Nghiên Cứu Đánh Giá Hiệu Suất Sản Xuất 18F-FDG Trên Máy Gia Tốc Cyclone® 30

FDG-18F là một dược chất phóng xạ được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán hình ảnh PET/CT, đặc biệt trong ung thư học, thần kinh học và tim mạch. Nó cho phép đánh giá sự chuyển hóa glucose của các tế bào, giúp phát hiện sớm các khối u ác tính và theo dõi hiệu quả điều trị. Việc sản xuất FDG-18F hiệu quả là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các cơ sở y tế. Theo một điều tra của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), có khoảng 75% các máy gia tốc cyclotron được sử dụng để sản xuất FDG tại chỗ và cung cấp cho các cơ sở khác.

Máy gia tốc Cyclone 30 đóng vai trò then chốt trong quá trình sản xuất FDG-18F. Máy này có khả năng gia tốc chùm tia proton đến năng lượng cao, tạo điều kiện cho phản ứng hạt nhân 18O(p,n)18F diễn ra hiệu quả. Việc tối ưu hóa các thông số vận hành của máy gia tốc là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất sản xuất cao và ổn định. Hệ thống máy gia tốc cyclotron tại trung tâm máy gia tốc của Bệnh viện TWQĐ 108 được cung cấp bởi hãng IBA, Bỉ có thể gia tốc chùm tia proton đến năng lượng lớn nhất 30 MeV với mục đích sản xuất các đồng vị phóng xạ dùng cho cả PET và SPECT, cũng như dùng trong nghiên cứu khoa học.

Các thông số vận hành của máy gia tốc, bao gồm năng lượng chùm tia, cường độ chùm tia, và vị trí lá tách điện tử, có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản xuất FDG-18F. Việc điều chỉnh các thông số này một cách chính xác là rất quan trọng để tối đa hóa sản lượng 18F và giảm thiểu sự hình thành các đồng vị phóng xạ không mong muốn. Luận văn đã áp dụng các tính toán phản ứng hạt nhân để tính toán xuất lượng đồng vị 18F sinh ra trong quá trình bắn bia, xác định thực nghiệm hiệu suất truyền đồng vị 18F thông qua việc đo hoạt độ của 18F truyền tới hotcell sau khi chiếu bia.

Kiểm soát chất lượng là một yếu tố then chốt trong quy trình sản xuất FDG-18F. Các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt cần được tuân thủ để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các yêu cầu về độ tinh khiết phóng xạ, độ tinh khiết hóa học và hoạt độ phóng xạ. Việc kiểm tra chất lượng thường xuyên giúp phát hiện và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho bệnh nhân. Mỗi cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc đều phải tự xây dựng bộ các thông số này và chọn lựa điều kiện chiếu tối ưu của riêng hệ máy gia tốc đang vận hành.

Các mô hình tính toán phản ứng hạt nhân, như SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter), có thể được sử dụng để dự đoán sản lượng 18F dựa trên các thông số vận hành của máy gia tốc và đặc tính của bia. Các mô hình này giúp xác định năng lượng chùm tia tối ưu và độ dày bia phù hợp để đạt được sản lượng 18F cao nhất. Luận văn đã áp dụng các tính toán phản ứng hạt nhân để tính toán xuất lượng đồng vị 18F sinh ra trong quá trình bắn bia.

Việc thực hiện các thí nghiệm để xác định các thông số vận hành tối ưu cho máy gia tốc Cyclone 30 là rất quan trọng. Các thí nghiệm này có thể bao gồm việc thay đổi năng lượng chùm tia, cường độ chùm tia và vị trí lá tách điện tử, đồng thời đo sản lượng 18F tương ứng. Dữ liệu thu được sẽ được sử dụng để xây dựng các đường cong hiệu suất và xác định các thông số vận hành tối ưu. Ngoài xuất lượng đồng vị 18F sinh ra và hiệu suất tổng hợp của bột tổng hợp, luận văn cũng nghiên cứu tối ưu hóa các thông số vận hành ( thông số kỹ thuật được thiết lập bởi người vận hành máy gia tốc cho máy gia tốc và các thành phần cấu thành nên hệ thống tách - dẫn chùm tia ) để tạo ra chùm tia gia tốc có cường độ ổn định, kích thước hay độ hội tụ phù hợp và có hiệu suất truyền cao để đảm bảo quá trình vận hành máy gia tốc an toàn và tiết kiệm .

Dữ liệu sản xuất FDG-18F, bao gồm hoạt độ 18F ban đầu, hoạt độ FDG-18F cuối cùng và thời gian tổng hợp, được phân tích để xác định hiệu suất tổng hợp. Các phương pháp thống kê được sử dụng để tính toán giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của hiệu suất tổng hợp, cũng như để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất. Từ các kết quả thu được cùng với hoạt độ sản phẩm FDG có thể tính được hiệu suất tổng hợp của bột tổng hợp.

Hiệu suất tổng hợp FDG-18F thực tế được so sánh với thông số kỹ thuật do nhà cung cấp bộ tổng hợp cung cấp. Sự khác biệt giữa hai giá trị này có thể chỉ ra các vấn đề tiềm ẩn trong quy trình tổng hợp hoặc sự suy giảm chất lượng của bộ tổng hợp. Việc so sánh này giúp đảm bảo rằng quy trình tổng hợp đang hoạt động hiệu quả và sản phẩm FDG-18F đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng. Hiệu suất tổng hợp FDG trên một đơn vị dòng tích phân.

Dựa trên các kết quả nghiên cứu, các thông số vận hành của máy gia tốc Cyclone 30, như năng lượng chùm tia và cường độ chùm tia, có thể được điều chỉnh để tăng sản lượng 18F. Việc tối ưu hóa các thông số này cần được thực hiện một cách cẩn thận, dựa trên các mô hình tính toán và các thí nghiệm thực tế, để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Kết quả Hiệu suất truyền đồng vị phóng xạ 18F ở thời điểm kết thúc bắn bia.

Quy trình tổng hợp FDG-18F có thể được cải tiến để nâng cao hiệu suất tổng hợp. Các cải tiến này có thể bao gồm việc sử dụng các bộ tổng hợp mới, điều chỉnh thời gian tổng hợp và nhiệt độ phản ứng, hoặc áp dụng các kỹ thuật làm sạch sản phẩm tiên tiến. Việc đánh giá hiệu quả của các cải tiến này cần được thực hiện thông qua các thí nghiệm và phân tích dữ liệu sản xuất. Hiệu suất tổng hợp đối với 106 mẻ sản xuất từ tháng 5/2021 đến tháng 4/2022.

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp sản xuất FDG-18F mới, như sử dụng các máy gia tốc nhỏ gọn hơn hoặc các quy trình tổng hợp đơn giản hơn. Các phương pháp này có thể giúp giảm chi phí sản xuất và mở rộng khả năng tiếp cận FDG-18F cho các cơ sở y tế ở vùng sâu vùng xa.

FDG-18F có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học tiên tiến, như chẩn đoán và điều trị ung thư bằng liệu pháp trúng đích, theo dõi đáp ứng điều trị và phát triển các loại thuốc mới. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc khám phá các ứng dụng mới của FDG-18F và phát triển các phương pháp sử dụng FDG-18F hiệu quả hơn.