(57)【要約】電子加速装置を使用して、標的原子核の巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）を励起する１つの光子交換を介して、放射性同位体を生成する方法であって、この方法は、安定した銅同位体サンプル、炭素同位体サンプル及び／又はフッ素同位体サンプルを用意するステップと、電子加速機によって電子を、１０ＭｅＶを超えるピーク光子エネルギーに達するまで加速し、安定した銅同位体サンプル、炭素同位体サンプル及び／又はフッ素同位体サンプルに衝突させ、医療用途に便利で安全な化学的環境で銅の医療用放射性同位体、炭素の医療用放射性同位体及び／又はフッ素の医療用放射性同位体を生成するステップとを含む。【選択図】  図１
2021532365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子加速器を使用して、標的原子核の巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）への１つの光子交換を介して、医療用放射性同位体を生成する方法であって、
同位体サンプルを用意するステップと、
電子加速器によって電子を、１０ＭｅＶを超えるピーク光子エネルギーまで加速して、前記同位体サンプルに衝突させ、銅の放射性同位体を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記同位体サンプルが、安定した銅の同位体サンプル、炭素の同位体サンプル、及びフッ素の同位体サンプルから選択されたリストからの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
銅又はフッ素の放射性同位体を、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ、ｐｏｓｉｔｒｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の放射性トレーサとして使用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
加速する前記ステップにおいて、前記加速された電子の前記ピーク光子エネルギーでの断面積が約４５ミリバーンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
放射性同位体を生成するシステムであって、
１つの光子交換による巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）の励起を実行するよう構成されており、電子加速器によって１０ＭｅＶを超えるピーク光子エネルギーまで電子を加速するよう構成されている電子装置を備え、前記電子加速器が、前記加速された電子を同位体サンプルに衝突させ、銅の放射性同位体を生成するよう構成されている、システム。
【請求項６】
前記同位体サンプルが、安定した銅の同位体サンプル、炭素の同位体サンプル、及びフッ素の同位体サンプルから選択されたリストからの少なくとも１つを含む、請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、放射性同位体の分野、及び巨大双極子共鳴（ＧＤＲ、ｇｉａｎｔ  ｄｉｐｏｌｅ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を使用する原子核の光壊変の応用による、かかる同位体の生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]原子核の光及び電気壊変は、従来、巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）を研究するために、またＧＤＲを通して原子核の構造を研究するために使用されてきた。つい最近では、レーザ及びスマートマテリアルデバイスによって、電子が凝縮物質で最大数十ＭｅＶまで加速されている。かかるデバイスによって原子核の電気壊変を誘発する可能性については、以前に［１］、［２］、及び［３］で調査されている。方法は、巨大双極子共鳴を介した、凝縮物質での電磁気力及び強い力の合成を含み、数十ＭｅＶの範囲で効率的な電強相互作用（ＥＳ、ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔｒｏｎｇ）をもたらす。電弱反応によって誘発されるプロセスの議論については、［４］を参照されたい。電弱及び電強プロセスの両方の応用は、発明者等の最近の２つの論文に見られ得る［５］、［６］。
【０００３】
[0003]ＧＤＲは、原子核物理学固有を超えて、多くの分野にわたって非常によく知られている。たとえば、ＧＤＲは、宇宙マイクロ波背景放射内での解離により、高い原子核エネルギーでエネルギーを伝達する。ＧＤＲは、天体物理学的原子核合成に寄与することもよく知られている。ＥＳの前に、Ｅｊｉｒｉ及びＤａｔｅ［７］は、ＧＤＲを介して、たとえば医療用途に有用な放射性同位体を生成するため、ＧｅＶ級の電子からのコンプトン後方散乱レーザ光子を提案した。さらに、１２９Ｉなどの放射性廃棄物は、電子ビームによって誘発されたＧＤＲ及びＧＤＲの後の崩壊を介して核変換され、安全のために別の同位体に核変換され得ることも示唆されている。提案のいくつかは、日本のニュースバル（Ｎｅｗ  ＳＵＢＡＲＵ）で、Ｎｄ：ＹＶＯレーザからの１０６４ｎｍレーザ光子を使用して実行されており、蓄積された電子ビームから最大１７．６ＭｅＶのエネルギーまでコンプトン散乱された。１２９Ｉは、レーザ生成プラズマを使用して核変換され、電子を加速してガンマ線を生成する。これらはＧＤＲを励起する。レーザ駆動原子核プロセスの非常に包括的なレビューについては、たとえば［８］を参照されたい。
【０００４】
[0004]上記の議論に照らして、ＧＤＲは、理論的にも実用的にも、原子核物理学固有の範囲をはるかに超えたデバイスにおいて、非常によく理解され、使用されている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]本発明のいくつかの態様によれば、放射性同位体を生成する新規の方法及びシステムが提供される。こうした放射性同位体は、原子核撮像分野に、又は核医学での治療に使用又は必要とされているが、それに限定されない。発明者等は、広範な理論的及び実験的研究の効率的な使用に基づく方法及びシステムに基づいて、原子核の巨大双極子共鳴を使用する。核医学を扱う病院の電子加速器は、必要な光子ビームを日常的に生成し、この発明の同位体の生成及び方法に好適であり得る。
【０００６】
[0006]本発明のさらに別の態様によれば、電子装置を使用して、巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）による１つの光子交換を介して放射性同位体を生成する方法。前記方法は、安定した銅（又はフッ化炭素）同位体サンプルを用意するステップと、電子加速器によって電子を、１０ＭｅＶを超えるピーク光子エネルギーまで加速して、安定した銅（又はフッ化炭素）の同位体サンプルに衝突させ、銅（又は炭素及びフッ素）の放射性同位体を生成するステップとを含むことが好ましい。
【０００７】
[0007]本発明のさらに別の態様によれば、放射性同位体を生成するシステムが提供される。前記システムは、巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）による１つの光子交換を実行するよう動作可能であり、電子加速器によって電子を、１０ＭｅＶを超えるピーク光子エネルギーまで加速するよう構成される電子装置を備えることが好ましい。電子加速器は、加速された電子を、たとえば、安定した銅のＣｕ同位体サンプルに衝突させ、銅の放射性同位体を生成するか、又は１片のテフロン（Ｃ２Ｆ４）ｎに衝突させ、炭素Ｃ又はフッ素Ｆの同位体を生成するよう構成される。
【０００８】
[0008]本発明の一態様によれば、提案された方法又はシステムは、前の段落で論じられたレーザ駆動の提案とは実質的に異なる。核医学に必要な放射性同位体（ＲＩ、ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ）を生成するために、電磁気（ＥＭ、ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）力及び強い力の合成によって誘発される電強（ＥＳ）相互作用プロセスを利用する、核変換のプロセス及び実験が提案されている。実効光子線束が約１０１２〜１５／秒以内の場合、予想されるＲＩの生成率は、約１０１０〜１３／秒になろう。１０１３Ｈｚ＜Γ同位体＜１０１０Ｈｚは、約（０．０５〜５０）ＧＢｑ／ｍｇのＲＩ密度に相当する。
【数１】
2021532365.tif 000003
【０００９】
[0009]本発明の上記及び他の諸目的の特徴及び利点、並びに諸目的を実施する方法がより明らかになり、本発明自体は、本発明のいくつかの好ましい実施形態を示す添付図面を参照する、以下の説明の研究により、最もよく理解されよう。
【００１０】
[00010]本明細書に組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の現在好ましい実施形態を示し、上記に提示された全体的な説明及び以下に提示される詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様による、ＲＩの生成を示す例示的なファインマンダイアグラムである。
【図２】光子エネルギーＴの関数としてのテフロン（Ｃ２Ｆ４）ｎの、光子γの吸収率を例示的に示すグラフである。
【図３】ガンマ線ビームがＧＤＲの吸収によって放射性同位体を生成した後の、分単位の時間の関数としての、２つの放射性サンプルＣｕのＨｚ単位のガイガー計数率を例示的に示すグラフである。
【図４】電子加速器１００を使用して、同位体サンプルの標的原子核の巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）への１つの光子交換を介して、医療用放射性同位体を生成するシステム２００を例示的に示す図である。
【図５】時間の関数としての６２Ｃｕ及び６４Ｃｕの放射能量を例示的に示すグラフであり、垂直線は、電子ビームがオフにされた瞬間を表す。
【図６】時間の関数としてのＣｕのＲＩの総放射能量（Ｂｑ単位）の、理論値対測定値の比較を例示的に示すグラフである。
【図７Ａ】照射後の第１のテフロンの標的サンプルのスペクトルを例示的に示すグラフであり、消滅ピーク（５１１ｋｅＶ）がはっきりと見える。
【図７Ｂ】照射後の第２のテフロンの標的のスペクトルを例示的に示すグラフであり、この場合も、消滅ピーク（５１１ｋｅＶ）が非常によく見える。
【図８Ａ】照射後の第１の標的（１３．１０５ｇ）のスペクトル（消滅ピーク）をズームして表した、例示的に示すグラフである。
【図８Ｂ】照射後の第２の標的（３．２０５ｇ）のスペクトル（消滅ピーク）をズームして表した、例示的に示すグラフである。
【図９Ａ】第１のテフロンのサンプルの崩壊データ及び放射能量を例示的に示すグラフである。
【図９Ｂ】第２のテフロンのサンプルの崩壊データ及び放射能量を例示的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[00020]本明細書では、可能な場合、諸々の図に共通の同一の要素を指定するのに、同一の参照番号を使用する。さらに、画像は説明のために簡略化されており、原寸に比例して描かれていない場合がある。
【００１３】
[00021]数十年にわたって、電子散乱からの仮想光子ばかりでなく制動放射光子も、中間状態で、巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）の生成を介して原子核の光壊変を引き起こすために日常的に使用されてきた。広く研究されている反応は、
Ａ＋γ＊→ｎ＋Ａ＊
Ａ＋γ＊→ｎ＋ｎ＋Ａ＊
などの、１つ又は２つの中性子の生成であり、ここで、γ＊は、電子散乱からの仮想光子であり、Ａ＊は、原子核壊変生成物を表す。もちろん、前記反応に対応する原子核崩壊反応（ｂｒｅａｋｕｐ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）及び実際の光子からの２つの中性子生成反応も、継続的に関心及び研究の対象である。
通常、ＧＤＲのは、重い原子核では（１０〜２０）ＭｅＶの範囲にあり、軽い原子核では（１５〜２５）ＭｅＶの範囲にある。
１５ＭｅＶ＜Ｅ＜２５ＭｅＶ。
ＧＤＲのエネルギーの詳細な実験概要［９］は、様々な用途で利用可能である。
【００１４】
[00022]上記のタイプの電子ビーム実験では、ガンマの慣性衝突（ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｈｉｔ）による反跳が、非常に低い非相対論的な率であるため、核変換された原子核の量を測定することは簡単ではない。以て核変換された原子核は、高い確率で、標的から逃げることはない。ここでの目的は、最終的な原子核の標的内の化学的濃度を測定する手段を提供することである。ＧＤＲは、厚い標的に対するビームで、電子あたり約１０−３〜１０−２、すなわち１０−２＞Ｘ中性子＞１０−３の範囲の、非常に高濃度の中性子を生成する。
【００１５】
[00023]吸熱核分裂及び他の核変換に関しては、ＧＲＤがこの場合結合曲線の低エネルギー側にあるので、核分裂は通常、鉄と比較して重い原子核について検討される。軽い原子核は、核分裂壊変のためにより大きいエネルギーを必要とする。しかし、高速中性子を直接数える以外に、より軽い原子核におけるＤＧＲ核分裂の崩壊生成物を測定することはほとんど行われていない。
【００１６】
[00024]単純な凝縮物質系に数十ＭｅＶが存在し、巨大双極子共鳴が利用可能である場合、吸熱核分裂反応は、通常考えられているよりも興味深く、より一般的である可能性がある。元々存在しない新しい元素又は新しい同位体を探すことで、中性子の単純な検出に加えて、原子核反応の発生が示されるであろう。新しい元素又は新しい同位体の多くは、検出器に到達させるには遅すぎる可能性があるが、さらなる核変換によって明らかになり得る。ここで検討するプロセスは、以前の電弱低エネルギーの原子核反応と異なり、フェルミ定数によって抑制されないので、核変換が発生する規模が非常に大きくなる可能性があることに重きが置かれている。弱い崩壊率は、電強光壊変率の１０００分の１程度まで低い可能性があるか、又は電強光壊変率を上回る可能性がある。
【００１７】
[00025]もちろん、自発原子核分裂プロセスの率の増加など、発熱核分裂反応の率の増加も期待できる。生成される原子核が何であれ、原子核は次に、崩壊（弱い若しくは強い、又はガンマ線の放出による）などのさらなる反応を受ける可能性があり、最初のＧＤＲ崩壊で生成された中性子などの中性子を吸収する可能性がある。
【００１８】
[00026]本明細書に提示される方法又はシステムは、元々存在しなかった新しい原子核の探索で考慮すべき広範囲の可能性を開く。前記方法又はシステムは、化学的手段、中性子放射化、電子顕微鏡元素分析、蛍光Ｘ線分析、又は他の技法によって明らかになる可能性がある。詳細には、凝縮物質系で電子が数十ＭｅＶに加速されると、吸熱及び発熱の両方の原子核分裂プロセスばかりでなく、生成された中性子のさらなる崩壊及び／又は吸収を含む、崩壊生成物のさらなる反応による新しい原子核の出現も予想される。
【００１９】
[00027]参考文献［２、３］において、発明者等は、より一般的な発熱核分裂及び発熱核分裂率の変化に加えて、凝縮物質系で発生する可能性のある他の核変換も発生する可能性がある、電強（ＥＳ）誘発吸熱核分裂について論じてきた。特に興味深い実験例が［１１］に提示されており、アルミニウム及びシリコンが鉄の最初のサンプルに現れる可能性がある。本発明の一態様によれば、以下のことがわかる。鉄を含む凝縮物質系で電子が数十ＭｅＶに加速されると、アルミニウム及びシリコンの出現が予想され得る。
【００２０】
[00028]医学のための原子核同位体の生成に関して、上記で論じられたＥＳ相互作用の方法又はシステムは、原子核変換の全ホストに対して一般的に使用できる。発明者等は、銅、炭素、及びフッ素の医療用放射性同位体からの崩壊生成物を観察することによって検証した。医療用放射性同位体はすべて、標準的な病院の電子加速器を使用してエネルギーが約２２ＭｅＶの光子ビームを生成し、凝縮物質の標的の、さもなければ安定している原子核を光壊変させて、生成された。
【００２１】
[00029]図１は、電子が、電荷Ｚ及び原子番号Ａを有する原子核に光子γを放射することを例示的に示している。原子核は、原子番号Ａ−１及び中性子ｎを含む放射性同位体に壊変する巨大双極子共鳴状態に励起される。例として、純粋な銅の、さもなければ安定している天然に生じる同位体の、以下の反応による医学的に有用な放射性同位体への光壊変がある。
γ＋６３Ｃｕ→６３Ｃｕ＊→ｎ＋６２Ｃｕ
γ＋６５Ｃｕ→６５Ｃｕ＊→ｎ＋６４Ｃｕ
同様に、テフロンの、さもなければ安定している天然に生じる同位体の、以下の反応による医学的に有用な炭素及びフッ素の放射性同位体への光壊変がある。
γ＋１２Ｃ→１２Ｃ＊→ｎ＋１１Ｃ
γ＋１９Ｆ→１８Ｆ＊→ｎ＋１８Ｆ
ＬＩＮＡＣ電子源から入射する、測定された光子エネルギーの関数としての、任意の単位でのテフロンの光子吸収率は、以下の図２のスペクトルアナライザのグラフに示されている。
【００２２】
[00030]図２では、テフロン（Ｃ２Ｆ４）ｎの光子γ吸収率が、光子エネルギーの関数として例示的に示されている。光子源は、医療用ＬＩＮＡＣであり、第１の赤い線は、１２Ｃの１５．１ＭｅＶの、既知の巨大双極子共鳴エネルギーに印を付けている。２４ＭｅＶ付近に広く分布している第２のより高いエネルギーの赤い線は、１９Ｆの巨大双極子共鳴に印を付けている。
【００２３】
[00031]銅の安定同位体と不安定同位体に関して、ここで、６３Ｃｕ及び６５Ｃｕが、銅の２つの天然に生じる安定同位体であることを想起されたい。
６３Ｃｕ：安定、天然濃度＝６９．１５％、Ｚ＝２９、Ｎ＝３４、ＪＰ＝３／２−、
６５Ｃｕ：安定、天然濃度＝３０．８５％、Ｚ＝２９、Ｎ＝３６、ＪＰ＝３／２−。
ここで、ＥＳ相互作用を使用したＧＤＲを介して生成され得る、関心のある２つの半減期が短い同位体がある。６２Ｃｕ及び６４Ｃｕである。６４Ｃｕは、核医学及び撮像において頻繁に使用される放射性同位体（ＲＩ）のうちの１つである。
６２Ｃｕ：不安定、半減期＝９．６７分、Ｚ＝２９、Ｎ＝３５、ＪＰ＝１＋
β＋放出によって６２Ｎｉに崩壊する、
６４Ｃｕ：不安定、半減期＝１２．７時間、Ｚ＝２９、Ｎ＝３５、ＪＰ＝１＋
β＋放出（６１％）によって６４Ｎｉに崩壊し、β−放出（３９％）によって６４Ｚｎに崩壊する。
【００２４】
[00032]ＧＤＲを介したＲＩ、６４Ｃｕの生成
本発明の一態様によれば、電子装置を使用して、１つの光子を交換するＧＤＲを介して、上記のＲＩを生成する方法及びシステムが、概略的に以下のように提案されている。
γ＋６３Ｃｕ→６３Ｃｕ＊→６２Ｃｕ＋ｎ
γ＋６５Ｃｕ→６５Ｃｕ＊→６４Ｃｕ＋ｎ
【００２５】
[00033]より豊富なＡ−６３Ｃｕではなく、安定したＡ＝６５Ｃｕだけが、所望のＡ＝６４Ｃｕの医療用同位体を生成する。
【００２６】
[00034]約２２ＭｅＶの光子ビームを生成する標準的な病院の電子加速器を使用して、上記のＣｕ反応を測定した。
【００２７】
[00035]図３は、ガンマ線ビームがＧＤＲの吸収によって放射性同位体を生成した後の、分単位の時間の関数としての、２つの放射性サンプルＣｕのＨｚ単位のガイガー計数率を示している。放射性同位体の既知の半減期は、既知の半減期の数パーセント以内の曲線の勾配に適合（ｆｉｔ）する。上記の計数曲線は、長寿命の医療用放射性同位体Ａ＝６４Ｃｕを推定するのに使用できる。
【００２８】
[00036]スピンパリティの考慮すべき点は、前記反応のチャネルに好都合と思われる。６５Ｃｕの初期の、原子核の基底状態では、ＪＰ＝３／２−であり、初期の光子はＪＰ＝１−である。最終状態の原子核の基底状態６４Ｃｕでは、ＪＰ＝１＋であり、最終の中性子はＪＰ＝１／２＋である。
【００２９】
[00037]参考文献［９］で論じられているような原子核のＧＤＲ断面積についての編纂物によれば、必要なプロセスのパラメータは以下の通りである。
γ＊＋６５Ｃｕ→６４Ｃｕ＋ｎ
ピーク光子エネルギーは、約１８ＭｅＶ
ピークにおける断面積は、約１５０ミリバーン
【００３０】
[00038]銅の初期の約１／３濃度を用いると、医療用放射性同位体を生成するための、約４５ミリバーンのピーク断面積が得られる。ＬＩＮＡＣの電子ごとに生成されるＣｕの医療用放射性同位体の数の有用な推定値は、［１２］に見られ得る。これに基づいて、プロセスの効率を、電子当り約１０−３医療用Ｃｕと推定する。
【００３１】
[00039]要約すると、本発明の一態様によれば、核医学において特に必要とされる放射性同位体を生成するための、新規で比較的安価な一般的方法及びシステムが提示される。前記方法は、原子炉、レーザ、又は中性子源を使用しない。むしろ、核医学を実践しているそうした病院で一般的に利用可能な、病院の電子加速器が使用され、前記方法は、ＧＤＲとＥＳとの相互作用を利用している。ＲＩ、６４Ｃｕの個々の事例が詳細に提示され、大幅にコストが削減され、現場での用意が迅速な、構内で生成する機能を提供することが示されている。
【００３２】
[00040]テフロン（Ｃ２Ｆ４）の標的に衝突する２２ＭｅＶの光子ビームを得るために、上記と同じ病院用ＬＩＮＡＣを使用して、原子核反応γ＊＋１９Ｆ→ｎ＋１８Ｆ、γ＊＋１２Ｃ→ｎ＋１１Ｃを介して、２つの医療用放射性同位体１８Ｆ及び１１Ｃの同時生成を観察した。
【数２】
2021532365.tif 000004
【００３３】
[00041]基礎となる物理的な仕組みの専門的技術及び知識を考慮に入れると、発明者等は、Ｙ［Ｘ］と呼ばれる事前に用意された、閉じられたキットを提供する立場にある。以下のキットは、次のように、Ｘと呼ばれる所与のＲＩの、構内での生成用に特別に設計されている。
Ｘは、長期間にわたって保管するには短命すぎるが、キットＹ［Ｘ］には、安定した親原子核、及びＸが生成された後に、Ｘを適切に化学的に封ずるのに必要な他の物質のみが含まれているので、長期間保管できる。
【００３４】
[00042]電子加速器を所有している所与の病院は、キットＹ［Ｘ］を購入して、病院の研究室に保管できる。病院の適切な化学的雰囲気内で放射性同位体Ｘが必要なとき、キットＹ［Ｘ］は、ビームに直接さらすことができ、放射性同位体Ｘは、病院の適切に設計された材料環境で、ほとんど又はまったく時間ロスなく、キットを使用する用意ができた状態で生成され得る。
【００３５】
[00043]本発明の一態様によれば、キットＹ［Ｘ］は、エンドユーザによる特定の使用に向けて設計できる。たとえば、病院のエンドユーザ、たとえば技術者、臨床医、又は研究者は、被験者に注入するために所与の量の６４ＣｕＣｌ２を入手できる。明らかに、現在使用されている他の化学製剤を使用できる。
【００３６】
[00044]この化学同位体は、トレーサ又は治療用器具のどちらとしても使用できる。化学物質の選択される量は、ユーザが、特定の撮像用途に求める放射性核種から放出される放射線の所与のレベルに対応する。天然に生じる銅から定められた量の放射性核種を生成するために必要な電子ビームの構成、たとえば、これに限定されるものではないが、ビームエネルギー、散乱角、強度、材料の量及び寸法を推定するための、本特許出願に記載の生成の仕組み。陽電子ＰＥＴ走査に使用され得る医療用炭素及びフッ素医療用同位体についても、同様の説明が行われ得る。
【００３７】
[00045]キットは、たとえば、必要な量の放射性核種を生成するための電子照射のビーム時間及び他の情報に関する規定と共に、目的に対して好適な寸法の、安定した銅又はテフロンのサンプルを提供するであろう。
【００３８】
[00046]放射性核種があるべき場所で生成されると、ユーザは、通常の手順に従って放射性核種を材料の残りから分離し、たとえば放射性核種をＨＣｌ溶液に通し、放射性核種をさらに使用するために、たとえば放射性塩として保存する必要があろう。
【００３９】
[00047]図４は、本発明の一態様による方法又はシステム２００の例示的な実施態様を示し、電子加速器１００、電子加速器１００の作用を制御するコントローラ１１０、たとえば、パーソナルコンピュータ若しくは他のタイプのデータ処理デバイス、又は電子加速器１００の内蔵された部分であるデータ処理及び制御機器、電子ビームアプリケータ１２０、電子ビーム１６０、電子ビーム１６０の中に置くことができる、同位体サンプル板１３０、たとえばそれに限定されるものではないが、銅板１３０、治療用カウチ１５０、たとえば、それに限定されるものではないが、炭素繊維製治療用カウチを示す。
【００４０】
[00048]図４に例示的に示されるシステム２００を用いた、スイスの病院の医療腫瘍学部門からの実験データは、純粋な銅のサンプルが、スイスのフリブール州立病院（Ｈｏ＾ｐｉｔａｌ  Ｃａｎｔｏｎａｌ  Ｆｒｉｂｏｕｒｇｅｏｉｓ、「ＨＦＲ」）の腫瘍学部門にある電子加速器施設からの、２２ＭｅＶの光子のビームによって照射されたときの、放射性核種６２Ｃｕ及び／又は６４Ｃｕの生成による、前記方法の作用を示している。ＲＩを生成した証拠は、２つの銅の放射性核種からの放射線の測定によって提示されており、２つの測定された寿命は期待値の２％以内である。さらに、非サイクロトロン又は原子炉源による１回の照射での、非常に追い求められる、放射性核種１８Ｆ及び別の放射性核種１１Ｃの生成に関する実験結果も提示されている。
【００４１】
[00049]銅の放射性核種を生成するシステムは、以下の要素及び配置を備えていた。厚さ０．５ｍｍの１０ｃｍ×１０ｃｍの銅（Ｃｕ）板１３０は、電極加速器、たとえばＶａｒｉａｎのトゥルービーム（ＴｕｒｅＢｅａｍ）２．７ＭＲ２線形加速器からの、広い電子ビーム１６０（２２ＭｅＶで）の下に置かれた。銅板１３０は、１５ｃｍ×１５ｃｍのアプリケータ１２０を通る、生成されたビームの中心に置かれた。銅板１３０は、１００ｃｍのビーム源〜表面距離（ＳＳＤ、ｓｏｕｒｃｅ−ｓｕｒｆａｃｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）に置かれた。板１３０は、測定される放射化への他のあらゆる寄与を低減するために、炭素繊維で作られた治療カウチ１５０上に置かれた。最大線量率（１０００モニタ単位／分=１０００ＭＵ／分）は、コントローラ１１０によって選択され、１００ｃｍのＳＳＤで１０Ｇｙ／分に相当した。次いで、標的としての銅板１３０は２０分間、したがって合計２０，０００ＭＵ照射された。コントローラ１１０によってビームが停止されるとすぐに（２０，０００ＭＵ後）、クロノメータが起動され、放射性核種Ｃｕ６２及びＣｕ６４の生成及び崩壊から予想される、放射能量及び放射線が測定された。使用された検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）の２．０”×２．０”結晶ガンマシンチレーション検出器であった。
【００４２】
[00050]テフロン（Ｃ２Ｆ４）の標的を使用してＲＩ、１８Ｆ及び１１Ｃを生成する方法及びシステムについては、次の通りである。テフロンを使用して、２セットの測定が行われた。１３：１０５（１０）ｇｍｓの重さの第１のテフロンサンプルに、１０，０００ＭＵの２２ＭｅＶ電子ビームが照射された。ビーム源の過度の強度及び検出器の不感時間を緩和するために、３．２０５ｇｍｓの重さの第２のテフロンに、同じ電子ビームでわずか４，０００ＭＵが照射された。両方のテフロンでの実験テストについて、この方法には、短時間の照射を停止してから（２４）時間、標的を検出器の前に置くステップが含まれていた。ゼロ時間は、ビームが停止した時間である。数分後、このゼロ時間（時間尺度の開始点）を考慮して測定が開始された。ソフトウェアＰＲＡ．ｅｘｅは、すべてのイベントを、出現時間と共に蓄積した。以て、測定後、ただ１つの部分に焦点を当てることにより、スペクトル（０〜４ＭｅＶ）の分析が実行可能であった。明らかに、同位体１１Ｃ及び１８Ｆの両方の関心のある部分は、消滅ピーク面積（５１１ｋｅＶ）にある。各テフロンの標的は、２２ＭｅＶの電子の広いビーム（アプリケータ１５×１５）の下で、１，０００ＭＵ／分で照射された。短時間（約２分）後、テフロンの標的は（２４）時間、次々に、検出器の前に置かれた。
【００４３】
[00051]図３は、時間の関数としての、計数／分の単位で測定された放射能量を示し、放射性核種６２Ｃｕ及び６４Ｃｕが生成された証拠を提供している。図３の上部では、データは初期（１００分まで）を示し、図３の下部では、測定の全期間（３０００分）にわたる、同じデータが示されている。適合が実行され、６２Ｃｕ及び６４Ｃｕについての以下の半減期が、放射能量の曲線から判定された。
（ｉ）Ｔ１／２［６２Ｃｕ］＝（９：８１６±０：１９３）分
実験値：９．６７３分
（ｉｉ）Ｔ１／２［６４Ｃｕ］＝（７６０：５６２±１８：３１）分
実験値：７６２分
【００４４】
[00052]明らかに、提案された方法による銅の核種の生成についてのデータと理論的期待値との間は、十分な一致を超えている。１８Ｆ及び１１Ｃを生成するために、テフロンの小さなサンプルに、上記のように光子ビームが照射された。両方の放射性原子核が生成された明らかな印が、図３に示されている。寿命は、放射性原子核の既知の値と非常によく一致している。
（Ａ）１８Ｆの半減期：
現在の実験＝６５８６．２秒、既知の値＝６５８２秒；
（Ｂ）１１Ｃの半減期：
現在の実験  １２２１．８秒、既知の値＝１２１３．８秒；
【００４５】
[00053]上記で説明されたように、達成されたこれらの結果は、世界中の医療腫瘍学センタで一般的に利用可能な電子加速器を使用して、必要なときに、必要な量の放射性原子核を現場で、構内で生成できることを立証している。したがって、生成コストばかりでなく輸送コストも削減することができ、同時に、核廃棄物の好ましからざる生成があり得る原子炉又はサイクロトロンの使用を回避できる。銅板１３０は、生成された両方の銅の放射性核種の貯蔵寿命がわずか数日なので、繰り返し使用できる。したがって、銅板１３０は通常の保管で十分であり、特別な取り扱いは不要なはずである。
【００４６】
[00054]次に、放射性同位体を生成する別の方法を説明する。たとえば、巨大双極子共鳴（ＧＤＲ）法の第１の方法では、６４Ｃｕ、６２Ｃｕの生成について説明されている。以下でさらに論じられるように、６３Ｃｕ及び６５Ｃｕは、銅の２つの天然に生じる安定した同位体であり、短い半減期の同位体６４Ｃｕは、β＋（６４Ｎｉに６１％）モードとβ−（６４Ｚｎに３９％）モードとの両方を介して崩壊し、ニッケル及び亜鉛などの無害の元素しか生成しないので、核医学における撮像及び癌の治療の両方に必要な放射性同位体のうちの１つである。
【００４７】
[00055]ＧＤＲを介したＲＩ、６４Ｃｕの生成に関して、電子装置を使用して、ただ１つの中性子を生成する１つの光子交換ＧＤＲプロセスを介して、このＲＩを生成する第１の方法は、概略的に次の通りである。
ｅ（ｐ＿１，ｓ＿１）→ｅ（ｐ＿２，ｓ＿２）＋γ＊（Ｅ＿γ，ｋ＿γ）、
Ｅ＿γ＝（Ｅ＿１−Ｅ＿２）、ｋ＿γ＝｜ｐ＿１−ｐ＿２｜
γ＊＋６５Ｃｕ→（６５Ｃｕ）＊→６４Ｃｕ＋ｎ
【００４８】
[00056]安定したＡ＝６５の銅（及び他のものではなく、２倍を超える、より豊富なＡ＝６３の銅）だけが、ただ１つの中性子と共に、必要な放射性同位体Ａ＝６４を生成できることがわかる。スピンパリティの考慮すべき点は、このチャネルに好都合と思われる。６５Ｃｕの初期の原子核基底状態では、ＪＰ＝３／２−であり、初期の光子はＪＰ＝１＋である。最終状態の原子核基底状態６４Ｃｕでは、ＪＰ＝１＋であり、最終の中性子はＪＰ＝１＝２＋である。原子核のＧＤＲ断面積についての編纂物［９］によれば、必要なプロセスのパラメータは以下の通りである。
γ＊＋６５Ｃｕ→（６５Ｃｕ）＊→６４Ｃｕ＋ｎ、
ピーク光子エネルギーＥγ（ピーク）は、約１８ＭｅＶ、
ピークにおける断面積：
σ（最大）は、約１５０ミリバーン
【００４９】
[00057]もちろん、所与の銅片には、中に６５Ｃｕが３０％しかないので、測定可能な断面積については、上記の断面積に０：３を掛ける必要がある。したがって、原子核６４Ｃｕを生成するためのピーク断面積として、約４５ミリバーンが予想され得る。関心のある初期電子エネルギー間隔、ここでは（１０÷２０）ＭｅＶでの、電子ごとに生成される中性子の数の非常に有用な推定値については、参考文献［１２］を参照されたい。大まかに言えば、銅の標的の厚さが、（１÷４）放射長の範囲（材料の厚さ（１３÷５３）ｇｍ．／ｃｍ２に相当）である場合、約２０ＭｅＶの入射電子エネルギーに対して、中性子／電子の数は、（２÷７）×１０−４の範囲にある。約２０ＭｅＶの電子当りに生成される６４Ｃｕの数について、同じ比率を、２倍以内に期待する必要がある。
【００５０】
[00058]次に、ＧＤＲを介したＲＩ、６２Ｃｕの生成について説明する。銅６２Ｃｕの寿命がより短い放射性同位体があり、６３Ｃｕから、中性子と共にＧＤＲで生成され得る。
６２Ｃｕ：不安定、半減期＝９．６７分、
Ｚ＝２９、Ｎ＝３３、
ＪＰ＝１＋、
β＋（陽電子）を介して６２Ｎｉに崩壊する、
放出エネルギーＥ＝１３１５ＫｅＶと共に。
【００５１】
[00059]６２Ｃｕの陽電子への［９８％崩壊］は、このＲＩを分子の撮像及び再ラベル化のための優れた候補とする一方で、１時間以内に６２Ｃｕがほぼ完全に消失することにより、Ｃｕ６２はＣｕ６４よりも実用性が低く、治療への使用がより制限される。
【００５２】
[00060]次に、６４Ｃｕ及び６２Ｃｕを生成する、第２のＧＤＲの方法について説明する。目標は、ＧＤＲの仕組みを使用することにより、探し求められる、親核の電荷とは異なる電荷（Ｚ娘≠Ｚ親）の（１つ又は複数の）放射性核種を生成できる、ある電荷（Ｚ親）を有する元素の安定した同位体を見つけることである。もちろん、ΔＺ≠０であるため、最終状態の残りの部分は非消失電荷を持っている必要があり、したがって中性子はただ１つになり得ないであろう。これは核種を生成する断面積が減少することを意味するが、高価な同位体の分離が必要ないという明確な利点がある。断面積の減少の問題は、好適な量の母材の追加、より高い電子光度、及び衝撃時間の増加により、大幅に回避され得る。親核である亜鉛（電荷Ｚ＝３０）の衝撃による銅の放射性核種（電荷Ｚ＝２９）生成に向けて、上記を使用することにする。ここで、関連性のある亜鉛の次の４つの安定した同位体がある。
（ｉ）６４Ｚｎ：天然濃度＝４９．２％、
（ｉｉ）６６Ｚｎ：天然濃度＝２７．７％、
（ｉｉｉ）６７Ｚｎ：天然濃度＝４％、
（ｉｖ）６８Ｚｎ：天然濃度＝１８．５％
【００５３】
[00061]当面の目的のために、以下のＧＤＲによって誘発される最終状態反応を検討することにする。
γ＊＋６８３０Ｚｎ→ｐ＋６７２９Ｃｕ、
γ＊＋６６３０Ｚｎ→ｄ＋６４２９Ｃｕ、
γ＊＋６６３０Ｚｎ→ｎ＋ｐ＋６４２９Ｃｕ、
γ＊＋６４３０Ｚｎ→ｄ＋６２２９Ｃｕ、
γ＊＋６４３０Ｚｎ→ｎ＋ｐ＋６２２９Ｃｕ
【００５４】
[00062]陽子モードによる核種６７Ｃｕの生成ばかりでなく、重陽子モードと（ｎｐ）モードとの両方を介した核種６４Ｃｕ及び６２Ｃｕの生成も測定された。閾値領域での重陽子の生成は異常に「大きい」ことが判明した。２２ＭｅＶで、上記の式に示されているように、亜鉛からの核種６７Ｃｕの生成断面積は、１８ミリバーンである。一方、同様のエネルギーで、ｄ及び（ｎｐ）モードにより、核種６４Ｃｕ、６２Ｃｕのピーク生成断面積は、約（３）ミリバーンであり、約（６分の１）になる。ただし、様々な亜鉛同位体の天然濃度を折り込むと、６７Ｃｕ：６４Ｃｕ：６２Ｃｕの実効生成断面積は、それぞれおよそ（３：３３：０：８３：１：４８）ミリバーンになるはずである。６７Ｃｕの陽子に関連する光生成について、さらなる詳細は、［１２］を参照されたい。亜鉛から生成された銅の核種の化学的分離は、参考文献［１４］で既に実行され、完全に成功している。詳細は、参考文献［１４］の付録に見られ得る。現在、この目的のために、より現代的な化学的方法が使用できる。参考文献［１６］、［１７］を参照されたい。
【００５５】
[00063]次に、上記で論じられたように、放射性核種１８Ｆ及び１１Ｃの、同時電気生成について説明する。別の、非常に追い求められる、トレーサの放射性核種を生産する概念実証実験として、電子加速器を使用した１８Ｆの生成について調査した。以下の議論からわかるように、日常的に使用される水溶液とは対照的に、固体の標的を使用する。２００９年にオーストリアのウィーンにある国際原子力機関（ＩＡＥＡ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ａｇｅｎｃｙ）が発表した放射性核種の医療用途に関する詳細なレビューでは、１８Ｆの現在の医療需要は、１８Ｆの入手可能性を遙かに超えていることが述べられている［１７］。したがって、前記方法に対するこの代替実施形態は、別の医学的に重要な放射性同位体１１Ｃと相前後して１８Ｆを生成できるので、有用である。安定したフッ素及び医学に関連するフッ素の１つの同位体に関する、いくつかのよく知られた事実を想起することにする。
（１）１９Ｆ：（安定）、天然濃度＝１００％、Ｚ＝９、Ｎ＝１０、ＪＰ＝１／２＋、
（２）１８Ｆ：（不安定）、半減期＝１０９．７４＼分、Ｚ＝９、Ｎ＝９、ＪＰ＝１＋、
（ｉ）β＋（陽電子）＼（９６．９％）を介して１８Ｏに崩壊する、
（ｉｉ）１８Ｏへの電子取込み（３．１４％）。
【００５６】
[00064]１８Ｆの速い崩壊率のために、２つの半減期に制限された１８Ｆの「貯蔵寿命」はわずか約（４）時間であり、かかる放射性同位体の分散は、物流の問題を引き起こす。ＩＡＥＡが集中生成施設の設立を推奨したのは、このためである。この２００９年のレポートには、「光子からの放射性同位体の大規模生成の可能性は、１０年前にはほとんどないと思われたが、今では、少なくとも概念実証レベルでは、その可能性は非常に高いと思われる」と記載されていた。参考文献［１７］を参照されたい。
【００５７】
[00065]上記の報告が発表されてから１０年でなされた技術的進歩を考慮して、本発明の一態様によれば、放射線腫瘍学部門を確立し、この目的のために好適に変更された放射線腫瘍学部門の組織内の電子加速器を使用した、短命の放射性核種の現場での生成に向けて装備する方法が提案されている。様々な１８Ｆ生成の仕組みが使用されている。この目的のために引き起こされる２つの主要な核反応プロセスは、次の通りである。
（ｉ）＼ｐ＋１８Ｏ→ｎ＋１８Ｆ、［入射陽子＼エネルギー＝（１１〜１７）＼ＭｅＶ］、
（ｉｉ）＼ｄ＋２０Ｎｅ→α＋１８Ｆ、＼［入射重陽子＼エネルギー＝（８〜１４）＼ＭｅＶ］
【００５８】
[00066]陽子で開始されるプロセスは、より大きな断面積を有するが、通常の水（Ｈ２１６Ｏ）の約２％しか構成しないので扱いにくく高価な、「肥えた（ｅｎｒｉｃｈｅｄ）」水（Ｈ２１８Ｏ）を必要とする。さらに、上記の式で参照されるプロセス（ｉ）を介して生成された水性状態のフッ素は、直接的求核ラベル化反応のために、カリウムを結合してフッ化物イオンを「遊離」させるように、キレート剤、たとえばクリプトフィックス（Ｋｒｙｐｔｆｉｘ）２．２．２を使って処理することで、脱溶媒及び放射化する必要がある。一方、プロセス（ｉｉ）は、求電子ラベル化に直接使用できる［１８Ｆ］Ｆ２を生成する。
【００５９】
[00067]任意のハドロンによって開始される、たとえば、陽子又は重陽子ビームによって開始される、放射性核種の生成プロセス又は方法は、標的がより重い物質によって汚染されている場合、望ましからざる放射性核種を生じる可能性があることにも留意されたい。たとえば、陽子ビームが照射されたアルミホイルの標的（Ａｌ２１８Ｏ３）内の鉄の存在に起因する、望ましからざる放射性同位体５５Ｃｏ（半減期１７．５４時間）の生成が示されている［２２］。
【００６０】
[00068]本明細書で広範に実験及び議論されており、本発明の一態様である、１８Ｆを生成するＧＤＲプロセスは、商標テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）の下で一般に知られているポリテトラフルオロエチレン［（Ｃ２Ｆ４）ｎ］を、電子ビームによって照射することである。炭素原子ごとに２つのフッ素原子、重量で約７６％のフッ素及び２４％の炭素があり、物質は、かなり軽い（密度＝２．２ｇｍ／ｃｍ３）。選択された標的材料には、１８Ｆ（親の１９Ｆから）だけでなく、親の１２Ｃから１１Ｃも生成するという大きな利点がある。
【００６１】
[00069]生成された両方の放射性核種は、医療用撮像において関心があるので、前記反応はこの点に関して独特であり、以前の方法に対して明確な利点を提供する。
次に、板が未知の材料でできているシステム２００で、同位体サンプル板１３０として役立ち得る可能性がある、（３）枚の板を分析する方法について説明する。目標は、ＮａＩ検出器を使用して、（３）枚の板の内部の材料を見つけることである。（３）枚の未知のプレートのそれぞれは、（２４）時間、次々に検出器、たとえば電子加速器１００の前に置かれる。検出器の前に何も置かない測定での経験から、このプローブには、通常の（天然の）背景以外の汚染物質は含まれていないと言える。次いで、未知の板（１、２、及び３）のそれぞれに、アプリケータ１５×１５を使用して、２２ＭｅＶの広い電子ビームの下で（１０）分間、１０００ＭＵが照射される。その後、板は（２４）時間、次々に、検出器の前に置かれた。同位体の消滅ピークに集中し、消滅ピークにズームして、スペクトルの消滅ピークの特別な部分で発生するイベントの、時間依存性を評価する方策を選択した。
【００６２】
[00070]１分間のカウント（及び関連する誤差）が、２４時間の全範囲で取得され、単に６０で除算されて、１秒当り［秒−１］の計数が取得された。放射能量の適合関数は、次の式で表される。
【数３】
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【００６３】
[00071]前の式でわかるように、板ごとに２つの相異なる崩壊（Ａ及びＢ）が使用され、背景も適合に取り込まれた（パラメータ：ｂｃｋ）。次に、板ごとの適合の過程、及び板ごとの適合の結果を示す、６つの表が提示されている。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【００６４】
[00072]板１及び３は非常に類似しており、生成された１５Ｏ（Ｔ１／２：１２２．２４秒）と１１Ｃ（Ｔ１／２：１２２１．８秒）との混合物の崩壊に適合するデータを提示することが観察された。板２は異なっており、２つの成分も適合された。おそらく３つの成分を用いるのがより適切であったはずだが、統計はこれを正当化するには不十分であった。板２は、１１Ｃ（Ｔ１／２：１２２１．８秒）及び１８Ｆ（Ｔ１／２：６５８６．２秒）を示している。
【００６５】
[00073]本発明は、いくつかの好ましい実施形態を参照して開示されているが、本発明の領域及び範囲から逸脱することなく、記載された実施形態及び実施形態の同等物に対する多数の修正、代替、及び変更が可能である。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の文言に従って最も広く合理的な解釈が与えられることが意図されている。
【００６６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2021532365.tif 000019
【図８Ａ】
2021532365.tif 000020
【図８Ｂ】
2021532365.tif 000021
【図９Ａ】
2021532365.tif 000022
【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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2021532365.tif 000025
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