Устройство сканирования полосок тонкослойных хроматограмм для определения радиохимической чистоты радиофармацевтических лекарственных препаратов на основе гамма-излучающих радионуклидов

Устройство сканирования полосок тонкослойных хроматограмм для определения радиохимической чистоты радиофармацевтических лекарственных препаратов на
основе гамма - излучающих радионуклидов
Полезная модель относится к средствам измерений ионизирующих излучений, которые предназначены, в частности, для контроля качества радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФП).
В настоящее время в медицине для диагностики и лечения различных заболеваний широко применяются РФП на основе бета- и гамма - излучающих радионуклидов.
Одним из основных показателей качества РФП является радиохимическая чистота (РХЧ), определяемая как отношение активности радионуклида, который присутствует в препарате в заявленной химической форме основного вещества, к общей активности радионуклида в этом препарате, выраженное в процентах. [http://pharmacopoeia.ru/ofs-1-11-0001-15-radiofarmatsevticheskie-lekarstvennye-preparaty/ дата обращения 16.02.2017].
Применяемые на практике регламентированные методики измерений РХЧ предусматривают отделение основной химической формы препарата от примесей хроматографическим методом, и последующее определение отношения активности радионуклида в основной форме химического вещества к общей активности радионуклида в РФП.
В частности, для отделения основной химической формы препарата от примесей применяется тонкослойная хроматография, в которой различные компоненты в составе РФП распределяются по длине хроматографической полоски (ХП) в зависимости от степени их химического сродства к подвижной и
неподвижной фазе хроматографической системы [В.Д. Красиков «Основы планарной хроматографии», СПб., Химиздат, 2005 г].
Таким же образом распределяется и связанный с ними радионуклид.
Анализ распределения компонентов по длине ХП производится путем измерения активности радионуклида с помощью специальных устройств, называемых хроматограмм - сканерами.
Значения РХЧ для большинства препаратов варьируются от 90% до 99% [Technetium-99m Pharmaceuticals, Ilse Zolle Editor, Preparation and Quality Control in Nuclear Medicine, Springer Berlin Heidelberg 2007], что накладывает достаточно жесткие требования на точность измерений этой величины. Для обеспечения указанных требований погрешность измерений РХЧ должна быть не более 1%.
Известно устройство γ-miniGita для измерения распределения компонентов РФП с гамма - излучающими радионуклидами по длине ХП [http://www.raytest.com/nuclear-instruments/radio-tlc/minigita.html, дата обращения 15.02.2017 г.]. Устройство имеет блок детектирования гамма-излучения, с защитой, оснащенной сменными коллиматорами для регистрации гамма - квантов различной энергии. ХП крепится на каретку, выполненную в виде сплошной прямоугольной пластины, которая перемещается относительно блока детектирования на всю длину ХП по пазам в верхней части корпуса. Система перемещения каретки расположена внутри корпуса устройства. Основным недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает заданную точность измерений РХЧ.
Известно также устройство TLC-Scan [http://www.ezag.com/home/products/radiopharma/radiochromatography/tlc_scan/, дата обращения 15.02.2017 г.], являющееся наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа.
Устройство включает в себя следующие составные части: блок детектирования, регистрирующий гамма-излучение от радионуклида, содержащегося в ХП; защиту блока детектирования от внешнего гамма-излучения; каретку с подложкой для крепления и перемещения ХП; механизм
перемещения каретки; электронную систему управления; корпус для крепления
и размещения перечисленных элементов.
Блок детектирования располагается внутри защиты от внешнего излучения. В части защиты, обращенной к каретке, имеется узкое щелевое отверстие для коллимирования гамма-излучения от радионуклида, содержащегося в ХП.
Каретка выполнена в виде пластины из пластика. Для крепления ХП к каретке используется специальная подложка, выполненная из алюминиевого сплава.
Недостатком прототипа является занижение значений РХЧ на 1-4% по сравнению с данными, полученными референтным методом (методом независимой радиометрии отдельных участков ХП).
Причиной занижения значений РХЧ является попадание в блок детектирования части гамма - квантов, излучаемых периферийными по отношению к щелевому коллимирующему отверстию участками ХП, и рассеиваемых на расположенных вблизи щелевого отверстия конструктивных элементах устройства (каретка, подложка и части корпуса).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в минимизации количества гамма - квантов, рассеиваемых на конструктивных элементах устройства, и попадающих в блок детектирования.
Технический результат выражается в уменьшении погрешности определения РХЧ до требований нормативных документов.
Заявляемая полезная модель (фигура 1), как и прототип, содержит следующие составные части:
- блок детектирования (1);
- защиту(2) блока детектирования от внешнего гамма-излучения;
- каретку (3) с подложкой (4) для крепления и перемещения ХП;
- корпус (5) устройства, в котором размещается механизм перемещения каретки и электронная система управления.
Отличие заявляемой полезной модели от прототипа состоит в том, что:
1. Каретка выполнена в виде прямоугольной рамки, на которой помещается подложка для размещения ХП. Ширина и длина отверстия в каретке выбираются таким образом, чтобы достоверно отсутствовал рассеивающий гамма - кванты материал под ХП, то есть ширина и длина отверстия в каретке превышают соответствующие размеры ХП на 5-50 мм.
Конструкция каретки предусматривает фиксацию подожки на каретке, например, с помощью паза на внутренней стороне рамки, размеры которого соответствуют размерам подложки.
2. Подложка выполнена с возможностью минимального рассеяния гамма - квантов, излучаемых периферийными по отношению к щелевому коллимирующему отверстию участками ХП.
комп
комп
Количество рассеянных гамма - квантов зависит от толщины подложки и свойств материала, из которого она изготовлена. Как известно [Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика, книга 1, часть 1. Москва, Энергоатомиздат, 1993], полное сечение комптоновского рассеяния гамма - квантов σ пропорционально атомному номеру вещества Z, в котором происходит рассеяние (σ~Z). Поэтому, для уменьшения количества рассеянных гамма - квантов, при изготовлении подложки необходимо использовать материал с малым эффективным атомным номером, например,: полиметилметакрилат, полиамид, полистирол, АБС - пластик, композитные материалы.
Толщина подложки выбирается минимальной, исходя из прочности материала. Конструкция подложки может быть различной, но при этом должна обеспечивать минимальное рассеяние гамма-излучения и достаточную прочность для удержания и фиксации ХП, например:
- тонкая перфорированная пластина с отверстиями различной формы,
- рамка с натянутой на нее пленкой из полимерного материала,
- пластина с ребрами жесткости на нижней стороне.
На подложке предусмотрено наличие специального удерживающего устройства для крепления ХП, которое не позволяет ХП сминаться и двигаться во время сканирования.
3. Расстояние от края защиты с узким щелевым отверстием для коллимирования гамма - излучения до ближайших частей корпуса составляет не менее 20 мм (данное значение определено экспериментально).
Заявляемая полезная модель реализована в виде действующего устройства, основные части которого показаны на фигуре 1.
Устройство работает следующим образом.
Каретка, с закрепленной на подложке ХП, перемещается в горизонтальной плоскости в направлении поперек щелевого отверстия защиты с помощью механизма перемещения, обеспечивающего определенный шаг и скорость сканирования.
На каждом шаге сканирования блок детектирования регистрирует количество попадающих в него гамма - квантов, которое пропорционально активности радионуклида на данном участке ХП.
В результате реализации предложенных технических решений комптоновское рассеяние гамма - квантов происходит только в тонкой подложке (толщина порядка 0,5 мм для полиметилметакрилата), и количество рассеянных гамма - квантов значительно уменьшается по сравнению с прототипом, где рассеяние происходит в массивной каретке и расположенных вблизи частях корпуса прибора.
57
На фигуре 2 представлены экспериментально полученные зависимости скорости счета s(x) для устройства, выполненного согласно предложенной полезной модели (1) и прототипа(2), при использовании тонкого (менее 0,5 мм толщиной) источника гамма-излучения Со. Видно, что скорости счета на участках сканирования, когда источник находится вблизи щелевого отверстия защиты (10 мм и менее), для прототипа значительно больше, чем для предложенной полезной модели. Эта разница обусловлена попаданием в блок детектирования гамма - квантов, рассеянных на расположенных вблизи щели коллиматора конструктивных элементах прототипа. Из приведенных данных видно также, что попаданием в блок детектирования рассеянных гамма - квантов приводит к занижению измеренного значения РХЧ.
На фигуре 3 представлена экспериментально полученная зависимость доли рассеянных гамма - квантов от расстояния от края защиты с узким щелевым отверстием до ближайших частей корпуса. Видно, что на расстоянии 20 мм и более влияние рассеянных гамма - квантов становится пренебрежимо малым.
Приведенные экспериментальные данные подтверждают возможность получения заявленного технического результата за счет предложенных технических решений.