PET-CT是目前最先进的核医学影像设备, 相对于其他医学显像具有独特的优势。PET-CT将PET与CT有机地结合在一起, 具有PET和CT的功能, 将PET图像和CT图像融合, 在清晰地显示机体生物代谢过程的同时, 对病灶精确定位。杨国山^[1]、于水^[2]等分别对PET和回旋加速器的放射防护和环境影响进行了分析。以某医院引进的美国GE公司生产的MINItrace型回旋加速器以及配套的PET-CT装置为例, 对PET-CT系统对环境的影响作出评价。

1 PET-CT系统组成、布局

PET-CT中心主要包括核素生产(MINItrace型回旋加速器)、正电子显像剂的合成、PET-CT诊断三个部分。回旋加速器系统包括回旋加速器间、气体室、操作间、设备间、净化空调间; 药物合成系统包括放化间、质控间; PET-CT系统包括注射间、病人注射后休息间、扫描前等候间、扫描间、操作间、候诊间、办公室等。PET-CT中心布局见图 1。

2 污染源分析 2.1 质子

回旋加速器将H-离子加速, 到达末端时经过靶膜后成为能量10MeV(实际为9.6 MeV)质子(p), 质子的穿透性很弱(在物质中的射程很短, 仅为同等能量电子射程的几十分之一到百分之一), 很易被物质所阻挡, 其外照射的防护不必考虑。

2.2 中子

回旋加速器的辐射防护主要应考虑中子辐射。以制备¹⁸F为例, 当质子p的能量为10 MeV时, ¹⁸O(p, n)¹⁸F反应所释放中子的最大能量约为8.5 M eV, 中子的发射率为1.2 ×10¹¹ n/s。

2.3 γ射线

加速器生产放射性核素(p, n)反应所释放的大量中子与靶周围部件、准直器、自屏蔽体等物质相互作用将释放出平均能量为8MeV的γ射线。

2.4 感生放射性

回旋加速器运行所产生的感生放射性核素主要是由热中子(n, γ)、(n, p)及(p, n)反应产生的。在靶周围部件、准直器和自屏蔽体中的感生放射性核素主要是²⁷Mg(半衰期9.5 min)、²⁴Na(15.02 h)、²⁸Al(2.3 min)、⁶⁴Cu(12.8 h)、⁶⁶Cu (5.1 min)、⁵⁶Mn(2.6 h)、⁶⁵Ni(38 min)及靶容器银中的^110mAg(2.41 min)和^110mAg(250.4 d)等。在加速器停机后的一段时间内仍具有较高的放射水平。

2.5 放射性固体废物

放射性固体废物主要有以下几种:①放射性药物制取时, 更换下来的放射性残留物如硅胶、树脂、氧化铝、碳柱、滤膜等; ②放射性同位素常规操作和药物分装产生的注射器、棉签、试管、手套等; ③剥离膜、靶膜。

2.6 放射性液体废物

在放射性药物制取工艺流程中, 同位素交换反应和洗涤柱完成后, 乙腈乙醚溶液作为废液处理; 用H₂O作靶子预处理产生的含¹³N废液和水冲液; 靶容器定期清洗液; 少量的剩余药液, 用药患者的排泄物和冲洗水等。

2.7 放射性废气

当空气受到达到或超过产生(γ, n)反应阈能量的γ射线照射时, 将产生¹⁵O(2.1min)、¹³N(10min)、¹¹C (20.4min)、⁴¹Ar(1.83h)等放射性气体。¹¹C(20.4min)、¹⁵0(122s)和¹³N(9.96min)等产生率相当低, 需要考虑的关键核素是⁴¹Ar (1.83h), ⁴¹Ar主要产自自屏蔽体内。与此同时, 在放射性药物合成和操作中还会产生放射性气溶胶, 经过滤通过排风系统排入室外, 正常情况下不会对环境造成明显影响。

3 PET-CT中心辐射现状监测 3.1 γ空气吸收剂量率监测

PET-CT中心运行状态的监测, 由表 1 ~表 3可知, 加速器机房外的γ空气吸收剂量率处于本底水平; 合成、分装时合成柜表面的γ辐射剂量率最大约为1.9μGy/h; 接受注射后的病人在病人休息室候诊时病人待查室、质控室为本底水平, 放化室东墙0.17 μGy/h; 扫描时操作室防护门为0.18 μGy/h、工作人员操作位、病人进出防护门处均为天然辐射水平, 扫描室铅屏风后为0.17 μGy/h; 距离受检者0.5 m处为4.35 ~ 12.74 μGy/h, 应注意受检者对环境的影响。

根据辐射现状监测结果, 该院PET-CT中心的放射防护屏蔽设计包括回旋加速器的自屏蔽、放射性药物合成柜的屏蔽、注射室和扫描室的铅屏风均不超过2.5 μGy/h。

3.2 PET-CT回旋加速器周围环境中子监测

加速器运行时, 加速器表面5 cm中子剂量率为0.45 ~ 2.75 μSv/h; 机房外周围环境进行巡测结果显示为仪器本底水平。

4 年有效剂量估算 4.1 放射工作人员年有效剂量

根据辐射环境监测结果, 取《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》^[3] (GB 18871-2002)规定的年有效剂量限值的1/10作为管理剂量约束值, 即对工作人员年管理剂量约束值不超过2 mSv; 对于公众年管理剂量约束值不超过0.1 mSv。

职业人员受到的照射主要是药物制备(包括更换靶膜接受的辐射照射)合成, 分装, 注射, 摆位和扫描三个环节, 分别由三部分工作人员实施完成, 根据该院工作量以及辐射现状监测结果分别估算年有效剂量。估算结果表明, 放射工作人员接受的年有效剂量小于2 mSv。

4.2 公众接受年有效剂量

根据辐射环境监测, 工作区域外公众能到达的位置和各工作间防护门外的最大剂量率均不超过2.5μGy/h。因此, 公众偶尔到达这些地点所接受的附加照射可以忽略。放射性药物制备、质控中排入环境中的气载放射性物质浓度低且半衰期短, 在全年开机1 000 h所造成的年公众剂量为1.4 μSv, 可以忽略对公众的危害; 放射性药物注射和PETCT诊断中产生的固体和液态的放射性废物得到有效管理, 按规定时间进行排放, 非放射工作人员或公众从这些场所附近通过时的受照剂量可以忽略。PET-CT诊断工作场所外的辐射剂量水平已达到剂量率目标要求(≤2.5 μSv h); 同时, 根据目前预期的工作负荷和室外剂量率计算, 也达到了公众的年剂量目标要求(≤0.1 mSv)。

5 结论

PET-CT中心在正常运行时对周围环境的电离辐射水平没有明显影响; 工作人员接受的年有效剂量低于2mSv; 公众接受的附加照射可以忽略。