PET即Positron Emission Computed Tomography(正电子断层显像), 是最先进的放射性核素显像技术, 它也是目前最高水平的核医学诊断标志。

PET是通过使用能够发出正电子的放射性核素标记的药物, 利用其放射性核素放出的正电子与核外的负电子发生湮灭辐射, 产生一对方向相反, 能量为0.511M eV的γ光子, 通过探测这对γ光子并经处理重建而得到正电子在病人体内的分布图像进行的核医学诊断。因此, PET工作人员、病人和周围公众都有可能受到一定剂量的辐射。依据国家有关法规^{[1, 2]}要求, 对该拟建的PET中心可能对环境辐射带来的影响进行评价。

1 项目概况

广州某医院拟建设PET中心, 按设计要求, 其放射性药物最大日使用量为3.7 ×10¹⁰ Bq, 日等效最大操作量为3.7 × 10⁸ Bq, 按国家标准^[3]要求, 若以日等效最大操作量计, 该PET中心属于乙级非密封源放射性工作场所。

PET主要装置包括CTI公司生产的RDS Eclipse HP型放射性同位素供给系统和SIEMENS公司生产的Biograph HR16型正电子发射计算机断层扫描仪(PET CT)两部分组成。RDS系统是一套完整的全自动、完全屏蔽的正电子药物生产及合成系统, 加速器能量为11MeV。

PET中心的生产工艺是通过在回旋加速器生产获得人体组成元素的同位素(¹¹C, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁸F), 经化学合成后自动生成放射性药物, 利用放射性核素发出的正电子与的负电子发生的湮灭辐射产生的方向相反的γ光子, 通过探测γ光子并经处理重建而得到正电子在病人体内的分布图像, 显示各部位放射性浓度所代表的生物活性分子的浓度, 对疾病进行诊断。PET中心工艺流程见图 1。

2 项目管理值

根据国家标准^[3]剂量限值规定, 职业照射与公众照射剂量限值分别为20mSv和1mSv。考虑到防护与安全最优化原则, 结合广东省实际, 提出了项目管理限值, 分别为5mSv和0.25mSv, 并用此目标管理值进行该项目辐射环境影响评价。

3 污染源项及污染因子

回旋加速器机房是PET中心中最主要的放射性场所。RDS111型回旋加速器是使质子在电磁场作用下加速, 能量不断增加, 当质子获得足够能量(11MeV)时轰击靶材料, 发生了¹⁸O(p, n) ¹⁸F等核反应, 产生了所需的四种核素¹⁸F、¹⁵O、¹³N和¹¹C (核素的性能参数见表 1, 这些核素发生β⁺衰变时伴随发射0.511MeV的γ射线, 同时也产生一定量的快中子。因此, 评价时还应考虑到由中子照射而产生的辐射影响。

PET中心正常运行时, 除了产生少量含相应的放射性核素的放射性废水、放射性废气和放射性固体废物外, 还将有臭氧气体产生。因此, PET中心的主要污染因子有外照射(主要为γ、β射线和中子)、放射性性核素可能造成的内照射、臭氧和放射性三废等。

4 环境影响评价 4.1 外照射评价

在PET中心的放射性工作场所中, 回旋加速器是生产放射性核素的设备, 需重点考虑加速器机房的屏蔽效果。PET中心的回旋加速器机房设计见图 2, 回旋加速器靶心位置如图 3所示, 机房以混凝土屏蔽进行辐射防护, 混凝土密度要求不小于2.35g/cm³, 机房屏蔽设计为:四周墙体及顶层屏蔽墙混凝土厚度均为50cm。

该PET中心配套的回旋加速器带有用铅和含硼聚乙烯材料的自屏蔽系统。自屏蔽系统可开启和关闭, 只有当自屏蔽系统关闭时加速器才能运行。根据文献^[4]推荐, 回旋加速器机房四周点R处的中子和(射线当量剂量率的总和H_R(μSv/h)可按公式(1)计算:

(1)

式中: TVLn :屏蔽材料对中子的十分之一值减弱厚度(cm); TVLγ:屏蔽材料对(射线的十分之一值减弱厚度(cm); Hn :参考点Ro处中子当量剂量率(μSv/h); Hg:参考点Ro处γ射线当量剂量率(μSv/h); X :屏蔽材料的厚度(cm); R:评价点距靶心距离(m); Ro:参考点距靶心距离(m)。

根据PET生产厂家提供的资料, 对能量为11MeV回旋加速器, 距自屏蔽体表面1 m处参考点Ro处的中子射线当量剂量率Hn为2 μSv/h, 中子能量为5MeV; 在距自屏蔽体表面1 m处参考点Ro处的(射线当量剂量率Hg为8 μSv/h, γ射线能量为8MeV, 当屏蔽墙水泥密度为2.35g cm³时, 相应的中子1 10值层TVLn为43 cm, γ射线1/10值层TVLγ为38 cm, 我们以此参数对回旋加速器机房四周和顶层的中子和(射线当量剂量率的总和H_R进行估算。

根据H_R计算加速器机房四周和顶层评价点所接受的年有效剂量, 年有效剂量H可按公式(2)进行计算, 结果见表 2。

(2)

式中: H_R参考点中子和γ射线当量剂量率的总和; U :使用因子; T:停留因子; t :年工作时间, 回旋加速器按每天工作2 h, 每年工作250 d计。

从计算结果可见, 在本项工程设计中, 已考虑了上述辐射因素, 整个工程若能保证各墙体的混凝土密度不小于2.35 g/cm³, 各墙体厚度均满足设计要求时, 工作人员在回旋加速器室进行正常放射诊断过程中, 其所受辐射的年有效剂量为0.0037 ~ 0.038mSv, 大大小于5mSv。

现场调查发现距PET中心周围最近距离大于50 m, 若将50 m作为离公众最近距离计, 用公式(1)和(2)式进行计算, 公众在PET中心工作场所附近所受辐射的年有效剂量远小于0.25 mSv。

对于加速器, 还需考虑其他非放射性因素。由于该回旋加速器是全封闭自屏蔽的装置, 不仅泄漏的辐射水平很低, 而且臭氧的生成率也较低。根据美国CTI公司RDS -Ⅲ型回旋加速器计算结果, 臭氧的生成率为0.036 mg h, 即使所生成的臭氧全部从装置内泄漏到加速器机房内, 按加速器机房容积为122.4 m³计, 在无通风情况下, 机房内臭氧的饱和浓度为2.4× 10^-4mg/m³, 它远低于臭氧在工作场所空气中的0.30 mg/m³限值, 因此在这种情况下, 臭氧的危害可忽略不计。

4.2 放射性三废评价

PET中心放射性废水主要是经注射后的病人的排泄物、放射性药物生产过程中的废液, 洗消废水等。因放射性废水中主要是短半衰期的核素, 将废水集中通过排水管道排往放射性废水衰变池, 在衰变池中经一定时间停留衰变后, 待其放射性浓度低于国家排放标准后再排放到市政下水道。该PET中心设计的放射性废水衰变池体积为1m³。以PET中心半衰期最长的核素¹⁸F为例, ¹⁸F的10个半衰期18.3h(约0.8d), 假设PET中心每天有20个病人进行PET检查, 每个病人每天的用水量为15L /人·次计, 衰变池最小体积要求为0.3m³。该中心1m³放射性废水衰变池能满足PET中心废水处理要求。

在对放射性药物分装和使用时, 有少量相应核素的放射性废气产生。以生产¹⁸F为例, 热室工作箱一次最大操作量37GBq, 完成一次操作需要1h, 排气筒下风向一次(30min)取样时间的最大地面浓度介于0.60 ~ 3.77Bq/m³之间^[5]。PET中心排气烟囱位于门诊大楼楼顶, 排气烟囱高3m, 排放口距离一楼地面约27m, 该设计达到了国家职业卫生防护标准^[6]中关于排气口应高于附近50m范围内建筑物屋脊3m以上的要求。

PET中心有少量的放射性固体废物产生, 主要是注射器、试管、手套、吸水纸、口罩、放射性沾污的物品等。PET项目放射性固体废物估计每年产生量为100kg, 按废物活度浓度小于2 ×10⁴Bq/kg计, 放射性固体废物年排放总量小于3×10⁶ Bq。

PET中心应将这些放射性废物按放射性活度和半衰期长短进行分类收集, 然后贮存在放射性废物室内, 最后根据不同情况或送广东省城市放射性废物库贮存, 或待其放射性活度浓度低于豁免水平后, 按一般医疗废物处理。

5 结论

广州某拟建的PET中心符合国家辐射防护“实践的正当性”原则, PET中心建成后对周围环境及人员的影响能满足辐射环境保护的要求, 对工作人员和周围居民的辐射影响可控制在项目管理限值以内。项目产生的放射性废水、放射性废气和放射性固体废物经环保设施处理后, 能够达到国家标准排放。从环境保护角度而言, 广州某PET中心建设项目是可行的。

由于种种原因, 未对拟建PET中心事故工况下的风险评价, 可在实际辐射环境影响评价工作中予以讨论。