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Die Erfindung betrifft einen Radionuklidgenerator zum Abtrennen eines Tochternuklids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Verwendung radioaktiver Nuklide für die Diagnose und Behandlung verschiedener medizinischer Befunde ist weit verbreitet. Manche radioaktive Isotope weisen jedoch eine außerordentlich geringe Halbwertszeit auf, so daß ihr Einsatz auf Grund des langen Transportwegs zwischen dem Herstellungsort und dem behandelnden Arzt unwirtschaftlich wird. Aus medizinischen Gründen ist es jedoch häufig gerade erwünscht, kurzlebige Isotope in der Nuklearmedizin zu verwenden, um die Strahlenbelastung des Patienten über einen langen Zeitraum hinweg zu vermeiden. So ist beispielsweise das Technetium-Isotop 99mTc mit der relativ kurzen Halbwertszeit von etwa 6 Stunden bei der Abtastung und Sichtbarmachung verschiedener Körperorgane weit verbreitet. Aufgrund der genannten kurzen Halbwertszeit werden die physiologischen Schädigungen, die sich bei der Verwendung von Radionukliden ergeben, weitgehend ausgeschaltet oder minimalisiert.
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Um derartige kurzlebige Radionukliden für den Arzt bereitzustellen, ist z. B. aus der US-PS 40 41 317 und der GB-PS 14 28 669 eine Radionuklidgenerator der eingangs beschriebenen Art bekannt geworden, bei dem die Generatorsäule hohlzylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, deren Achse vertikal steht. Im Bereich des oberen Endes dieser Generatorsäule ist die Einlaßöffnung mit der zugehörigen Einlaßleitung für die Spüllösung (Eluant) vorgesehen. In der Generatorsäule ist ein Absorber- oder Reaktionsmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid, vorgesehen, das mit dem Mutternuklid des gewünschten Nuklids getränkt ist. Wird beispielsweise 99mTc als Tochternuklid für die oben erläuterte medizinische Behandlung gewählt, so wird als Mutternuklid das Molybdän- Isotop 99Mo in dem Absorbermaterial verwendet. Durch das Einleiten der Spüllösung in die Generatorsäule mit dem Absorbermaterial und dem Mutternuklid wird das Tochternuklid, im vorliegenden Fall 99mTc, aus dem Generator eluiert und über die Auslaßöffnung und die Auslaßleitung zur gewünschten Verwendung abgegeben. Die so erhaltene Lösung mit dem gewünschten Tochternuklid wird im folgenden als Eluat bezeichnet.
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Um nun bei der Elution des gewünschten Tochternuklids einen möglichst günstigen Wirkungsgrad, d. h. eine möglichst saubere Trennung, zu erzielen, ist es wünschenswert, eine möglichst lange Absorberstrecke vorzusehen. Bei Verwendung der bekannten, langgestreckten Generatorsäule führt dies jedoch zu erheblichen Problemen bei der Abschirmung der Säule, um den Strahlenschutzbestimmungen zu genügen. Entsprechend der langgestreckten Generatorsäule muß auch die Abschirmung, beispielsweise aus Blei, eine entsprechend langgestreckte Form aufweisen, um an jeder Stelle die erforderliche Absorptionslänge für die abzuschirmende Strahlung zu gewährleisten. Die bei einer derartigen Ausbildung erforderliche Masse des für die Abschirmung vorgesehenen Materials, beispielsweise Blei, ist jedoch aus geometrischen Gründen um so größer, je länger die Generatorsäule im Vergleich zu ihrem Durchmesser ist. Andererseits ist es jedoch erwünscht, etwa zur Erleichterung der Handhabung und des Transports, die Gesamtmasse des Radionuklidgenerators einschließlich der Abschirmung möglichst gering zu halten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Radionuklidgenerator der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß der Aufwand für die Abschirmung möglichst gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch eine derartige Geometrie der wirksamen Generatorsäule wird gegenüber dem bekannten Generator bei gleichem Wirkungsgrad für den Trennvorgang die für eine ausreichende Abschirmung erforderliche Masse an Abschirmungsmaterial verringert. Die geometrisch optimale Form ergibt sich bei kugelförmigen Außenabmessungen der Generatorsäule, die in diesem Fall etwa dadurch erzielt werden können, daß die Säule als kugelförmig aufgewickeltes Rohr ausgebildet ist.
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In der Praxis genügt es jedoch in der Regel, daß die Außenabmessungen der Generatorsäule in den verschiedenen Koordinatenrichtungen annähernd gleich sind. Erfindungsgemäß wird daher die Generatorsäule durch mindestens zwei zueinander konzentrische, ineinander geschachtelte Säulenabschnitte gebildet, die an einem axialen Ende mit dem jeweils benachbarten Säulenabschnitt in Verbindung stehen, wobei die Einlaß- und die Auslaßöffnung an dem anderen axialen Ende der Säulenabschnitte angeordnet sind. Dies bedeutet, daß die verschiedenen Säulenabschnitten sich aufeinanderfolgend ringförmig umgeben, wobei die Verbindungen zwischen den aufeinanderfolgenden Säulenabschnitte jeweils abwechselnd an den beiden axialen Enden der Säule vorgesehen sind. Da die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung an dem radial innersten bzw. an dem radial äußersten Säulenabschnitt oder umgekehrt vorgesehen sind, durchläuft die Spüllösung abwechselnd zur Zyxlinderachse parallele und radial gerichtete Säulenabschnitte, wobei die Strömungsrichtung in benachbarten, zur Zylinderachse parallelen Säulenabschnitten entgegengesetzt ist. Durch diese Stromrichtungsumkehr mit kurzen radial gerichteten Säulenabschnitten wird auf kleinem Raum eine große wirksame Absorptionslänge erzielt.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann die Generatorsäule durch mindestens zwei nebeneinander angeordnete, über einen Verbindungskanal miteinander verbundene Kammern gebildet werden, deren Einlaß- und Auslaßöffnungen von dem Verbindungskanal entfernt angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausbildung ist zwar die Symmetrie geringer als bei der zuvor erläuterten Ausführungsform, so daß gegenüber dieser auch eine umfangreiche Abschirmung erforderlich ist, doch ist diese jedenfalls noch erheblich geringer als bei dem bekannten Radionuklidgenerator mit zylindrischer Generatorsäule ohne Stromrichtungsumkehr innerhalb des Absorbermaterials.
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In den verschieden gerichteten Abschnitten der Generatorsäule kann unterschiedliches Absorber- oder Reaktionsmaterial vorgesehen sein. Aus der US-PS 40 41 317 ist es zwar bekannt, in der Absorberstrecke unterschiedliche Absorbermaterialien vorzusehen, doch wird die Absorptionswirkung bei dem erfindungsgemäßen Generator durch die Anordnung unterschiedlicher Absorptions- und Reaktionsmaterialien in den verschieden gerichteten Abschnitten der Generatorsäule erheblich erhöht, und ermöglicht zudem eine Änderung des chemischen Zustands des Radionuklids innerhalb der Säule, z. B. durch Reduktion.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung der Zeichnung. Es zeigt
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Fig. 1a einen Radionuklidgenerator mit zwei konzentrischen Zylinderkammern und Abschirmung im Längsschnitt,
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Fig. 1b eine Querschnittsansicht der Generatorsäule des Radionuklidgenerators entlang der Linie I-I in Fig. 1a,
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Fig. 2a einen Radionuklidgenerator mit vier konzentrischen Zylinderkammern im Längsschnitt,
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Fig. 2b eine Querschnittsansicht der Generatorsäule des Radionuklidgenerators entlang der Linie II-II in Fig. 2a,
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Fig. 3a eine Generatorsäule eines Radionuklidgenerators mit zwei rechtwinkligen Kammern im Längsschnitt,
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Fig. 3b eine Querschnittsansicht der Generatorsäule mit rechtwinkligen Kammern entlang der Linie III-III in Fig. 3a,
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Fig. 4 eine Generatorsäule eines Radionuklidgenerators mit vier rechtwinkligen Kammern im Längsschnitt und
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Fig. 5 einen Radionuklidgenerator mit zwei konzentrischen Zylinderkammern ohne Abschirmung im Längsschnitt bei einer anderen Ausführungsform.
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Gemäß Fig. 1a weist ein erfindungsgemäßer Radionuklidgenerator eine Abschirmung 1 gegen radioaktive Strahlung, beispielsweise aus Blei, auf, an der zum Transport des Generators Halterungen 2 vorgesehen sind. Etwa im Zentrum der Abschirmung 1 ist ein Hohlraum vorgesehen, der so bemessen ist, daß die eigentliche Generatorsäule 3 eingepaßt werden kann. Diese Generatorsäule weist eine Einlaßöffnung 4 und eine Auslaßöffnung 5 auf, an denen eine Einlaßleitung 6 für die Zufuhr der Spüllösung oder des Eluanten bzw. eine Auslaßleitung 7 zum Ableiten der mit dem gewünschten Isotop beladenen Spüllösung oder des Eluats angeschlossen sind. In der Auslaßleitung 7 ist ein Filter 8 vorgesehen, der sicherstellt, daß das von der Generatorsäule 3 kommende Eluat steril und frei von unerwünschten Partikeln ist und daher zur unmittelbaren Injektion zu Diagnosezwecken bei Patienten geeignet ist. Zur vollständigen Abschirmung der Generatorsäule 3 ist auf der offenen Seite der Abschirmung 1 ein Abschirmungseinsatz 9 vorgesehen, der beispielsweise ebenfalls aus Blei hergestellt ist und durch den die Einlaß- und Auslaßleitungen 6 bzw. 7 in geeigneter Weise hindurchgeführt sind.
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Die eigentliche Generatorsäule 3 besteht gemäß den Fig. 1a und 1b aus einer zentralen Zylinderkammer 10 und einer diese konzentrisch umgebenden Ringzylinderkammern 11, deren gemeinsame Achse 12 vorzugsweise gleichzeitig Symmetrieachse der Abschirmung 1 ist. Die Lage der Achse 12 der Generatorsäule 3 ist an sich beliebig, doch ist es bevorzugt, diese Achse 12 vertikal anzuordnen, so daß in diesem Fall die Einleitung des Eluanten durch die Einlaßöffnung 4 und das Abziehen des Eluats durch die Auslaßöffnung 5 in vorteilhafter Weise am oberen Ende der zylinderförmigen Generatorsäule 3 erfolgen kann.
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Die beiden am unteren Ende miteinander verbundenen Kammern 10 und 11 werden dadurch gebildet, daß in den zylinderförmigen Behälter 17 der Generatorsäule 3 eine zylinderförmige Trennwand 15 konzentrisch eintaucht, die am Deckel 18 der Generatorsäule 3 festgehalten ist. Das freie Ende der Trennwand 15 reicht jedoch nicht bis zum Boden 16 des Behälters 17, so daß zwischen den beiden Kammern 10 und 11 durch den Freiraum zwischen der Trennwand 15 und dem Boden 16 eine Verbindung hergestellt wird.
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Die beiden Kammern 10 und 11 sind praktisch vollständig mit Absorbermaterial 20 a, b, beispielsweise Aluminiumoxid mit unterschiedlichem pH-Wert in den beiden Kammern, ausgefüllt, und am oberen Ende der Zylinderkammer 10, die mit der Einlaßleitung 6 für den Eluanten in Verbindung steht, ist das Mutternuklid 19, beispielsweise 99Mo, eingebracht.
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Wird die Elutionslösung (Eluant), beispielsweise Salzsäure oder eine Kochsalzlösung, durch die Einlaßkanüle 21 über die Einlaßleitung 6 und die Einlaßöffnung 4 in die Einlaßkammer 13 eingeleitet und dringt durch einen vorzugsweise vorgesehenen Einlaßfilter 22 in die Zylinderkammer 10 ein, so nimmt sie dort das gewünschte Tochternuklid, im obigen Beispiel 99mTc, auf und wird in Richtung des Pfeils S über die Ringzylinderkammer 11 in die Auslaßkammer 14 und danach über die Auslaßleitung 7, den Filter 8 und die Auslaßkanüle 23 abgezogen. Durch den gekrümmten Strömungsweg S der Elusionslösung wird trotz der geringen Bauhöhe der Generatorsäule 3 eine praktisch doppelt so lange Absorptionsstrecke erhalten. Daher ist es möglich, die Abschirmung 1 mit dem Abschirmungseinsatz 9 auch in Richtung der Achse 12 relativ kurz auszubilden.
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Bei der geschilderten, zylindrischen Ausbildung der Generatorsäule 3 ist es aus geometrischen Gründen vorteilhaft, die Bauhöhe der Generatorsäule 3 gleich ihrem Durchmesser zu wählen, da in diesem Fall die Außenabmessungen bei vorgegebenem Volumen der Generatorsäule 3 minimal sind. Dies gilt entsprechend für die ebenfalls zylindrischen Ausführungsformen der Generatorsäule gemäß den weiter unten erläuterten Fig. 2a, 2b und 5.
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Schließlich ist noch bei dem Radionuklidgenerator gemäß Fig. 1a ein Ansaugrohr 24 vorgesehen, durch das Luft in die bei der Elution auf den Kanülen 21 und 24 aufsitzende Eluantflasche gesaugt werden kann.
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Vorzugsweise ist dieses Ansaugrohr 24 mit einem Filter 25 versehen, so daß die angesaugte Luft steril ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2a und 2b sind neben der zentralen Zylinderkammer 10 insgesamt drei ineinander geschachtelte Ringzylinderkammern 11 a, 11 b, 11 c vorgesehn, wobei die Wände 15 a, 15 b und 15 c derart angeordnet sind, daß der Strömungsverlauf R der Elutionslösung im Längsschnitt durch die Generatorsäule 3a mäanderförmig erfolgt. Da die verschiedenen Kammern 10, 11 a, 11 b und 11 c vorzugsweise mit verschiedenem Absorbermaterial beschickt sind, ist die wirksame Absorberlänge bei gleicher Bauhöhe der Generatorsäule gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1 praktisch verdoppelt.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 3a und 3b sind die mit Absorbermaterial 20 gefüllten Kammern 30 und 31 der Generatorsäule 3 b nicht kreiszylindrisch, sondern aneinander anschließend vorzugsweise rechteckig aufgebaut. In diesem Fall verbindet die Trennwand 35 die beiden Seitenwände 36 a und 36 b, reicht jedoch nicht bis zum Boden 36 der Generatorsäule 3 b. Der sich dabei ergebende Strömungsverlauf der Elutionslösung ist in Fig. 3a mit T gekennzeichnet.
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Das mit den Fig. 3a und 3b erläuterte Prinzip einer Generatorsäule kann gemäß Fig. 4 auch auf den Fall übertragen werden, daß mehrere hintereinander geschaltete Absorberkammern 40, 41 a-c vorgesehen sein sollen. Ebenso wie in Fig. 3b dargestellt, verbinden die Trennwände 45, 45 a und 45 b gemäß Fig. 4 die beiden einander gegenüberliegenden Seitenwände des Gehäuses der Generatorsäule 3 c und lassen jeweils einen Zwischenraum zwischen dem Boden 46 bzw. einer Deckfläche 47 frei. Dadurch ergibt sich der in Fig. 4 eingezeichnete Strömungsweg U für die Elutionslösung.
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In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Generatorsäule dargestellt, die ähnlich wie die Ausführungsform der Fig. 1 einen zylinderförmigen Behälter 117, eine zentrale Zylinderkammer 110 und eine diese konzentrisch umgebende Ringzylinderkammer 111 aufweist. Die zylindrische Trennwand 115 entspricht der Trennwand 15 bei der Ausführungsform der Fig. 1. Gemäß Fig. 5 ist das Mutternuklid 119 an der Oberseite der Ringzylinderkammer 111 in das Absorbermaterial 120 a, b eingebracht, d. h., bei dieser Ausführungsform strömt die Elutionslösung von der äußeren Ringzylinderkammer 111 zur Zylinderkammer 110, wie dies durch den Pfeil V angedeutet ist. Für die Einleitung der Elutionslösung ist eine Einlaßkanüle 121 vorgesehen, die in die Einlaßleitung 6 übergeht, die mit der Einlaßöffnung 104 der Ringzylinderkammer 111 in Verbindung steht. Der Abzug des mit dem gewünschten Tochternuklid beladenen Eluats erfolgt durch die Auslaßöffnung 105, die Auslaßöffnung 7 und die Auslaßkanüle 123, wobei durch einen Filter 108 zwischen der Auslaßleitung 7 und der Auslaßkanüle 123 sichergestellt ist, daß diese steril gehalten wird.
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Um Luft in die Eluantflasche einzusaugen, ist eine Ansaugkanüle 124 vorgesehen, die mit dem Umgebungsbereich der Generatorsäule über einen Filter 125 in Verbindung steht, so daß die angesaugte Luft steril ist.
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Das Beladen der Generatorsäule mit der Lösung des Mutternuklids erfolgt durch einen Gummidurchstechstopfen 126, der in vorteilhafter Weise oberhalb der Einlaßöffnung 104 mit einem Sterilfilter 122 angeordnet ist, so daß eine Durchstechkanüle parallel zur Achse 112 der Generatorsäule bis zur Einlaßöffnung 104 eingeführt werden kann. In entsprechender Weise ist zum Ansaugen der vom Mutternuklid befreiten Restlösung ein Gummidurchstechstopfen 127 oberhalb der Auslaßöffnung 105 vorgesehen, durch den eine entsprechende Kanüle zum Absaugen eingeführt werden kann.
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Aus Strahlenschutzgründen ist es vorteilhaft, die Ringzylinderkammer 111 nicht bis zum oberen Ende der Generatorsäule mit Absorbermaterial anzufüllen, denn die Hauptstrahlung konzentriert sich auf die ersten Millimeter im Anschluß an die Einlaßöffnung 104, d. h., auf den Anfangsbereich des Absorbermaterials.
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Da die Einlaßleitung 6 und die Auslaßleitung 7 ausgehend von der Ringzylinderkammer 111 bzw. der Zylinderkammer 110 im wesentlichen radial nach außen geführt sind, so daß sowohl die von den Filtern 125 und 108 abgeschlossenen Bereiche der Absaugkanüle 124 bzw. der Auslaßkanüle 123 als auch der radial am weitesten außen liegende Ansatz der Einlaßkanüle 121 selbst bei einer Befüllung des Radionuklidgenerators, die mittels einer Kanüle durch den radial weiter innen liegenden Gummidurchstechstopfen 126 erfolgt, steril bleiben. Entsprechendes gilt bei einem eventuellen Absaugen der Restlösung mit Hilfe einer durch den Gummidurchstechstopfen 127 eingeführten, nicht dargestellten Kanüle.