de control para el
personal
Vestimenta requerida
 Elementos protectores de cabeza,
barba y vestimenta que no libere
partículas
 Guantes (e.g.nitrilo).
 Zapatos especiales reservados
para uso en areas de producción
con zapatones
Ejemplo de vestimenta para operaciones
asépticas

76. Equipamiento: Dispensador
 Clasificación de aire ISO 5
(Comecer, Theodorico)
 Preparación de viales y
dispensador de dosis unitarias
de jeringas
 Esterilización por autoclavado

77. Dispensación
 Celda caliente Capintec
 Clasificación del aire es
ISO 5 (Celda caliente)
 Clasificación del aire es
ISO 7 (Transfer hatch)
 Manipuladores
 Miniceldas en ambientes
adyacentes

78. Dispensación
 Celda caliente Von-Gahlen
 Clasificación del aire ISO 7.
Requiere instalación en
ambientes similares.
Manipuladores
Miniceldas acopladas a la
unidad
Transfer Hatch se abre
hacia el ambiente

79. •Dosis unitaria PET
Pig
• 3/5 mL, 0.5" lead
• Jeringa con o sin
aguja.
• Soportes
descartables

80. Container para embarque de
jeringas
•Reune los requisitos de
DOT T
 hasta 160 mCi un pig
 235 mCi en dos
 total 395 mCi of 18FDG

81. Container para desechos

82. Enviando el container de regreso
 Todos los containers deben ser devueltos
intactos
 Todos los componentes deben reunir los
requisitos de transporte
 Todos los containers serán levantados con
la siguiente entrega