Preliminary safety evaluation of a cyclotron facility for positron emission tomography imaging

Abstract

This work describes the design characteristics of a medical imaging centre which uses positron emission tomography, with a cyclotron for fluorine-18 and nitrogen-13 production, and which has provided experimental information on operational data recorded by area dosimetry since 1995. Doses to radiopharmacy and medical staff have been measured both in normal work and in some handling incidents. Data on radiation levels in the installation have also been obtained and related to design details and shielding. Area dosimetry was carried out using a five-stationary detector network, with a sampling rate of 2 min(-1), and by thermoluminescent dosimetry (TLD). Staff were also monitored by TLD, using extra chips for finger dosimetry and to duplicate individual whole-body dosimetry in order to measure doses in certain single operations. For normal work, average whole-body doses to radiopharmacy staff were between 0.03 and 0.28 mSv/month, wrist doses were between 0.42 and 2.67 mSv/month, and finger doses were between 1.4 and 7.7 mSv/day for the left hand and 0.8 and 2.4 mSv/day for the right hand; such variation reflects the differing expertise of staff and the role played by optimisation. Finger doses between 16 and 131 mSv were measured in handling incidents, and finger doses of 20.2 and 20.7 mSv for the left hand and 22.0 and 22.3 mSv for the right hand were measured during handling of a syringe without shielding, containing 3 GBq. For medical staff, contributions to the whole-body dose of 2.0 and 1.9 microSv/procedure were measured for injection and placing the patient on the examination couch, respectively. Dose measurement on the middle finger of the right hand gives an average of 70 microSv during the injection. The provisions regarding the shielding design have proved to be adequate and effective during a 3-year operational period. Operational doses to medical staff are comparatively low, while radiopharmacy staff are the most exposed. The finger doses in these professionals may exceed the annual limit, unless operational restrictions in daily practice are adopted. On-line area dosimetry records based on dose rate probes have proved to be effective both for monitoring radiation levels during the operation and for detecting changes in the behaviour of the facility in the irradiation process.

Initial experience with an 11 MeV self-shielded medical cyclotron on operation and radiation safety

“…[1] Many commercial vendors have also installed cyclotrons to produce and distribute 18 F-fluorodeoxyglucose ( 18 F-FDG) to PET centers in their vicinity. [23] The ultra short-lived radionuclides used in PET warrant the presence of a cyclotron in the vicinity for their production. In a cyclotron-PET facility, the radiation safety needs to be more stringent due to penetrating gamma radiation and high specific gamma ray constant for positron emitters.…”

Radiation Sources and Doses of PET Center Staff and Patients

“…Приведенные данные показывают, что после прохождения излучениями бетонной защиты вклад нейтронного излучения в уровень радиационного воздействия на оператора циклотрона является преобладающим, отношение N/G при производстве 18 F составляет 2,1 и 2,6 в бетонном коридоре лабиринта и в пультовой соответственно и эти значения увеличиваются (~ в 1,5 раза) при перемещении мишени в ближайшую к двери позицию. Следует отметить, что в измерениях интегральных доз этих излучений (D N и D G ) при производстве 18 F, выполненных в работе [12] внутри каньона циклотрона при локализации детекторов на стене напротив облучаемого бокса с мишенью протонным пучком с энергией 12 МэВ, установлено, что D N <D G , а отношение D G /D N , усредненное за 200 дней работы циклотрона, составляет 1,9±0,3. Рассчитанная в [16] с использованием результатов измерений годовая эффективная доза облучения оператора циклотрона составляет 1,39±0,16 мЗв -для фотонного излучения и 2,61±0,14 мЗв -для нейтронного излучения, т.е.…”

“…Так, средние величины дозы сильно варьируют в зависимости от типичного времени, используемого работником на операцию с РФЛП, и размера его рук. Установленная в [12] ежедневная доза на все тело персонала при его работе с 18 F-ФДГ и 13 N-NH4+ (с операционными временами 45 мин и около 4 мин и активностью на выходе из химических модулей 12 ГБк и 3,7 ГБк соответственно) составляет 7 мкЗв. С учетом возникавших нештатных ситуаций с превышением обычной ежедневной лучевой нагрузки годовая эффективная доза персонала на все тело составила 2,4±0,3 мЗв, а максимальная доза при нормальной работе была зафиксирована на пальцы левой руки -1,4-7,7 мЗв/день.…”

“…С учетом возникавших нештатных ситуаций с превышением обычной ежедневной лучевой нагрузки годовая эффективная доза персонала на все тело составила 2,4±0,3 мЗв, а максимальная доза при нормальной работе была зафиксирована на пальцы левой руки -1,4-7,7 мЗв/день. Средние показатели месячной поглощенной дозы установлены на уровне 0,1 ± 0,04 мГр (в зависимости от скорости производства материала) -в лаборатории синтеза РФЛП и 5 мГр -в контакте со свинцовым стеклом окна обзора «горячей» камеры [12].…”

“…Плотность потока тепловых и надтепловых нейтронов в области за мишенью, облучаемой на медицинском циклотроне, составляет (4,50±0,88)×10 5 см −2 с −1 и (2,13± 0,09)×10 6 см −2 с −1 соответственно, а мощность дозы γ-излучения − 2,46 Зв/ч [4]. Интенсивность излучения, эмитируемого облучаемым материалом мишени, не менее чем в 100 раз больше интенсивности излучения самого циклотрона (без собственной защиты, E p =12 МэВ) [12]. Типичные значения мощности экспозиционной дозы в каньоне циклотрона при облучении мишени 18 О-H 2 O на циклотроне с E p = 17 МэВ и током пучка 20 мкА могут достигать высокого уровня ~ 10 Р/ч [9].…”