PET/CT正電子藥物中心的建設之三——放射防護

耿建華 陳英茂 陳盛祖 田嘉禾

在PET/CT正電子藥物中心，正電子藥物從生產到使用經過多個環節:①由回旋加速器生產正電子核素；②經過專用管道將正電子核素傳送到化學合成器內；③在化學合成器內將放射性核素標記到特定的化合物上，形成放射性藥物；④將放射性藥物傳送到分裝熱室；⑤對放射性藥物進行質控；⑥質控合格后，在分裝熱室內，將放射性藥物分裝成臨床需要的活度量；⑦將分裝好的藥物傳送到PET/CT中心注射室，進行PET/CT顯像。每個環節均需放射防護，任何一個環節出現防護問題，均會導致工作人員甚至公眾受到輻射。本文針對正電子藥物從生產到使用每個環節的技術特點，對各個環節的防護進行探討；并且依據我國現行的有關政策，對放射防護所需的各種評估進行討論，為醫療機構建立正電子放射性藥物生產中心提供參考。

1 防護要求

1.1 回旋加速器機房的防護

根據回旋加速器的機型設計回旋加速器機房的防護，對有、無自屏蔽的加速器有不同的設計方案。對無自屏蔽的加速器設備，通常設計迷路防護，墻及頂的混凝土厚度根據不同機型在2 m左右；而對有自屏蔽的加速器設備無需迷路設計，墻及頂的混凝土厚度根據不同機型在40～80 cm范圍。推薦在地下室建設回旋加速器機房，這樣便于防護。由于本身重量及防護的要求，回旋加速器不適于安裝在二層及以上的建筑中。如果加速器安裝在一層，由于設備本身、凈化通風及防護等的要求，普通建筑的高度不能滿足回旋加速器機房的需求，無論有無自屏蔽，回旋加速器機房的前后左右及上下六面均需防護。回旋加速器機房內的輻射包含中子輻射及γ射線輻射，其中中子輻射約占1/4，γ射線輻射約占3/4。因此防護設計時，不僅要考慮γ射線的防護還要考慮中子射線的防護。

中子射線來源于靶上核反應（18O(p，n)18F）產生中子，其能量及發射角度取決于機型。中子的最大能量為加速器束流粒子的能量。目前用于醫療機構的回旋加速器束流能量在7～30 MeV，從靶部位發射的中子，不同方向其能量及數量不同，因此在中子防護設計時，應考慮加速器的方位，使靶的位置置于易于防護并遠離工作人員活動的區域。在設計加速器的門時，根據中子與物質的相互作用設計。中子與物質原子核作用主要有三種[1]：①非彈性碰撞：碰撞前后總動能不相等。碰撞使核處于激發態，放出γ光子，快中子損失能量改變方向。原子序數越大，損失能量越多。②彈性碰撞：碰撞前后總動能相等。核不變，獲得動能，稱為反沖核；中子損失能量改變方向。原子序數越小，損失能量越多。③核反應：熱中子與核發生核反應，吸收中子。因此加速器門防護材料應包含三類材料，第一類材料，原子序數高的重金屬，用來防護γ射線及使中子在其中產生非彈性碰撞降低能量，通常使用鉛；第二類材料，原子序數小的輕核材料，使中子在其中產生彈性碰撞降低能量，通常采用含氫材料，例如，水、石蠟、聚乙烯，各種材料密度及含氫量[2]如表1所示；第三類材料，熱中子吸收物質，用于與熱中子發生核反應來吸收中子（該過程也稱為熱中子俘獲），例如：硼、鋰、鎘材料，各種俘獲物質中所含俘獲熱中子核素的天然豐度及反應截面[2]如表2所示。

表1 常用含氫材料的密度及含氫量

表2 常用俘獲物質中所含俘獲熱中子核素的天然豐度及反應截面

回旋加速器機房中γ射線輻射的來源主要有3個方面：①中子與物質作用產生；②生產的正電子核素發出的正電子，發生正電子淹沒產生的511 keVγ射線；③活化產物（感生放射性核素）發射的γ射線，其中包含中子空氣活化及加速器部件活化的產物[3-5]。中子空氣活化產物主要有11C、13N、15O、41Ar，前三種核素均為正電子核素，發射γ射線的能量為0.511 MeV，半衰期短，分別為20.9 min、9.96 min、2 min，因此對環境輻射劑量貢獻最大的為41Ar，半衰期為1.8 h，發出主要γ射線的能量為1.3 MeV。中子及質子對加速器部件活化的產物[3-5]如表3所示, 主要由中子和質子的（n,γ）、（n,p）及（p,n）等反應產生。

表3 加速器部件的感生放射性核素

55Fe 2.74 a X:0.059 59Fe 45 d 1.099，1.292 56Co 77 d 0.511，0.847，1.238，2.599，1.771 57Co 271 d 0.122，0.136 58Co 71 d 0.511，0.811 60Co 5.3 a 1.173，1.332 57Ni 36 h 0.511，1.378，1.919 65Ni 2.5 h 1.482，1.116 60Cu 23.7 min 0.511，1.333，1.792，0.826 61Cu 3.4 h 0.511，0.656,1.185,0.284 62Cu 9.7 min 0.511 64Cu 12.8 h 0.511 66Cu 5.1 min 1.04 65Zn 244 d 0.338，0.777，1.116，0.511 110mAg 252 d 0.658 183Re 70 d 0.046，0.110，0.162，0.209 184Re 38 d 0.111，0.792，0.895，0.903

圖1所示為某16 MeV加速器，束流38 μA的質子轟擊氧-18水，工作2200 min的Havar箔膜，放置18 d后,其中的感生放射性核素及其γ射線波譜[3]。可見由感生放射性核素發射的γ射線能量由幾十keV到兩個多MeV, 半衰期由幾分鐘到數年。因此，即使在加速器停機時，加速器周圍也會有相當高的輻射，特別是打開加速器的自屏蔽時，應格外注意防護。在有自屏蔽時，這些活化產物對環境輻射劑量的貢獻大大減少。γ射線的防護主要原子序數高的物質，例如鉛，混凝土等。

圖1 Havar箔膜上的感生放射性核素及其γ射線波譜

1.2 合成室及分裝室的防護

合成室及分裝室內的輻射源為正電子放射性核素，其外照射為正電子湮滅輻射產生的能量為511 keV的γ射線。防護主要依靠合成熱室(放置合成器的鉛箱)及分裝熱室(放置分裝裝置的鉛箱)來達到防護目的，因為放射性藥物在合成熱室及分裝熱室中完成合成及分裝。根據所選機型及需求的放射性核素的產量來選擇合成熱室及分裝熱室的防護。通常合成熱室壁的鉛當量≥75 mm, 分裝熱室壁的鉛當量≥60 mm。根據合成熱室及分裝熱室外的劑量水平，設計合成室及分裝室墻壁的防護。

1.3 藥物傳送過程中的防護

藥物傳送過程中的防護是非常重要而又最易被忽視的環節。其中包括了三個傳送通道：①加速器機房到合成熱室的放射性核素通道，在該傳輸中，核素的活度很高（大于1 Ci），因此需高鉛當量的防護，通常采用地溝傳輸，上面加蓋鉛磚防護；②合成熱室到分裝熱室的放射性藥物通道，在該傳輸中，核素的活度也很高，并且，有可能距離較遠，還有可能跨越樓層，因此防護應格外引起注意，需高鉛當量的防護；③分裝熱室到PET/CT注射室的通道，在該傳輸中，核素的活度只是一位患者的注射活度（10 mCi左右），活度較低，但通道距工作人員較近，也需要適當的防護。

1.4 劑量監測報警設施

在回旋加速器機房、合成室、分裝室及室外的走廊要裝備固定的劑量監測報警設施，能顯示實時檢測點的劑量率，并可設置報警閾值。在合成室及分裝室的出口處，應設置手足劑量檢測設備。此外，還應配置可移動的放射性污染儀，工作人員應配備可讀式個人劑量報警儀，以防受到高輻射。

1.5 攝像監視設施

為了放射性物品安全，對放射性物品的場所及傳輸過程中應有攝像監視，因此在加速器機房、合成室、分裝室、注射室及其在傳輸過程應有攝像監視設施。

2 放射防護評價

PET/CT藥物中心場地的設計完成后，按照國家有關規定，在場地施工前，要進行“職業病危害因素放射防護評價”及“輻射項目環境影響評價”，同時獲得兩方面的評價報告后，才能施工。項目竣工并且設備安裝完畢，通過兩方面的驗收后，藥物中心場地及加速器等設備才能投入使用。

2.1 職業病危害評價

按照《放射診療管理規定》（衛生部令46號，2006年），新建PET/CT正電子藥物中心，按照下列步驟進行職業病危害評價：①在建設施工前，醫療機構請衛生行政部門指定的放射衛生技術機構（例如，疾控中心或有資質的放射衛生技術服務公司）對建設項目進行職業病危害放射防護預評價，獲得“職業病危害放射防護預評價報告”。②將職業病危害放射防護預評價報告提交給相應的衛生行政部門，申請進行建設項目衛生審查。③衛生審查通過后，方可施工。④項目竣工后可安裝設備，設備安裝完畢，請施工前做職業病危害放射防護預評價的放射衛生技術機構對建設項目進行職業病危害控制效果評價，獲得“建設項目職業病危害控制效果放射防護評價報告”后，方可使用。⑤如果正電子藥物中心和PET/CT場地一起建設，PET/CT安裝完畢后，請衛生部指定的放射衛生技術機構對建設項目進行職業病危害控制效果評價，并且對PET/CT設備進行性能檢測，獲得PET/ CT場地職業病危害控制效果評價報告及PET/CT設備性能檢測報告，向衛生行政部門提出PET/CT項目放射診療許可申請，獲得批準后方可使用。

2.2 環境影響評價

按照《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》（國家環境保護總局令第31號，2006年）及《建設項目環境保護管理條例》（中華人民共和國國務院令第253號，1998年），新建正電子藥物中心，按照下列步驟進行環境影響評價：①在新建及改建施工前，醫療機構請具有相應環境影響評價資質的機構編制“建設項目環境影響報告表（輻射項目）”;②將環境影響報告表提交給相應的環境保護行政主管部門審批;③環境保護行政主管部門審批通過后，方可施工。5年未施工，重新審批;④項目竣工后，安裝設備，向環境保護行政主管部門申請該建設項目竣工驗收;⑤向環境保護行政主管部門申請該項目的輻射安全許可;⑥獲得該項目許可后（在輻射安全許可證中增加該項）方可使用。

放射性藥品具有放射性，應遵從我國關于放射防護的法規，但是放射性藥品也是注入人體內的藥品，還必須遵從關于藥品的有關法規，因此獲得了上述兩個評價許可，還不能正式生產患者用正電子放射性藥物，需按照相關規定，在藥品監督管理部門備案。我國現行的關于正電子放射性藥物管理的規定為《醫療機構制備正電子類放射性藥品質量管理規范》（國家食品藥品監督管理局 中華人民共和國衛生部，國食藥監安[2006]4號）。按照該規范，醫療機構填寫《醫療機構制備正電子類放射性藥品申請表》，經所在地省、自治區、直轄市衛生行政主管部門審核同意后，向省、自治區、直轄市藥品監督管理部門提出制備正電子類放射性藥品申請并報送有關資料，經審核合格，獲得《正電子類放射性藥品備案批件》，方可制備患者用正電子放射性藥物自用。如果醫療機構擁有三類《放射性藥品使用許可證》，則只能制備下列12種正電子類放射性藥品自用：氟-18[18F]脫氧葡糖（18F-FDG）；氟-18[18F]氟化鈉（18F離子）；氮-13[13N]氨水(13N-NH4+)；氧-15[15O]水（15O-H2O）；碳-11[11C]乙酸鹽（11C-Acetate）；碳-11[11C]一氧化碳(11C-CO)；碳-11[11C]蛋氨酸(11C-Methionine)；碳11-[11C]膽堿(11C-Choline)；碳-11[11C]氟馬西尼（11C-FMZ）；碳-11[11C]雷氯必利（11C-Raclopride）；碳-11[11C]甲基-N-2β-甲基酯-3β-（4-氟-苯基）托烷(11C-CFT)；碳-11[11C]甲基哌啶螺環酮（11C-NMSP）。如果醫療機構擁有四類《放射性藥品使用許可證》，除可生產上述12種藥物外，還可以研發新藥，向國家食品藥品監督管理局提出備案申請，填寫《醫療機構研制正電子類放射性新制劑申請表》，報送有關資料，國家食品藥品監督管理局組織核醫藥學有關專家技術審核，同意備案的發給《正電子類放射性藥品新制劑備案批件》，方可生產自用。取得GMP認證的醫療機構制備的正電子類放射性藥品可以調劑給其他醫療機構使用。

PET/CT正電子藥物中心的建設歷經設備配置選型、選址、設計、放射防護評價、施工、設備安裝、場地驗收、放射性藥品生產備案等環節，只有按程序進行每個環節，并保證每個環節的質量，才能保證放射性藥物生產的順利進行。

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