Статус и перспективы развития ядерной медицины и лучевой терапии в России на фоне мировых тенденций (стр. 9 )

На территории России в разные годы было сооружено и введено в эксплуатацию 20 циклотронов для фундаментальных и прикладных исследований.

Первым стал циклотрон Физико-технического института им. , на котором в 1946 году был получен первый пучок. Затем в 1947 году был запущен циклотрон в Лаборатории №2 АН СССР (впоследствии Институт атомной энергии им. , ныне ФГУ РНЦ «Курчатовский институт»).

В последующие годы работы по циклотронной технике велись в ИАЭ им. , в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. , в Объединенном институте ядерных исследований, а также в ряде других российских организаций.

В таблице 12 приведен перечень циклотронов, запущенных в эксплуатацию на территории России. Все эти циклотроны можно условно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся циклотроны ОИЯИ для ускорения тяжелых частиц, используемые исключительно для проведения исследований по ядерной физике.

Ко второй группе относятся циклотроны серии У-120, созданные в середине 1950-х годов тоже для проведения фундаментальных исследований. Эти циклотроны морально и физически устарели и, видимо, не подлежат модернизации. Принципиальными ограничениями циклотронов данной серии являются небольшая энергия протонов и крайне низкая интенсивность пучка протонов (не более 10-15 мкА). Все указанные циклотроны функционируют в целях проведения фундаментальных исследований. Они также используются в учебном процессе. На циклотроне МГУ в 1990-х годах был проведен цикл работ по получению таллия-199 для ядерной кардиологии. Работы были завершены, однако, серийный выпуск таллия -199 хлорида в настоящее время не осуществляется. Это вызвано наличием на московском рынке РФП таллия-201 хлорида. В г. Томске на базе циклотрона У-120 создано и успешно функционирует производство РФП, меченных таллием-199 и йодом-123. Производительности циклотрона сегодня хватает для обеспечения кардиологического и онкологического центров г. Томска.

К третьей группе относятся циклотроны для фундаментальных исследований (ОИЯИ, ФТИ, РНЦ «Курчатовский институт»), подвергавшиеся многократным модернизациям. Сегодня на этих циклотронах, способных ускорять наряду с протонами легкие и полутяжелые ионы, проводятся также и прикладные работы, в частности, нарабатываются радионуклиды для ядерной медицины (рис.).

К четвертой группе отнесены циклотроны, предназначенные для производства радионуклидов. Это – РИЦ-30, МС-17 (Scanditronix), RDS-111 (CNI Inc.), новый ускоритель на 13 МэВ АОЗТ «Циклотрон», ускорители серии МГЦ-20 и У-150. Последние два типа машин сооружались для фундаментальных исследований. Но так как в настоящее время они практически полностью используются для производства радионуклидов, они были отнесены к четвертой группе.

Таблица 13. Циклотроны, запущенные в эксплуатацию на территории России.

№ пп	Название организации	Город	Марка циклотрона	Параметры	Год запуска
1.	ФТИ им.	Санкт-Петербург	нет	6,9 МэВ р, d,….	1946
2.	РНЦ «Курчатовский институт»	Москва	нет	35 МэВ р, d, …….	1947
3.	ЛЯР ОИЯИ	Дубна	У-200	Тяжелые ионы, К=145	1968
4.	ЛЯР ОИЯИ	Дубна	У-400	Тяжелые ионы, К=625	1978
5.	ЛЯР ОИЯИ	Дубна	У-400м	Тяжелые ионы, К=450	1991
6.	ЛЯР ОИЯИ	Дубна	Ц-100	13 МэВ 12С2+	1985
7.	Институт мозга РАН	Санкт- Петербург	МС-17	17 МэВ р, d	1985
8.	НПО «Радиевый институт»	Санкт- Петербург	МГЦ-20	20 МэВ р, α	1988
9.	Государственный технический университет	Санкт- Петербург	МГЦ-20	20 МэВ р, α	1985
10.	ЦНИРРИ МЗ РФ	Санкт- Петербург	МГЦ-20	20 МэВ р, α	1972
11.	ВНИИТФ	Москва	МГЦ-20	20 МэВ р, α	1989
12.	МГУ им. Ломоносова	Москва	У-120	13 МэВ р	Середина 1950-х гг.
13.	ТГУ	Томск	У-120	13 МэВ р	Середина 1950-х гг.
14.	УПИ	Екатеринбург	У-120	13 МэВ р	Середина 1950-х гг.
15.	СПбГУ	Санкт-Петербург	У-120	13 МэВ р	Середина 1950-х гг.
16.	АОЗТ «Циклотрон»	Обнинск	У-150	22 МэВ р, α	1963
17.	АОЗТ «Циклотрон»	Обнинск	РИЦ-14	13 МэВ р	2000
18.	2 ЦНИИ МО РФ	Тверь	РИЦ-30	30 МэВ р	1992
19.	ИССХ им. Бакулева МЗ РФ	Москва	RDS-111	11 МэВ р	2001
20.	МЦ УД Президента РФ	Москва	RDS-111	11 МэВ р	2003

К четвертой группе отнесены циклотроны, предназначенные для производства радионуклидов. Это – РИЦ-30, МС-17 (Scanditronix), RDS-111 (CNI Inc.), новый ускоритель на 13 МэВ АОЗТ «Циклотрон», ускорители серии МГЦ-20 и У-150. Последние два типа машин сооружались для фундаментальных исследований. Но так как в настоящее время они практически полностью используются для производства радионуклидов, они были отнесены к четвертой группе.

Рис 20. Изохронный циклотрон РНЦ «Курчатовский институт».

Сегодня в России производством циклотронных радионуклидов медицинского назначения активно занимаются несколько организаций:

-  АОЗТ «Циклотрон» (галлий -67, индий-111, кобальт-67, палладий-103, кадмий-109, германий-68);

-  РНЦ «Курчатовский институт» (йод-123, таллий-201);

-  НПО «Радиевый институт им. » (йод-123, йод-124, галлий-67);

-  ТГУ (таллий-199, йод-123);

-  2 ЦНИИ МО РФ (галлий-67, кобальт-57).

Циклотроны четырех организаций (Институт Мозга РАН, ЦНИРРИ МЗ РФ, ИССХ им. Бакулева МЗ РФ и МЦ УД Президента РФ) входят в состав центров ПЭТ и предназначены для наработки позитронных эмиттеров. Лишь циклотрон ЦНИРРИ МЗ РФ частично используется для производства йода-123 и галлия-67.

Действующие циклотроны, имеющие программы производства радионуклидов медицинского назначения:

•  Изохронный циклотрон РНЦ «Курчатовский институт» - йод-123, таллий – 201, фтор – 18.

•  Циклотрон Р-7М НИИ ЯФ ТПУ – таллий – 199.

•  Циклотрон МГЦ – 20 НПО «Радиевый институт» - йод -123, 124.

•  Циклотрон МГЦ – 20 ЦНИРРИ – йод – 123.

•  Циклотрон МС-17 Института мозга РАН – УКЖ для ПЭТ.

•  Циклотрон У-150 АОЗТ «Циклотрон» - йод – 123.

•  Циклотрон РИЦ – 14 АОЗТ «Циклотрон» - УКЖ для ПЭТ.

•  Циклотрон РИЦ –ЦНИИ МО РФ – таллий-201, индий -11 1

•  Циклотрон RDS – 111 ИССХ им. Бакулева – УКЖ для ПЭТ.

•  Циклотрон RDS – 111 МЦ УД Президента РФ – УКЖ для ПЭТ.

Циклотрон РНЦ «Курчатовский институт» является в настоящее время единственным циклотроном, обеспечивающим получение внешних пучков протонов с энергией более 30 МэВ. В результате только на этом циклотроне производится йод-123 высокой радионуклидной чистоты из ксенона-124.

Наиболее мощными производственными циклотронами являются машины АОЗТ «Циклотрон». На этих циклотронах проводят облучение только внутренних мишеней при интенсивностях достигающих мкА. Такая технология облучения мишеней обеспечивает высокую производительность. Однако этот подход имеет ряд существенных недостатков.

Во-первых, практически невозможно организовать облучение газообразных и жидких мишеней, что крайне важно. Во-вторых, облучение мишеней внутри вакуумной камеры циклотрона приводит к интенсивной активации элементов машины и, как следствие, является причиной дополнительного облучение обслуживающего персонала.

Самым «молодым» производственным циклотроном страны является РИЦ-30, установленный во 2 ЦНИИ МО РФ. Разработанный в начале 1980-х годов и запущенный в 1992 г., циклотрон обладал рядом существенных конструктивных недоработок, из-за чего регулярные работы на нем начались только в 1998г. Проектные параметры не были достигнуты. Также как и на циклотронах АОЗТ «Циклотрон», на РИЦ-30 возможно облучение мишеней только на внутренних пучках.

Таким образом, в настоящее время Россия не располагает ни одним циклотроном, на котором возможно нарабатывать все радионуклиды медицинского назначения. Более того, практически не ведутся работы по его проектированию.

Санкт-Петербургский Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. (НИИЭФА) Росатома является ведущим предприятием по разработке и изготовлению ускорителей заряженных частиц различного назначения, в том числе и циклотронов. В последние пять лет отечественные лечебные учреждения и научно-медицинские центры не закупили у института ни одного циклотрона. Все поставки идут только за границу. Недавно один циклотрон был отправлен в Египет, в страну с 70-миллионным населением, значительно отстающую от России в своем техническом развитии. Даже в ПЭТ-центрах Финляндии и Венгрии, имеющих лучшее оборудование, установлены российские циклотроны. Почему же Венгрия, Египет, Финляндия, Северная Корея отдают предпочтение российским циклотронам? Только ли из-за их относительной дешевизны? Конечно, нет. По многим техническим характеристикам российские циклотроны не уступают европейским и американским аналогам, а по некоторым показателям даже превосходят зарубежные образцы.

Из тридцати циклотронов, выпущенных институтом за пятьдесят лет своего существования, всего шесть работают в России на медицину. Радиевый институт им. в Санкт-Петербурге обеспечивает медицинские клиники страны короткоживущими радионуклидами. В ЦНИИРРИ (Центральном научно-исследовательском рентгенорадиологическом институте) также на полную загрузку работает отечественный циклотрон, поставляя короткоживущие радионуклиды для радионуклидных лабораторий и для собственного медицинского центра, где установлены ПЭТ-томограф и гамма-камера. Радиофармпрепараты, меченные йодом-123 и галлием-67, особенно востребованы медициной. При тех же результатах диагностики, какую дают их реакторные аналоги, они позволяют в 100 раз снизить лучевую нагрузку на организм. Под Москвой в Обнинске на работают два циклотрона, поставленные в разные годы из НИИЭФА. В Томске также успешно зарекомендовал себя петербургский циклотрон.

Этими примерами и исчерпывается российская статистика. Южные районы России, Приволжский федеральный округ, Сибирь (кроме Томска), Дальний Восток не располагают собственными циклотронами и потому не способны создавать для себя радионуклиды медицинского назначения. Тогда как в США и странах Западной Европы один циклотрон приходится на миллион жителей и размещены они сравнительно равномерно на территории страны. Каждый штат США имеет несколько циклотронов. Такое соотношение специалисты считают оптимальным. В России, для начала, каждому федеральному округу необходимо обзавестись хотя бы одним циклотроном. В нашей стране только Санкт-Петербург близок к западным стандартам. К чему приводит дефицит, всем известно. К высоким ценам, в том числе и на радиофармпрепараты, получаемые на основе радионуклидов. У дефицита РФП есть еще одна, мягко говоря, неприятная особенность – он негативно отражается на нашем здоровье. Дело в том, что доставка некоторых короткоживущих радионуклидов на дальнее расстояние невозможна, так как период полураспада некоторых из них очень короткий. Например, у йода-123 период полураспада всего лишь 13 часов. Другие радионуклиды, например, кислород-15, углерод-11, и вовсе имеют период полураспада несколько минут. Поэтому могут использоваться только в непосредственной близости от циклотрона. Не располагая достаточной номенклатурой радиофармпрепаратов, необходимой аппаратурой для радионуклидных исследований, многие медицинские клиники вынуждены использовать для диагностики только компьютерные томографы и УЗИ, а для лечения злокачественных опухолей – только гамма-лучевую терапию

Безусловно, одна из причин дефицита циклотронов – их высокая стоимость. Цена одного циклотрона от 1,5 до 3,0 миллионов долларов США. Однако все относительно, если оценивать стоимость с позиций жизни человека, здоровья нации, наконец. Да и цена не с неба взята. Циклотрон – это продукт, действительно, высоких технологий, хорошо освоенных в нашей стране. Процесс разработки и внедрения в производство новой модификации циклотрона занимает примерно полтора года. В нем задействовано высокотехнологичное оборудование.

Сейчас ситуация начала меняться в лучшую сторону. Правда, не так быстро, как хотелось бы. Пятигодичный вакуум в разработке новых образцов, вызванный последствиями шоковой терапии, еще дает о себе знать. Чтобы его ликвидировать, необходимо наладить поставку серийной продукции на внутренний рынок, возможности которого поистине неисчерпаемы. Дело в том, что та цена, по которой продаются сегодня единичные экземпляры циклотронов, не включает в себя затраты, связанные с научными разработками. А именно эта часть работы самая трудоемкая и самая дорогостоящая. Она окупается только после продажи нескольких изделий. Поэтому чем больше заказов на циклотроны, тем ниже их себестоимость, а соответственно и цена.

Следует отметить также еще одно очень важное обстоятельство, связанное с производством циклотронных радионуклидов медицинского назначения. Дело в том, что для получения этих радионуклидов в качестве стартового мишенного вещества используются обогащенные стабильные нуклиды. Россия – одна из немногих стран мира, в которой налажено производство этой продукции различными методами. Практически в России имеются запасы обогащенных стабильных нуклидов всех элементов Периодической системы Менделеева. Практически вся эта продукция экспортируется в другие страны, где из них нарабатывают радионуклиды медицинского назначения. Иногда российские медицинские учреждения покупают импортные РФП, приготовленные на основе стабильных российских обогащенных нуклидов. Цена такой продукции отличается на три порядка от цены экспортируемых обогащенных нуклидов.

6.5. Производство радионуклидов медицинского назначения из ядерных материалов.

За годы гонки холодной войны ядерные державы накопили в своих арсеналах значительные количества различных ядерных материалов. В настоящее время эти страны вынуждены искать адекватные способы обращения с избыточными запасами этих материалов. Избыток таких материалов превышает военные потребности для поддержания желаемого потенциала ядерного сдерживания и исчисляется тысячами тонн.

Расщепляющиеся ядерные материалы необходимы для создания ядерных устройств. К ним относятся материалы, ядра которых выделяют энергию в момент деления и которые могут делиться под воздействием как медленных, так и быстрых нейтронов. При достаточном количестве, называемом критической массой, расщепляющиеся материалы в состоянии поддерживать цепную реакцию и поэтому могут быть использованы как топливо в ядерных реакторах.

Такие расщепляющиеся материалы, как природный и низкообогащенный уран, не могут быть использованы при создании ядерного оружия, так как они не способны образовать сверхкритическую массу, при которой цепная реакция идет столь быстро, что стремительно высвобождается огромное количество энергии – и происходит взрыв.

Существуют только три оружейных расщепляющихся материала, представляющих практический интерес - плутоний-239 (в различных смесях), уран-235 (в виде высокообогащенного урана) и уран-233. Последний не встречается в природе и, по имеющимся данным, не используется в ядерном оружии. В то же время, этот материал является в последние десять лет объектом пристального внимания и исследования в связи с тем, что в продуктах его естественного распада содержатся радионуклиды, которые могут быть использованы для лечения злокачественных новообразований.

Более подробно возможности России по производству радионуклидов медицинского назначения из ядерных материалов обсуждались в разделе 3.3 данной справки.

6.6. Радионуклидные генераторы медицинского назначения.

Еще одним способом наработки радионуклидов медицинского назначения является их получение из так называемых радионуклидных генераторов, представляющих собой устройства в которых за счет естественного распада долгоживущего материнского радионуклида образуется целевой дочерний короткоживущий радионуклид. Материнский радионуклид может нарабатываться и в ядерном реакторе и на ускорителях заряженных частиц. Такая технология позволяет обеспечивать отделения радионуклидной диагностики и терапии, находящимися далеко от производителей радионуклидов, требуемыми короткоживущими радионуклидами. В таблице 14 дан перечень наиболее часто используемых в ядерной медицине радионуклидных генераторов.

Таблица 14. Радионуклидные генераторы медицинского назначения.

Материнский радионуклид	Период полураспада	Дочерний радионуклид	Период полураспада
Терапевтические радионуклиды
Свинец-212	10,6 ч	Висмут-212	61 мин
Oсмий-194	6 лет	Иридий-194	19 ч
Рутений-103	40 сут	Родий-103m	65 мин
Стронций-90	29 лет	Иттрий-90	64 час
Вольфрам-188	69 сут	Рений-188	16 час
Актиний-225	10 сут	Висмут-213	45,6 мин
Радионуклиды для позитронной эмиссионной томографии
Германий-68	271 сут	Галлий-68	68 мин
Селен-72	8,4 сут	Мышьяк-72	26 ч
Стронций-82	25 сут	Рубидий-82	1,3 мин
Титан-44	47 лет	Скандий-44	3,93 час
Цинк-62	9,1 ч	Медь-62	9, 7 мин
Радионуклиды для ОФЭКТ (вентиляция и кардиологические исследования)
Кадмий-109	453 сут	Серебро-109m	39, 8 сек.
Рубидий-81	4,58 час	Kриптон-81m	13, 1 сек.
Ртуть-195m	40 ч	Золото-195m	30, 6 сек.
Oсмий-191	15,4 days	Иридий-191m	4, 96 сек.
Вольфрам-178	21,6 сут	Tантал-178	9,3 мин

6.7. Основные российские производители нуклидной продукции медицинского назначения.