DE19859100C1 - Radioaktive Palladium-103-Strahlenquellen und Spritzguß-Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Radioaktive Palladium-103-Strahlenquellen und Spritzguß-Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung beinhaltet neue radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen, die aus einem Keramikträger in Form eines Rohres bestehen, in dessen Volumen Pd-103 homogen verteilt ist, und einer Umschließung aus einem körperverträglichen Material. Die erfindungsgemäßen Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen können übliche X-ray-Marker im Hohlraum des Rohres beinhalten, vorzugsweise in Form eines Drahtes. Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur Herstellung der neuen Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen mittels Spritzgießen.
Description
Die Erfindung betrifft neue radioaktive Palladium-103-
Miniaturstrahlenquellen. Der Aktivitätsträger ist eine
rohrförmige Keramik, in dessen Volumen Pd-103 homogen
verteilt ist. Die Keramik ist mit einem körperverträglichen
Material umschlossen. Die erfindungsgemäßen Palladium-
Miniaturstrahlenquellen beinhalten übliche X-ray-Marker im
Hohlraum des Rohres, vorzugsweise in Form eines Drahtes.
Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur
Herstellung der neuen Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen
durch Spritzgießen.
Das Haupteinsatzgebiet von Palladium-103-Miniatur
strahlenquellen liegt in der Behandlung von Tumoren. Als
Vorzugsmethode kommt die interstitielle Therapie in Frage,
bei der die Strahler ins zu behandelnde Gewebe implantiert
werden. Die geringe Größe sowie die kurze Halbwertszeit des
Nuklides erlauben den dauerhaften Verbleib im Gewebe.
Die lokale Bestrahlung von Tumoren mit interstitiellen
Implantaten ist seit längerem gängige Praxis. Eine solche
Behandlung kann sehr genau dosiert und lokal begrenzt
werden. Die Einflüsse auf gesundes Gewebe werden minimiert.
Das Isotop Palladium-103 besitzt eine mittlere Gamma-
Energie von 20-23 keV und hat eine physikalische
Halbwertszeit von 17 Tagen. Es ist somit für die
interstitielle Brachytherapie gut geeignet. Die
Bestrahlung ist weitestgehend auf den Tumor beschränkt,
gesundes Gewebe wird nicht wesentlich beeinträchtigt.
Die Strahlenbelastung für das medizinische Personal ist
minimal.
Die Konstruktion der Miniaturstrahlenquellen muß eine
schnelle und einfache Einführung der Implantate in das
zu behandelnde Gewebe erlauben. Eine gängige Technik
zur Einführung ist die Verwendung von Hohlkammernadeln.
Mit diesen wird die gewünschte Anzahl der Implantate im
Gewebe plaziert und die Nadel zurück gezogen.
Zur Identifizierung und Positionierung der Strahlen
quellen im Körper werden vorzugsweise weiche Röntgen
strahlen zur Diagnostik eingesetzt. Daher ist an die
Strahlenquellen die grundlegende Anforderung zu
stellen, ein Element hoher Ordnungszahl und Dichte zu
enthalten, welches in der Röntgendiagnostik sichtbar
ist. Außerdem sollte dieser sogenannte "X-ray-Marker"
derart beschaffen sein, daß er über die räumliche
Orientierung der Miniaturstrahlenquelle Aufschluß gibt.
Als Materialien wurden dazu bisher Gold, Silber,
Platin, Blei, Iridium oder andere Metalle verwendet.
Als Form kamen bisher Kugeln, Drähte und Röhrchen zum
Einsatz.
In der Literatur, vorzugsweise in der Patentliteratur,
werden eine Reihe von Miniaturstrahlenquellen für die
Brachytherapie beschrieben, die im englischsprachigen
Raum oftmals als "Seeds" bezeichnet werden. Diese
enthalten als Nuklide niedrigenergetische Gammastrahler wie
vorzugsweise Jod-125 und Palladium-103.
So beschreibt beispielsweise Lawrence (US 3,351,049)
zylindrische Seeds, welche als Aktivitätsträger
staubförmige Plastikkörper bzw. Nylonkörper enthalten, auf
denen Nuklide wie I-125 bzw.. Pd-103 aufgetragen sind.
Die von Kubiatowicz (US 4,323,055) beschriebenen Jod-125-
Seeds besitzen eine radioaktive Jodschicht auf der
Oberfläche eines Silberstabes. Die Herstellung solcher
Seeds erfolgt durch Umwandlung der Silberoberfläche des
Silberstabes in Silberchlorid und anschließende
Austauschreaktion mit Iodid-125. Der Silberstab dient
zugleich als X-ray-Marker. Da aufgrund des großen
Drahtdurchmessers nahezu das gesamte Innere der
Verschlußkapsel mit Silber ausgefüllt wird, tritt in hohem
Maße Selbstabsorption der weichen Gammastrahlung auf. Um
dennoch zu den therapeutisch notwendigen Dosisleistungen zu
kommen, ist eine um so höhere Aktivität einzusetzen.
Suthanthiran et al. (US 4,994,013) beschreiben in ihrem
Patent ebenfalls zylindrische Aktivitätsträger, welche aus
einem metallischen Substrat bestehen, das mit Kohlenstoff
bzw. Aktivkohle beschichtet ist und das entsprechende
Radionuklid enthält. In einem weiteren Patent (US
5,163,896) wird anstelle der Kohlenstoffbeschichtung ein
Material genannt, welches aus Polyaminosäuren besteht.
Russell et al. (US 4,702,228) schildern in ihrem Patent
Palladium-Seeds.
Es werden kugelförmige Aluminiumpreßkörper beschrieben,
welche angereichertes Palladium-102 enthalten. Durch
Neutronenaktivierung wird Pd-102 in Pd-103 umgewandelt.
Das Seedröhrchen enthält an den beiden Enden je einen
kugelförmigen Aktivitätsträger. Dazwischen wird ein
stabförmiger X-ray Marker plaziert, der vorzugsweise aus
Blei besteht.
In einem späteren Patent diskutiert Carden (US 5,405,309)
die Nachteile der Pd-102 Neutronenaktivierung (schwer
einstellbare Dosisleistung und unerwünschte Isotope als
Nebenprodukte) und schlägt stattdessen die Verwendung von
trägerfreiem Pd-103 - hergestellt im Zyklotron - vor. Das
Design ist ähnlich dem von Russell et al. beschriebenen,
jedoch werden statt Aluminiumträgern nunmehr Graphitkörper
verwendet, welche elektrolytisch mit einer eingestellten
Mischung aus inaktivem Palladium und Palladium-103
beschichtet werden. Auch in diesem Design liegen die beiden
Aktivitätsträger jeweils am Ende des zylindrischen Seeds,
während der X-ray Marker dazwischen positioniert ist.
Nachteilig an diesem Design ist, daß in einem nicht
unbeträchtlichen Volumenabschnitt des Seeds (in der Mitte)
keine Dosisleistung erzielt werden kann, weil sich dort der
X-ray Marker befindet. Dieser ist stattdessen für ein hohes
Maß an Selbstabsorption verantwortlich und erfordert einen
erhöhten Aktivitätseinsatz an Pd-103.
Da der Einsatz von Palladium-103 in der Brachytherapie
aufgrund der kurzen Halbwertszeit und des günstigeren
Strahlungsspektrums gegenüber Jod-125 vorteilhaft ist, war
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Palladium-103-
Seeds zur Verfügung zu stellen, die die obigen Nachteile
nicht aufweisen und den folgenden Anforderungen genügen:
- - sparsamerer Einsatz an Pd-103-Aktivität
- - Minimierung der Selbstabsorption
- - Verbesserung der räumlichen Dosisleistungsverteilung
- - gute Sichtbarkeit in der Röntgendiagnostik und Lageerkennung.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch radioaktive Palladium-
103-Miniaturstrahlenquellen gelöst, die aus einem
rohrförmigen Keramikträger bestehen, in dem radioaktives
Pd-103 homogen verteilt ist und in dessen Hohlraum sich der
X-ray-Marker befindet. Die Herstellung der Keramikträger
erfolgt im Spritzgußverfahren.
Beim Spritzgußverfahren wird eine fließfähige Masse unter
Druck in eine Form gepreßt, erstarrt dort, wird aus der
Form entnommen und anschließend getempert. Die Temperung
dient zum Verflüchtigen bzw. Ausbrennen der
kohlenwasserstoffhaltigen Plastifizierungsmittel.
Erfindungsgemäß kommen als spritzfähige Massen kommerziell
erhältliche Metalloxidpulver wie TiO2, Al2O3, SiO2, Y2O3,
ZrO2 oder deren Mischungen in Frage, denen handelsübliche
Plastifizierungshilfsmittel zur Einstellung der notwendigen
Viskosität und zur Verbesserung des Gleitverhaltens
zugesetzt werden. Als Plastifizierungsmittel dienen
erfindungsgemäß beispielsweise Cellulose oder ein
Cellulosederivat im Gemisch mit einem Polysaccharid und
Paraffin. Vorzugweise kommen auf einen Masseteil
Polysaccharid 2 Teile Cellulose und 3,3 Teile Paraffin. Die
Menge an Metalloxidpulver richtet sich nach der Größe des
herzustellenden Trägers und liegt zwischen 200 und 250 mg
für die erfindungsgemäßen Miniaturstrahlen
quellen. Die genannten Komponenten werden gemischt und
unter Zugabe von Wasser wird eine homogene Masse herge
stellt.
Anschließend wird das Radionuklid zugegeben, indem eine
Palladium-103-salzlösung, vorzugsweise Palladium-103-
tetrammindichloridlösung [103Pd(NH3)4]Cl2), hinzupipettiert
wird und während der Zugabe gerührt und homogenisiert wird.
Das zugesetzte Lösungsmittelvolumen ist hinsichtlich der
insgesamt eingesetzten Lösungsmittelmenge zu
berücksichtigen. Nach gründlicher Durchmischung wird die
Masse in die vorbereitete Form gespritzt, wobei als
Spritzgußmaschinen selbstverständlich Geräte mit
miniaturisiertem Probenvolumen eingesetzt werden müssen.
Das Spritzgießen wird bei ca. 70°C durchgeführt. Die
erkalteten Keramikröhrchen werden dann aus der Form
entnommen und in einen Ofen gebracht. In einem Tempe
raturprogramm, bei dem die Temperatur stufenweise auf
mindestens 400°C erhöht wird, werden die Teile ausgeheizt,
um einerseits die Plastifizierungsmittel auszutreiben und
andererseits die Zersetzung des Palladium-103-salzes in
metallisches Palladium einzuleiten. Dafür müssen
Temperaturen von mindestens 400°C erreicht und, je nach
Salzkonzentration, mindestens 30 Minuten bis 1 Stunde
gehalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird
die stufenweise Temperaturerhöhung mit 5 K/min vorgenommen.
Der Prozeß erfolgt im Inertgasstrom, um Reaktionsgase
abzuführen. Dabei zersetzt sich z. B. das
Palladiumtetrammindichlorid über die Zwischenstufe
Palladiumdiammindichlorid zu metallischem Palladium. In
dieser Form ist es unlöslich, kann also nicht mehr von
wäßrigen Lösungen eluiert werden.
Alternativ kann der Temperungsprozeß durch einen
Reduktionsprozeß bei deutlich tieferer Temperatur (ca. 60-
120°C) in Gegenwart eines Reduktionsmittels ersetzt
werden. Als Reduktionsmittel kommen z. B. Kohlenmonoxid oder
Wasserstoff in Frage. Wird Wasserstoff eingesetzt, ist
darauf zu achten, daß nach der Reduktion eine Nachtemperung
bei ca. 800°C für 2 Stunden erfolgen muß, um enstehende
Pd-H-Addukte zu zersetzen.
Nach Abkühlung werden die radioaktiven Keramikträger dann
mit einem X-ray-Marker zentrisch bestückt und mit einem
körperverträglichen Material, z. B. Titan oder Edelstahl,
verkapselt. Vorzugsweise wird hierbei in ein einseitig
verschlossenes Röhrchen der radioaktive Keramikträger mit
X-ray-Marker eingebracht und das noch offene Ende
laserverschweißt.
Als X-ray Marker wird vorzugsweise ein Draht aus einem
Metall hoher Dichte, vorzugsweise Tantal, Wolfram oder Gold
verwendet. Besonders bevorzugt wird Golddraht eingesetzt.
Bei der Herstellung der keramischen Aktivitätsträger wird
von folgenden Endabmessungen ausgegangen:
Die Länge beträgt vorzugsweise ca. 3,5 mm, der Außendurch
messer ca. 0,6 mm und der Innendurchmesser 0,22-0,25 mm.
In der Regel sind pro Träger 0,2-5 mCi Pd-103 zu fixieren.
Die genauen Werte werden für jeden Anwendungsfall
entsprechend den Anforderungen der Dosisleistung und den zu
erwartenden Prozeß- und Lieferzeiten angepaßt.
Bedingt durch die Temperung des spritzgegossenen
Röhrchens tritt in diesem Schritt eine Schrumpfung ein.
Demzufolge ist die Spritzgußform dementsprechend größer
ausgelegt. Unterschiedliche Aktivitätsgehalte an Pd-103
wirken sich nur unwesentlich auf die Schrumpfung aus, so
daß dieser Faktor nicht berücksichtigt werden muß.
Als Palladium-103-salz wird in einer bevorzugten
Ausführungsform Palladium-103-tetrammindichlorid ein
gesetzt. Davon wird eine Lösung zubereitet, welche eine
Aktivitätskonzentration von 0,5-10 mCi/µl bei einem pH-Wert
von 8-9 aufweist.
Erfindungsgemäß können so Palladium-103-Miniaturquellen in
den für die interstitielle Brachytherapie notwendigen
Größen und Aktivitäten hergestellt werden, wobei
insbesondere der Außendurchmesser, d. h. der Durchmesser des
den radioaktiven Träger umschließenden Außenrohres 0,8 mm
nicht überschreiten sollte.
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Keramik
träger eine gute Abriebfestigkeit aufweisen, da das
radioaktive Palladium nicht als Schicht auf einer glatten
Oberfläche vorliegt, sondern sich im Volumen der
Keramikträger befindet. Die Keramikrohre sind mechanisch
stabil und damit bei der Montage gut handhabbar. Im
Vergleich zu anderen Designvarianten, wie sie im Stand der
Technik beschrieben sind, weisen die erfindungsgemäßen
Keramikträger eine deutlich homogenere
Dosisleistungsverteilung auf. Da der X-ray-Marker als Draht
nur einen Bruchteil des Innendurchmessers füllt, sind
geringere Selbstabsorptionen zu verzeichnen und damit
geringere Aktivitätseinsätze vonnöten. Die
erfindungsgemäßen Quellen sind kostengünstiger
herzustellen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der X-ray-Marker am
Ende des Verfahrens eingebracht. Dadurch sind Variationen
im Durchmesser oder in der Länge möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, ohne sie darauf einzuschränken.
Herstellung von 100 Stück erfindungsgemäßer Pd-103-
Miniaturstrahlenquellen mit einer Aktivität von je 5 mCi
nach dem Spritzgußverfahren
Die für das Spritzgußverfahren erforderliche fließfähige
Masse wird folgendermaßen hergestellt:
In einem auf ca. 70°C beheizten Miniatur-Rührgefäß werden
220 mg Aluminiumoxid eines mittleren Korndurchmessers von
1-5 µm vorgelegt, mit 12 mg Cellulosepulver vermischt,
anschließend 6 mg Polysaccharid zugesetzt und verrührt und
schließlich mit 20 mg Paraffin versetzt. Schließlich wird
solange Wasser zugegeben, bis eine grob fließfähige Masse
einer Paraffin-Wasser-Emulsion entsteht, die sich
rückstandsfrei in die ebenfalls beheizte Probenkammer der
Mini-Spritzgußmaschine überführen läßt. In dieser
Probenkammer werden jetzt in drei Schritten insgesamt 50 µl
einer Palladium-103-tetrammindichloridlösung mit einer
Aktivitätskonzentration von 10 mCi/µl und einem pH-Wert
zwischen 8 und 9 hinzupipettiert, wobei nach jeder Zugabe
gerührt wird. Nach Zugabe aller Aliquote wird das
Restvolumen an Wasser zugesetzt.
Nach gründlicher Homogenisierung erfolgt schließlich der
Prozeß des Niederdruck-Warm-Spritzgießens, wobei die Masse
in eine kalte Form gepreßt wird, dort erstarrt,
anschließend aus der Form entnommen und in einen Ofen
überführt wird. Die Temperung dient zum Verflüchtigen bzw.
Ausbrennen der kohlenwasserstoffhaltigen
Plastifizierungsmittel, gleichzeitig aber auch zur
reduktiven Zersetzung des Palladium-103-tetrammindichlorids
zu metallischem, feinverteiltem Palladium-103. Zum
Abtransport der entstehenden Reaktionsgase wird der Ofen im
Inertgasstrom betrieben. Folgendes Temperaturprogramm wird
gefahren: von Raumtemperatur auf 500°C mit 5 K/min.
anschließend 60 Minuten bei der Endtemperatur halten und
dann abkühlen lassen.
Schließlich werden die radioaktiven Keramikträger mit einem
X-ray-Marker zentrisch bestückt und mit einem
körperverträglichen Material, z. B. Titan oder Edelstahl,
verkapselt. Vorzugsweise wird hierbei in ein einseitig
verschlossenes Röhrchen der radioaktive Keramikträger mit
X-ray-Marker eingebracht und das noch offene Ende
laserverschweißt.
Claims (10)
1. Radioaktive Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen,
bestehend aus einem rohrförmigen Keramikträger, der
homogen verteiltes Palladium-103 in seinem Volumen
beinhaltet, einem zentrisch im Hohlraum des
Keramikrohres sich befindenden X-ray-Marker und einer
Umschließung aus einem körperverträglichen Material.
2. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der rohrförmige Keramikträger aus TiO2, Al2O3, SiO2, Y2O3
oder ZrO2 oder aus Mischungen dieser Komponenten
besteht, vorzugsweise aus Al2O3.
3. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach Anspruch 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der X-ray-Marker ein Draht mit hoher Dichte ist, der
aus Tantal, Wolfram oder Gold besteht.
4. Palladium-103-Miniaturstrahlenquellen nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschließung durch ein verschweißtes Rohr gebildet
wird, das vorzugsweise aus Titan oder Edelstahl
besteht.
5. Verfahren zur Herstellung von radioaktiven Palladium-
103-Miniaturstrahlenquellen,
dadurch gekennzeichnet, daß
aus mindestens einem Metalloxidpulver, dem ein Plasti
fizierungshilfsmittel zugesetzt wurde, eine homogene
Masse bereitet wird, dieser eine Palladium-103-salz
lösung unter Rühren zugegeben und homogen vermischt
wird, die erhaltene Masse zu einem rohrförmigen Träger
spritzgegossen wird, danach ein Temperungsschritt er
folgt, dann in den Hohlraum der rohrförmigen Träger ein
X-ray-Marker, vorzugsweise in Form eines Drahtes, zen
trisch eingebracht wird und schließlich die erhaltenen
rohrförmigen, radioaktiven Keramikträger mit einem kör
perverträglichen Material umschlossen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Metalloxidpulver solche aus TiO2, Al2O3, SiO2 oder
ZrO2 oder aus Mischungen daraus verwendet werden, vor
zugsweise aus Al2O3.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Palladium-103-salz Palladium-103-tetrammindichlorid
([103Pd(NH3)4 Cl2) eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießen als Nie
derdruck-Warm-Spritzgießen bei ca. 70°C ausgeführt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Temperung bei mindestens 400°C ausgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschließung der rohrförmigen Palladium-103-
Keramikträger durch Einbringen der Träger in ein
einseitig verschlossenes Rohr erfolgt und anschließend
das andere Ende des Rohres verschlossen wird,
vorzugsweise durch Laserschweißen.
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|---|---|---|---|
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| JP11300110A JP2000180595A (ja) | 1998-12-12 | 1999-10-21 | 医療用放射性パラジウム１０３小型放射線源およびその製造方法 |
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|---|---|
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1998
- 1998-12-12 DE DE1998159100 patent/DE19859100C1/de not_active Expired - Fee Related
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