Fundamentals of nuclear pharmacy 5th ed

Contents Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii Chapter 1 The Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Electronic Structure of the Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Chemical Bonds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Electrovalent or Ionic Bond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Covalent Bond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Coordinate Covalent Bond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Complex Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Structure of the Nucleus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Chapter 2 Radioactive Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Decay of Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Spontaneous Fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Alpha (a) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Beta (b
) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Positron or (bþ) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Electron Capture (EC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Isomeric Transition (IT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Radioactive Decay Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 General Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Half-Life and Mean Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Units of Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Successive Decay Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 General Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Transient Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Secular Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Statistics of Counting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ix Error, Accuracy, and Precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Standard Deviation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Standard Deviation of Count Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Propagation of Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Chapter 3 Instruments for Radiation Detection and Measurement 31 Gas-Filled Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Dose Calibrators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Geiger-Mu¨ ller Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Scintillation Detecting Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Collimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Photomultiplier Tube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Preamplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Linear Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Pulse Height Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Display or Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Scintillation Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Collimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 X, Y Positioning Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Pulse Height Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Display and Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Tomographic Imagers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Single Photon Emission Computed Tomography . . . . . . . . . . . . . . . 43 Positron Emission Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Chapter 4 Production of Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Cyclotron-Produced Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Gallium-67 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Iodine-123 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Indium-111 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Thallium-201 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Short-Lived Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Reactor-Produced Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Fission or (n, f ) Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Iodine-131 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Molybdenum-99 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Neutron Capture or (n, g) Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Target and Its Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Equation for Production of Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Specific Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 x Contents Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Chapter 5 Radionuclide Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Principles of a Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Important Radionuclide Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 99Mo–99mTc Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 113Sn–113mIn Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 68Ge–68Ga Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 82Sr–82Rb Generator (Cardiogen-82) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 References and Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Chapter 6 Radiopharmaceuticals and Methods of Radiolabeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Definition of a Radiopharmaceutical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Ideal Radiopharmaceutical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Easy Availability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Short E¤ective Half-Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Particle Emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Decay by Electron Capture or Isomeric Transition . . . . . . . . . . . . . . 81 High Target-to-Nontarget Activity Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Design of New Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Factors Influencing the Design of New Radiopharmaceuticals . . 84 Methods of Radiolabeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Isotope Exchange Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Introduction of a Foreign Label . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Labeling with Bifunctional Chelating Agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Biosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Recoil Labeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Excitation Labeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Important Factors in Labeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 E‰ciency of the Labeling Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Chemical Stability of the Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Denaturation or Alteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Isotope E¤ect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Carrier-Free or No-Carrier-Added (NCA) State . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Storage Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Specific Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Radiolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Purification and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Shelf Life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Specific Methods of Labeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Radioiodination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Labeling with 99mTc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Contents xi Structure of 99mTc-Complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Oxidation States of 99mTc in 99mTc-Radiopharmaceuticals . . . . . 103 Kits for 99mTc-Labeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Colloids and Labeled Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Additives and Preservatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Chapter 7 Characteristics of Specific Radiopharmaceuticals . . . . . . 111 99mTc-Labeled Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 99mTc-Sodium Pertechnetate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 99mTc-Labeled Human Serum Albumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 99mTc-Macroaggregated Albumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 99mTc-Phosphonate and Phosphate Radiopharmaceuticals . . . . . 113 99mTc-Sulfur Colloid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 99mTc-Albumin Colloid (Nanocolloid) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 99mTc Pentetate (DTPA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 99mTc-Labeled Red Blood Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 99mTc-Iminodiacetic Acid Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 99mTc-Hexamethylpropylene Amine Oxime (Ceretec) . . . . . . . . . . . 118 99mTc-Sestamibi (Cardiolite; Miraluma) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 99mTc-Teboroxime (Cardiotec) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 99mTc-Tetrofosmin (Myoview) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 99mTc-Mercaptoacetylglycylglycylglycine (MAG3) . . . . . . . . . . . . . . 122 99mTc-Ethyl Cysteinate Dimer (Neurolite) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 99mTc-Dimercaptosuccinic Acid (Succimer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 99mTc-Gluceptate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 99mTc-Technegas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 99mTc-N-NOET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Radioiodinated Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 131I-Sodium Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 123I-Sodium Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 125I-Albumin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 123I- or 131I-Sodium Orthoiodohippurate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 131I-6b-Iodomethyl-19-Norcholesterol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 123I- or 131I-Metaiodobenzylguanidine (MIBG) . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 125I-Sodium Iothalamate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 123I-d,l-N-Isopropyl-p-Iodoamphetamine Hydrochloride (IMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Miscellaneous Radiopharmaceuticals of Clinical Interest . . . . . . . . . 128 111In-DTPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 133Xe Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 201Tl-Thallous Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 67Ga-Citrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 32P-Sodium Orthophosphate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 xii Contents 32P-Chromic Phosphate Colloid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 89Sr-Strontium Chloride (Metastron) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 153Sm-Elthylenediaminetetramethylene Phosphonic Acid (Quadramet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 57Co- or 58Co-Cyanocobalamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 51Cr-Labeled Red Blood Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Radiolabeled Leukocytes and Platelets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Radiolabeled Monoclonal Antibodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Radiolabeled Peptides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Other Radiopharmaceuticals of Clinical Importance . . . . . . . . . . . . 144 PET Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 18F-Sodium Fluoride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 18F-Fluorodopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 18F-Fluorothymidine (FLT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 15O-Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 n-15O-Butanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 13N-Ammonia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11C-Sodium Acetate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11C-Flumazenil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11C-Methylspiperone (MSP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11C-L-Methionine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11C-Raclopride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 82Rb-Rubidium Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 References and Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Chapter 8 Quality Control of Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . 151 Physiochemical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Physical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 pH and Ionic Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Radionuclidic Purity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Radiochemical Purity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Chemical Purity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Radioassay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Biological Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Sterility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Apyrogenicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Toxicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Record Keeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Chapter 9 Nuclear Pharmacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Design of a Nuclear Pharmacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Contents xiii Operation of a Nuclear Pharmacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Receiving and Monitoring of Radioactive Packages . . . . . . . . . . . . 179 Preparation of Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Quality Control of Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Dispensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Radioactive Waste Disposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Infectious Waste Disposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Centralized Nuclear Pharmacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Chapter 10 Internal Radiation Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Radiation Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Radiation Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Calculation of Radiation Absorbed Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Radiation Dose in SI Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 E¤ective Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Chapter 11 Radiation Regulations, Protection, and Uses . . . . . . . . . 203 Food and Drug Administration (FDA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Investigational New Drug (IND) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 New Drug Application (NDA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Radioactive Drug Research Committee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 PET Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 FDA Regulations for Nuclear Pharmacies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 State Boards of Pharmacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Nuclear Regulatory Commission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 State Agencies and Agreement States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Licenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Radiation Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Medical Use of Radioactive Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Department of Transportation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 European Regulations Governing Radiopharmaceuticals . . . . . . . . . 234 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Chapter 12 In Vitro and In Vivo Nonimaging Tests . . . . . . . . . . . . . . 239 Radioimmunoassay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Sensitivity and Specificity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 xiv Contents Schilling Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Blood Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 125I-Serum Albumin Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 51Cr-Labeled Red Blood Cell Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Red Blood Cell Survival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Suggested Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Chapter 13 Diagnostic Uses of Radiopharmaceuticals in Nuclear Medicine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Central Nervous System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Thyroid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Lung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Liver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Spleen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Kidney . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Skeleton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Heart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Anatomy and Physiology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Radiopharmaceuticals and Imaging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Miscellaneous Imaging Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Adrenal Gland Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Contents xv Tumor Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Thrombus Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Lymphoscintigraphy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 Gastric Emptying Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .