新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置的設計與研究*

田 健 霍 力 李 方 巴建濤*

簡 訊

新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置的設計與研究*

田 健① 霍 力① 李 方① 巴建濤①*

目的：設計新型正電子放射性藥物取用、轉運及注射防護裝置，降低核醫學工作人員職業照射劑量。方法：選擇鎢合金作為防護材料，設計為便攜式可分段拆卸的全封閉式注射器(2 ml)防護裝置，并增加其他相關配套裝置，測量對PET正電子放射性藥物18F-氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)444 MBq(0.5～2 ml)的防護效能。結果：全封閉注射防護裝置針筒防護套正面有效屏蔽為35 mm Pb。配套轉運鉛提盒有效屏蔽為10 mm Pb。PET正電子放射性藥物18F-FDG封閉注射防護裝置注射器針筒防護套正面30 cm處劑量率為1.5 μSv/h；在距離注射器針筒防護套后部位置30 cm處劑量率為0.4 μSv/h。設計參數和輻射防護數據達到預期的職業外照射控制目標。結論：新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置可以有效降低核醫學工作者職業照射劑量，值得推廣。

便攜式防護儀；正電子顯像劑；放射性藥物；鎢合金

[First-author’s address]Department of Nuclear Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100073, China.

用于PET/CT顯像的正電子藥物在化學合成室(熱室)內通過化學模塊自動合成，經熱室內機械手將正電子顯像劑分裝在注射器內，操作者在熱室內完成其操作基本不會受到放射性輻射，但當注射器內的顯像劑需從熱室內取出轉移到注射室內給患者注射時，整個過程精細復雜，人工操作程度高，放射防護困難，操作者因此而受照劑量大，影響身體健康及周圍環境。本研究根據正電子放射性藥物輻射防護特點和人體工程學原理，以防護正電子放射性藥物18F-FDG為目標，設計新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置，改進放射性藥物取出、轉運和注射過程的職業照射防護缺陷，以合理降低工作人員外照射劑量。

1 材料和方法

1.1 封閉注射防護裝置材料的選擇

選擇鎢合金作為封閉注射防護裝置使用材料，鎢的1/10衰減厚度=11 mm，其優點在于硬度高，且防護效能高于鉛材料鉛的1/10衰減厚度=15.4 mm，1 mm厚鎢合金相當于1.4 mm Pb的鉛屏蔽的防護效果[1]。根據鎢合金屏蔽遮擋的情況，在距屏蔽10 cm處測定的實際劑量率，得到鎢合金屏蔽材料的減弱倍數，從放射防護最優化原則考慮實際鎢合金的設計厚度，以滿足屏蔽18F-FDG 511 keV射線能量的要求。

1.2 封閉式注射防護裝置的設計

封閉式注射防護裝置每次可盛載一支2 ml18FFDG放射性含量為444 MBq(12 mCi)的一次性注射器，封閉式注射防護裝置須具備全封閉性的防護效果，以滿足轉運、注射時的防護要求；同時可分段拆卸，以滿足放射性藥物置入要求。在注射過程中身體、四肢和手部無需直接暴露于放射性藥物表面。放射性藥物轉運過程中鉛提盒的表面輻射劑量率控制值＜2.5 μSv/h，以工作人員每日注射18F-FDG 444 MBq≤20次計算，外照射防護符合相關法規標準中有關職業照射防護的要求，其手部職業照射劑量的管理目標值＜50 mSv/年[2-4]。

加速器合成熱室手動傳送軌道長約2 m，安裝于熱室側門處，由鏈式移動軌道、手動搖推柄及安裝于軌道上的封閉式注射防護裝置放置底座構成，將分裝好放射性藥物的注射器由熱室取出的操作過程中，距防護裝置30 cm處表面劑量率應＜10 μSv/h。

1.3 防護裝置的使用方法

在熱室側門處將放射性藥物注射防護裝置的針頭防護套插入設計的手動鏈式傳送軌道底座，卸掉注射器活塞防護套。搖動并推動手柄至熱室側門處，使封閉注射防護裝置進入熱室遠端，使用機械手將帶藥注射器裝入注射器針筒防護套，依次裝回注射器活塞防護套并取出放入鉛提盒后轉移至注射臺。工作人員在50 mm Pb“L”型鉛屏蔽后操作，移動封閉注射防護裝置前鎖扣并取下注射器針筒防護套，采用三通管分別連接帶藥注射器、生理鹽水注射器和靜脈穿刺針，通過轉動三通完成藥物注射和生理鹽水回沖注射，注射操作結束后封閉注射防護裝置轉運至熱室內。

1.4 防護效能的測定方法

采用美國ALERT多功能射線檢測儀測量并記錄放射性藥物注射防護裝置表面輻射劑量率。

2 結果

2.1 防護裝置和手動鏈式傳送軌道設計結構

防護裝置由鎢合金注射器針筒防護套、注射器活塞防護套及注射器針頭防護套三段式構成，附設活動支架和外防護鉛提盒(如圖1、圖2所示)。

圖1 放射性藥物注射防護套組件

圖2 防護套件與配套轉運鉛提盒

防護套組件間通過相互插入鑲嵌式連接，并通過鎖扣按鈕固定連接件。該裝置設計要求重量適宜，可拆卸，裝置牢固，可操作性強，具備PET顯像劑放射性藥物轉運和注射防護功能。其中，注射器針筒防護套由可自由套入或取出的內、外筒套組成，內筒套長度小于外筒套，以方便針頭防護套插入固定，形成封閉防護；注射器活塞防護套由注射器活塞防護套筒及鎢合金推注活塞構成，通過推注活塞推桿推動一次性注射器活塞實現封閉注射。

手動鏈式傳送軌道由傳輸鏈條、手動搖柄及推柄、軌道、封閉注射防護裝置放置底座組成(如圖3所示)。

圖3 手動鏈式傳送軌道

鎢合金材料厚度：全封閉注射防護裝置針筒防護套正面有效屏蔽為35 mm Pb，配套轉運鉛提盒有效屏蔽為10 mm Pb。

2.2 PET正電子放射性藥物全封閉注射防護裝置外照射輻射水平實驗結果

在距離裝有18F-FDG(444 MBq)的注射器針筒防護套正面30 cm處和后部位置的劑量率分別為1.5 μSv/h和0.4 μSv/h；距注射器針筒防護套30 cm的劑量率為0.18 μSv/h；距裝有封閉注射防護裝置鉛提盒后正面和兩側10 cm處的劑量率分別為2.1 μSv/h和0.1 μSv/h。注射時手部暴露距放射性藥物30 cm內操作時間＜5 s，瞬間劑量率為321 μSv/h。放射性操作人員上肢年劑量值為2.14 mSv/年，上述測量結果符合“電離輻射防護與輻射源安全基本標準”要求，該防護設計方案操作人員手部的年劑量低于該崗位的管理目標值，為職業照射可接受水平[2]。

3 討論

臨床核醫學PET放射性藥物的生產與合成屬于開放型放射性操作，輻射防護最優化要求盡可能使用密封操作代替非密封操作[5]。為減少生產過程中放射性污染及對工作人員的職業照射，均需在大型鉛屏蔽的熱室內由相對封閉的化學合成模塊完成，其分裝過程則需要使用熱室內的機械手抓握注射器從產品瓶中抽吸藥物，整個過程防護嚴密，工作人員接受的輻射劑量低且可控制。但當從熱室內取出帶放射性的注射器時須向下開啟熱室鉛屏蔽門，會接受到較多來自熱室內的外照射。

正電子顯像劑注射操作過程需要3～4 min停留時間，其職業照射的劑量貢獻值大小取決于所使用的放射性藥物活度、源距離，停留時間及屏蔽程度[6]。其職業照射的劑量當量率通常≤25 μSv/h[7]。因放射性藥物的操作活度、累計時間和距離相對固定，注射時屏蔽防護的有效性至關重要。據報道，手部無任何防護措施操作時所接受的輻射劑量為：①分裝時左、右手分別為3000 μSv/h、600 μSv/h；②注射時為600 μSv/h[8]。操作者注射時，距離放射源30 cm處無防護分裝、注射時接受的劑量約為196 μSv/d[9]。傳統的注射器開放注射方法，暴露面積大，鉛防護注射臺雖可屏蔽操作者頭部和軀干的大部分射線，但近距離操作時工作人員上肢仍會接受較大劑量的輻射。

新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置采用鎢合金材料，與目前國外放射防護器材常采用的金屬相同，其優點是可有效地減小體積，便于操作[10]。注射放射性藥物時其獨特的三段式“航天器”推入對接方法以及一鍵式鎖扣固定方法，操作省時省力，極大地縮短操作時間，目前國內外尚無報道[11-14]。注射器內外防護筒設計和收入或推出操作可有效減少放射性藥物的暴露。右手使用鎢合金的注射器推柄推注活塞，可避免手部接觸放射性藥物，而折疊鎢合金推柄能夠防止誤推放射性藥物。連接醫用三通回推生理鹽水沖洗殘余藥物，保證進入患者體內的劑量準確。整個注射操作過程可單手交替操作，除左手短暫裝卸、轉動三通接觸放射性藥物外，實現全封閉藥物取出、轉運和注射操作。與全封閉注射防護裝置配套的鉛提盒配套使用可將放射性藥物屏蔽至空氣本底水平。通過合成熱室內增設的活動鏈式滑軌實現操作者于遠端取用帶藥注射器防護裝置，降低其輻射劑量。

本研究表明，使用新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置及相關配套設備后，在距離裝有18F-FDG(444 MBq)30 cm處，注射器針筒防護套正面、后部劑量率為0.18～1.5 μSv/h，明顯低于傳統注射方法。轉運及分裝過程中接受的劑量率為0.1～2.1 μSv/h，表明該裝置可有效降低工作人員的輻射劑量，尤其是手部的輻射劑量。雖然操作時手部仍會瞬間近距離暴露于放射源下，但與國外自動注射裝備相比其操作者接受輻射劑量小[15]。因此，本研究所設計的新型便攜式正電子放射性藥物防護裝置全過程使用簡單、方便和省時，放射性藥物始終處于封閉防護狀態，配合雙屏蔽注射臺使用防護效果明顯，值得推廣。

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A study of designing a novel portable radiological protection device for decreasing occupational exposure from positron imaging agent

/TIAN Jian, HUO Li, LI Fang, et al// China Medical Equipment,2014,11(6):1-3.

Objective:To design a novel portable radiological protection device for decreasing occupational exposure from positron imaging agent in nuclear medicine department, which can be used to take radiopharmaceutical from synthesis hot cell, transport it to the injection room and administrate the tracer to patients.Methods:The device was made of tungsten alloy and consisted of several parts which could be disassembled conveniently. The complete closed protection device could contain 2 ml syringe. An additional unit (box) was made for further protection out of the device. Shielding effect was measured when the syringe in the protection device contained 444 MBq(0.5～2 ml)18F-FDG.Results:Shielding effect was 35 mm Pb in front of the protection device and 10 mm Pb out of the auxiliary protection box. Dose-rate measured at a distance of 30 cm from the front and the rear surface of the device was 1.5 μSv/h and 0.4 μSv/h. The product design parameter and shield effect were committed to its application in workplace to keep the technician safely from the occupational external exposure.Conclusion:The novel portable radiological protection device could reduce occupational exposure effectively and should be widespread in nuclear medicine department.

Portable protection device; Positron imaging agent; Radiopharmaceuticals; Tungsten alloy

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.06.001

1672-8270(2014)06-0001-03

R145

A

2014-02-25

國家自然科學基金面上項目(81071188)“用于原發性肝癌早期診斷和療效監測的PET/CT動態圖像采集及處理模式研究”

①中國醫學科學院北京協和醫學院北京協和醫院核醫學科 北京 100730

*通訊作者：bajiantao@sina.com

田健，男，(1963- )，本科學歷，主管技師。中國醫學科學院北京協和醫學院 北京協和醫院核醫學科，研究方向：核醫學技術與防護。