STKC
ไอโซโทปรังสี กับ Nuclear Medicine (1)

Medical Isotope

จตุพล แสงสุริยัน
ศูนย์ไอโซโทปรังสี
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ไอโซโทปรังสี (radioisotope/radioactive isotope) เป็นชื่อเรียกธาตุต่าง ๆ ที่มีรังสีทั้งที่มีอยู่ในธรรมชาติ และที่ี่เกิดขึ้นจาก กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ คำว่า radioisotope/radioactive isotope บางครั้งจะถูกเรียกสั้น ๆ ว่า isotope ก็มี ธาตุบางชนิด อาจจะมีไอโซโทปรังสีย่อย ๆ หลายไอโซโทป เช่น ไอโซโทปรังสี I-123, I-125 หรือ I-131 ของธาตุ ไอโอดีน (iodine) ส่วนไอโอดีนที่เรารู้จักกันในรูปของเกลือไอโอดีน (เช่น Potassium iodide, KI) ซึ่งไม่มีรังสีนั้น คือไอโซโทป I-127 ตัวเลขที่ เราเขียนกำกับอักษรย่อของธาตุเป็นจำนวนเลขมวล (mass number) ของ ไอโซโทปรังสีนั้น ซึ่งจะเห็นว่า mass หรือมวล ของมันแต่ละไอโซโทปแตกต่างกันเล็กน้อยเท่านั้น แต่สิ่งที่น่าทึ่งก็คือ สมบัติทาง ฟิสิกส์นิวเคลียร ์หรือพูดง่าย ๆ คือลักษณะ การแผ่รังสีของแต่ละไอโซโทปนั้นแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ขอยกตัวอย่างสมบัตทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ของไอโซโทปรังสีของ ไอโอดีน 3 ไอโซโทปแรกที่กล่าวมาดังแสดงใน ตารางที่ 1

ตารางที่ 1 คุณลักษณะที่สำคัญของไอโซโทปรังสี ของไอโอดีนบางชนิด

ไอโซโทปรังสี
(radioisotope)

ให้รังสี -พลังงานหลัก
(radiation/energy)

ครึ่งชีวิต
(half-life)

I-123

gamma / 159 keV

13 hours

I-125

gamma / 35 keV

60.25 days
+Auger electron / 18 keV

I-131

beta / 0.6 MeV

8.04 days
+ gamma / 364 keV

จากสมบัติเฉพาะตัวของไอโซโทปรังสีดังที่เห็นในตัวอย่างและของธาตุชนิดอื่น ๆ อีกหลายไอโซโทป ทำให้วงการแพทย์ ให้ความสนใจนำมาประยุกต์ในทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนำมาใช้ในการตรวจวิเคราะห ทางการแพทย์ การตรวจ วินิจฉัยโรค และใช้เพื่อการบำบัดรักษาโรคหลายชนิด ซึ่งเราเรียกกิจกรรมทางการแพทย์สาขานี้ ว่า Nuclear Medicine หรือ ชื่อเรียกในภาษาไทยว่า สาขาเวชศาสตร์นิวเคลียร์

Nuclear Medicine ต้องใช้ไอโซโทปรังสีอย่างแน่นอน แต่ลักษณะการนำไอโซโทปรังสีแต่ละชนิดมาใช้งาน จะแตกต่าง กันออกไปขึ้นอยู่กับชนิดของไอโซโทปรังสีแต่ละชนิด และวัตถุประสงค์ในการใช้งาน เราอาจแบ่งไอโซโทปรังสีตาม ลักษณะการใช้งานทางด้านการแพทย์ (medical isotopes) ออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ กลุ่มที่1 จะเป็นกลุ่มที่ถูกนำ มาใช้เป็น radiation source สำหรับ teletherapy และ brachytherapy สำหรับการบำบัดรักษาเนื้องอกและมะเร็ง หลายประเภท ไอโซโทปรังสีพวกนี้มักจะให้รังสีแกมมาพลังงานสูงและมีครึ่งชีวิตยาว เช่น Co-60 Cs-137 ส่วนกลุ่มที่ 2 จะนำมาใช้ในรูป ของสารเภสัชรังสี (radiopharmaceutical) ชนิดต่าง ๆ ตารางที่ 2 แสดงรายละเอียดคุณลักษณะเฉพาะตัวที่สำคัญของ ไอโซโทปรังสีกลุ่มที่ 1 ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบัน

 ตารางที่ 2 แสดงคุณลักษณะที่สำคัญของไอโซโทปรังสีที่ใช้เป็น radiation source ในงานด้าน Nuclear Medicine

ไอโซโทปรังสี

ระยะเวลา ครึ่งชีวิต

ให้รังสี และพลังงานหลัก

สภาพทางเคมี และวิธีการใช้

ใช้เพื่อ

Cs-137

30 y

gamma 0.66 MeV beta max 1.18 MeV

Cesium chloride, or Cesium sulphate, teletherapy source

บำบัดรักษา ยับยั้งการเจริญเติบโตเนื้องอก (antineoplastic)

Co-60

5.27 y

gamma 1.33 MeV beta 0.31 MeV

Metallic cobalt, sealed source

บำบัดรักษา antineoplastic

Ir-192

73.83 d

gamma 0.296-0.612 MeV

Ir wires, seed encased in nylon ribbon

บำบัดรักษา antineoplastic

Sr-90

28.78 y

gamma 0.546 MeV

Beta ray applicator, external irradiation

บำบัดรักษา treatment of benign condition of eye เช่น pterygia, corneal

จะเห็นว่ากลุ่มแรกเกือบทั้งหมดจะใช้งานในลักษณะการแผ่รังสีขนาดที่เหมาะสม เข้าไปทำลายหรือยับยั้งการเจริญเติบโต ของเนื้องอกหรือมะเร็งเป็นส่วนใหญ่ และมักจะเป็นการฉายรังสีจากภายนอกร่างกาย และถึงแม้จะมีบางชนิดที่นำไปสอด หรือฝัง (ในรูป seed/wire) ไว้ในอวัยวะบางตำแหน่งในร่างกาย แต่ตัวไอโซโทปรังสีจะไม่เกี่ยวข้องกับระบบ metabolism ระบบการหมุนเวียนเลือดหรือระบบอื่นใดภายในร่างกายแต่อย่างใด แตกต่างจากไอโซโทปรังสีกลุ่มที่ 2 ที่จะถูกเปลี่ยนสภาพ ให้อยู่ในรูปของ radiopharmaceutical เพื่อบริหารยาเข้าสู่ร่างกายผู้ป่วยเข้าสู่ระบบ metabolism หรือระบบการหมุนเวียน เลือด หรือโดยกลไกหรือเทคนิคการบริหารยาอื่น ๆ เข้าสู่ร่างกายก่อนที่จะเดินทางไปสู่อวัยวะ เป้าหมาย ไอโซโทปรังสี กลุ่มหลังนี้บางชนิดมีสภาพทางเคมี (chemical form) ง่าย ๆ เช่น sodium iodide (NaI-131) 131I-Hippuran 89SrCl 2 แต่มีหลายชนิดที่อยู่ในรูปของสารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อน เช่น Tc-99m medronate (99mTc-MDP) Tc-99m sestamibi (99mTc-MIBI) 99mTc-Hynic-TOC การใช้ไอโซโทปรังสีในรูปของ radiopharmaceutical ในงาน Nuclear Medicine ในปัจจุบันนั้นจะนำมาใช้เพื่อการตรวจวินิจฉัย (diagnosis) เป็นส่วนใหญ่ ที่เหลือก็เป็นการใช้เพื่อการบำบัดรักษา (radionuclide therapy) และการตรวจวิเคราะห์ทางการแพทย์ (laboratory tests) เฉพาะในส่วนของการตรวจวินิจฉัยทาง ด้าน Nuclear Medicine นั้น ไอโซโทปรังสีที่ใช้มากที่สุดคือ ประมาณ 80% ของการตรวจวินิจฉัยจะใช้ไอโซโทปรังสี Technetium-99m (Tc-99m) ในหลายรูปแบบ ที่เหลือ นอกจากนั้นก็จะใช้ไอโซโทปรังสีอื่น ๆ เช่น I-123 In-111 Tl-201 F-18 บางชนิดสามารถใช้ได้ทั้งเพื่อการตรวจวินิจฉัย และใช้บำบัดรักษาได้ด้วยเช่น I-131 ในตารางที่ 3 จะแสดง ไอโซโทปรังสีที่สำคัญ ๆ ที่นำมาใช้ในรูปของ radiopharmaceutical ชนิดต่าง ๆ และรูปแบบทางเคมีที่นำมาใช้งานนั้น จะแตกต่างกันออกไป โดยจะนำมาเป็นตัวอย่าง เฉพาะไอโซโทปรังสีที่มีใช้กันอยู่ในหน่วยงาน Nuclear Medicine ทั่ว ๆ ไปทั้งในประเทศไทยและในต่างประเทศ โดยแต่ละไอโซโทปจะแสดงรายละเอียดการใช้งานที่สำคัญ ๆ เท่านั้น

ตารางที่ 3 คุณลักษณะที่สำคัญของไอโซโทปรังสีที่ใช้ในรูปของ radiopharmaceutical ในงานด้าน Nuclear Medicine

ไอโซโทปรังสี

ระยะเวลา
ครึ่งชีวิต

ให้รังสี
และพลังงานหลัก

สภาพทางเคมี
และวิธีการใช้

ใช้เพื่อ

Chromium-51 (Cr-51)

27.7 d

gamma 320 keV

Sodim chromate labeled red blood cell, i.v.

ตรวจหา cell volume or mass ตรวจหา cell survival time

Iodine-125 (I-125)

60.25 d

gamma 35 keV

Iodinated liothironine, in vitro

ตรวจหาปริมาณ thyroid hormone

Iodine-131 (I-131)

 

 

 

 

8.04 d

 

 

 

 

beta 0.6 MeV

gamma 364 keV

 

 

 

 

Sodium iodide, orally

ตรวจ thyroid function บำบัดรักษา thyroid cancer

131I-MIBG, i.v.

ตรวจและบำบัดรักษาต่อมหมวกไตและ tumor

Sodium iodohippurate (131I-Hippuran) ,i.v.

ตรวจ renal function, renal blood flow, renal imaging

Iodinated tositumomab i.,v.

ตรวจ renal function, renal blood flow, renal imaging

Iodinated human serum albumin (microaggregated)

Hepatic blood pool imaging

Indium-111 (In-111)

 

 

2.8 d

 

 

gamma 247 keV

 

 

Indium bleomycin, i.v

ตรวจ Tumor detection

Indium pentetreotide, i.v.

ตรวจ Neuroendocrine tumor

Indium oxyquinoline (oxine) labeled leukocytes, i.v.

ตรวจ infection/ inflammation

Lutetium-177 (Lu-177)

6.71 d

beta max 497keV gamma 113 keV, 208 keV,

Lu-DOTATATE ,i.v.

บำบัดรักษา treatment of neuroendocrine tumor

Technetium-99m (Tc-99m)

6 h

gamma 140 keV

Sodium pertechnetate, i.v.

ตรวจ Brain imaging, thyroid imaging, blood pool imaging, etc.

Tc-albumin (aggregated), i.v.

ตรวจ Liver imaging

Tc-disofinin (DISIDA), i.v.

ตรวจ Hepatobiliary imaging

Tc-medronate (MDP), i.v.

ตรวจ bone imaging

Tc-mertiatide (MAG3),i.v.

ตรวจ renal imaging

Tc-pentetate (DTPA), i.v.

ตรวจ brain imaging, renal imaging, Lung ventilation Studies

Tc-Hynic-TOC, i.v.

ตรวจ neuroendocrine tumor

Rhenium-188 (Re-188)

16.9 h

 

beta max 2.12 MeV

Re-HEDP,i.v.

บำบัดรักษา pain relief in bone cancer

gamma 155 keV

Re- labeled Mab, i.v.

บำบัดรักษา radioimmunotherapy

Sammarium-153 (Sm-153)

46.27h

beta max 0.81 MeV

Sm- EDTMP

บำบัดรักษา pain relief in bone cancer

gamma 103 keV

Strotium-89 (Sr-89)

50.53 d

beta 1.49 MeV

Strotium chloride, i.v.

บำบัดรักษา pain relief in bone cancer

Thallium-201 (Tl-201)

72.9h

gamma 135 keV, 167keV

Thallous chloride, i.v.

ตรวจ Myocardial perfusion imaging

Yttrium-90 (Y-90)

 

64.1h

 

beta max 2.2 MeV

 

Y-Iblitumomab tiuxetan

บำบัดรักษา treatment of non- Hodgkin’s lymphoma

Y-citrate

บำบัดรักษา treating rheumatoid arthritis

จากตัวอย่างการนำไอโซโทปรังสีใช้งานทางด้าน Nuclear Medicine จะเห็นว่าไอโซโทปรังสีเหล่านี้ได้ถูกนำมาประยุกต์ ใช้งานได้หลากหลายมาก เท่าที่เคยมีการรวบรวมไว้พบว่า ในจำนวนไอโซโทปรังสี กว่า 3,000 ชนิดที่มีอยู่นั้น จะมี ไอโซโทปรังสีที่ถูกนำมาใช้ในงาน Nuclear Medicine จำนวนประมาณ 140 ชนิด และในจำนวนนี้มีเพียงประมาณ 10 ชนิดเท่านั้น ที่ถูกนำมาใช้ในรูปของ radiopharmaceuticals หากมาดูภาพรวมของการใช้ไอโซโทปรังสี ในงาน Nuclear Medicine ในประเทศไทยพบว่าไอโซโทปรังสีที่ใช้มากที่สุดคือ Tc-99m และ I-131 ตามลำดับ ส่วนไอโซโทโทปอื่น ๆ นั้นเช่น F-18 I-125 In-111 Tl-201 Sr-89 Y-90 Sm-153 หรือ Re-188 มีการใช้บ้างเป็นส่วนน้อย และเกิน 50% ของ ความต้องการใช้ไอโซโทปรังสีในงาน Nuclear Medicine ในประเทศเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศ จะมีเพียงบางชนิด ที่ผลิตได้เองภายในประเทศ (ต้องนำเข้าเครื่องจักร วัตถุดิบ และเทคโนโลยีจากต่างประเทศอยู่ดี) เช่น I-131 Sm-153 หรือ F-18

จากข้อมูลสรุปของการใช้ไอโซโทปรังสีในงาน Nuclear Medicine ก็คงจะพอมองเห็นภาพรวมของการใช้ไอโซโทปรังสี ประเภทนี้ในวงการแพทย์บ้านเราและในต่างประเทศกันพอสมควร โดยเฉพาะสำหรับประเทศไทยแล้วถือว่างานทาง ด้านนี้มีความสำคัญในระดับต้น ๆ ของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนิวเคลียร์ของประเทศ

Reference

1. IAEA Technical Report Series no.458, iaea, vianna, 2007

2. Handbook of Radioactivity Analysis, ACADEMIC PRESS USA , copyright 1998

3. Carey L.Larsson; Avialability and Use of Medical Isotopes in Canada, Technical Memorandum DRDC – Ottawa,2004