中国辐射卫生  2020, Vol. 29 Issue (3): 313-317  DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2020.03.029

引用本文 

彭玄, 拓飞. 人体甲状腺中131I的测量方法进展 [J]. 中国辐射卫生, 2020, 29(3): 313-317. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2020.03.029.
PENG Xuan, TUO Fei. Progress in measurement of 131I in human thyroid [J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2020, 29(3): 313-317. DOI: 10.13491/j.issn.1004-714X.2020.03.029.

通讯作者

拓飞,E-mail:flytuo@163.com

文章历史

收稿日期:2019-11-01
人体甲状腺中131I的测量方法进展
彭玄 , 拓飞     
中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室, 北京 100088
摘要:放射性核素131I是核医学中最常用的核素,也是威胁放射工作人员健康的关键核素。目前国内放射工作人员监测仅限于外照射个人剂量监测,而关于内照射监测方法的研究较少,探讨放射性131I内照射剂量测量的方法具有重要意义。甲状腺中131I内剂量测量的方法主要为体外直接测量法、生物样品分析法和空气采样分析法三种。本文对国内外人体甲状腺中131I的内剂量测量方法进展进行了梳理与综述,以期为人体甲状腺中131I快速直接测量方法的建立提供参考依据。
关键词131I    甲状腺    内剂量    直接测量    
Progress in measurement of 131I in human thyroid
PENG Xuan , TUO Fei     
Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088 China
Abstract: The radionuclide 131I is the most commonly used nuclide in nuclear medicine and also a key nuclide that threatens the health of radiation workers. At present, the monitoring of radiation workers in China is limited to the individual dose monitoring of external radiation, while there are few studies on internal exposure monitoring methods, so it is of great significance to explore the internal dose measurement method of radioactive 131I. The methods for measuring the dose of 131I in thyroid are mainly included direct measurement in vitro, biological sample analysis and air sampling analysis. In this paper, the progress of internal dose measurement method of 131I in human thyroid was reviewed, in order to provide reference for the establishment of rapid and direct measurement method of 131I in human thyroid.
Key words: 131I    Thyroid    Internal Dose    Direct Measurement    

甲状腺具有高选择性摄取碘的能力,经吸入或食入途径进入体内的放射性碘将蓄积于甲状腺内[1]131I是核医学中最常用的放射性核素,是治疗甲状腺功能紊乱、甲状腺癌以及其他甲状腺疾病的常用核素[2],它能产生能量为364keV的γ射线以及最大能量为0.61 MeV、平均能量为0.192 MeV的β粒子[3]。蓄积于甲状腺中的131I由于发射β射线,可对甲状腺组织产生局部辐射(1~2 mm)[4]。目前在临床中使用的131I均为碘(131I)化钠口服溶液[5],口服该溶液可促使大量131I蓄积于甲状腺内,并通过β射线对甲状腺组织集中照射,导致甲状腺组织萎缩、功能丧失,从而治疗甲状腺疾病[6]。患者体内的131I可经呼吸道、排汗、排尿等途径排出,容易对环境产生污染,进而使放射工作人员受到照射。

根据中华医学会核医学分会2018年开展的全国核医学普查工作显示[7],截至2017年12月31日,我国从事核医学专业相关的科室共927个,开展核素治疗的单位有662个。近5年我国131I放射性药物使用量在医疗使用放射性药物中居首位,年增长速度约为12.7%[8]。IAEA安全导则RGS—1.2规定,实施131I治疗的工作人员应进行常规的内照射个人剂量监测[9]。我国国家标准《职业性内照射个人监测规范》(GBZ 129—2016)[10]规定未豁免的放射工作单位应开展日常性规范化监测,建议所有受到职业照射的人员进行个人内照射监测。我国不同地区核医学科发展参差不齐,各地各医院核医学科的工作人员内照射剂量差别也可能较大[11]。掌握人体甲状腺中131I活度的测量方法,对于分析相应核医学科工作人员所受内照射情况,保护放射工作人员健康,促进核医学学科建设和可持续发展具有极其重要的意义。

常用的放射性核素内照射监测的方法主要有活体测量和离体测量两大类[12]。活体测量又称体外直接测量,是指利用体外探测器对全身或器官内核素所发射的某种能量的射线进行直接测量;离体测量是指分析待测对象的生物样品如尿、粪便、血液等的放射性水平,进而估算出人体内所接受的放射性核素水平,属于间接测定。近年来,国内外通过上述方法对人体内甲状腺中的131I开展了一系列的研究,除上述方法外,还有学者对空气中放射性131I气体与气溶胶进行采样分析。国外关于甲状腺中131I体外直接测量的研究开展较多,我国的相关研究较少。本文就甲状腺中131I的测量方法进展进行综述。

1 体外直接测量法 1.1 便携式γ谱仪

便携式γ谱仪携带方便,适用于核应急事件与现场测量,目前便携式γ谱仪的探头主要为碘化钠[NaI (Tl)]和高纯锗(HPGe)两类。NaI(Tl)γ谱仪的探测效率较高而能量分辨率低,HPGeγ谱仪的能量分辨率高而探测效率低[13]

NaI(Tl)γ能谱仪具有体积较小、灵敏度较高等优点,大量的研究报道证实了它在甲状腺内剂量监测中的实用性。Tokonami等[14]将NaI(Tl)闪烁光谱仪作为核事故发生后的甲状腺监测设备,测得62名福岛核事故中撤离的儿童和成人的甲状腺平均当量剂量分别为4.2 mSv和3.5 mSv,远低于切尔诺贝利事故中撤离人员的平均当量剂量(490 mSv)。Krajewska等[15]利用便携式监测系统对波兰4个核医疗机构的100位工作人员131I内照射剂量进行评估,该监测系统包括NaI(Tl)闪烁探测器、供电系统、笔记本电脑、Genie-2000基本光谱软件,测量结果显示所有接触131I的工作人员甲状腺都可检测出131I,技师、医护人员、保洁人员体内测得的放射性131I活度的平均值和范围分别为83 Bq(70~250 Bq),280 Bq(70~4000 Bq),275 Bq(70~1000 Bq)。

在实际测量过程中,常用的便携式γ谱仪可能会存在许多不确定性。Dantas等[16]在巴西辐射防护与剂量学研究所(IRD)和核科学区域中心(CRCN—NE)对体外直接测量的不确定性来源进行了分析,利用NaI(Tl)闪烁探测器与颈-甲状腺体模进行实验,用散射因子表示对不确定性的影响程度,探究探测器位置、环境本底值、颈部覆盖物、身体体型改变时的散射因子,结果表明仪器位置改变与颈部覆盖物变化时散射因子的值较大,即对测量准确性的影响较大,因此建议每一个检测系统都做类似的实验以确定散射因子的大小,更好地对甲状腺内照射剂量进行评估。

马加一等[17]采用HPGeγ探测器对南京市三家具有一定规模的三甲医院的21名核医学科放射工作人员进行了体外直接测量,采集被检人员颈部γ谱,通过甲状腺效率曲线分析131I含量,并结合长期摄入模型推知其14天工作周期内摄入量,利用摄入量计算监测周期内的待积有效剂量,进一步推知年待积有效剂量。结果发现被检人员年平均待积有效剂量为7.0 mSv,最高达到24.0 mSv,高于必须进行内照射监测的1 mSv限值,提示对于接触131I的工作人员开展内照射监测工作刻不容缓。

此外,具有中等能量分辨率和效率的γ射线光谱仪已经可以使用。Hosoda等[18]研究表明SrI2(Eu)是一种适用于核事故发生早期阶段的闪烁光谱仪,能从γ射线谱中的混合峰中识别出132I和133I的全能峰,而无需特殊、复杂的光谱处理方法。值得进一步的研究。

1.2 全身计数器

在对福岛核事故进行评价的过程中,有研究团队发现,体外直接测量法得到的甲状腺131I活度与环境监测数据估算得到的结果之间具有显著差异[19],为了分析差异的来源,Uchiyama等[20]在福井县立医院利用椅式全身计数器对5名暴露人员进行了时长为21.5h的测量,并且引入了一种新的生物动力学全身计数器校准方法,显示直接测量获得的结果与环境监测估算的结果一致,先前报道的差异可能是由于忽略了摄入时呼吸道对核素的影响所致。

在日本长崎市,Ohtsuru等[21]于2011年3月11日—4月10日期间对来福岛的短期访客和被疏散者的内照射剂量进行了测量,利用配备有两个NaI(Tl)闪烁探测器的水平床式全身计数器检测,结果在超过30%的个体中检测到131I、134Cs和137Cs的存在。

Brudecki等[22]对波兰凯尔采市的30位核医学科工作人员的甲状腺131I活度进行了测量,测量采用了配备有两个HPGe检测器的全身计数器。在30位接受检查的工作人员中,有10位工作人员的甲状腺中131I的检测结果高于检测限(5Bq),活度范围为(5 ± 2) Bq至(217 ± 56) Bq,其中技师和保洁人员的甲状腺131I活度最高,而医生的活度最低。

然而,由于全身计数器体积庞大、价格高昂、测量时间较长且操作需要较强的专业性,大范围内使用全身计数器作为内剂量测量工具的可行性差。

2 生物样品分析

用于生物样品分析的排泄物或样品包括尿液、粪便、血液、呼出气、汗液、唾液等,一般采用尿样分析来估算甲状腺中131I的活度。

Lucena等[23]收集了一组核医学科给药的工作人员的尿液样本,并使用HPGe监测系统进行测量,结果显示所有被调查的工作人员尿液样本中均呈现131I阳性结果,生物样品分析法在核医学科工作人员的内剂量常规监测初步调查中提供了足够的灵敏度。

由于日本东北部地震和海啸的破坏,福岛第一核电站于2011年3月11日释放了大量放射性烟羽,Kamada等[24]对居住在该核电站西北方向约37km的15名居民进行了内外照射的剂量测量,在放射性烟羽沉积后第54天和第78至85天采集两次尿样,使用低本底高纯锗光谱仪进行尿液生物测定。结果显示在5个居民的尿液样本中检测到了131I的存在,其中4人为成人,根据尿样估计的甲状腺当量剂量分别为66、58、50、27 mSv,另1人为儿童,其甲状腺当量剂量为44 mSv。

3 空气采样分析法

除了体外直接测量法与生物样品分析法以外,空气采样分析法也是一种可行的甲状腺131I内照射剂量估计的方法。理论上来说,可以通过测量核医学机构空气中的131I活度浓度来进行内剂量评估[25]。ICRP第71号出版物[26]估计了吸入人体的气态放射性碘在血液中的吸收情况,ICRP第56号出版物[27]对不同年龄人群甲状腺中放射性碘的滞留情况进行了估计。

Brudecki等[28]将核医学医院空气中131I活度测量的结果作为内剂量评估的工具,利用移动式HVS-30采样器在波兰核医学医院的热室与护士站进行采样,应用双向监测系统,分别测量气态和气溶胶状态的放射性碘的活度,并根据131I活度、辐射权重系数(Sw)和组织权重因子(wT)等信息,基于计算机生物动力学模型获得甲状腺中131I活度,填补了内剂量监测中的空白。

Hoi等[29]利用便携式空气采样器估算131I生产工厂工作人员的内剂量,同时采集了相应研究对象的的尿液,研究发现在满足以下三个条件的情况下,空气采样估算与尿液监测同样有效。所需满足的条件为:1室内区域不大;2采样点尽可能靠近呼吸区域放置;3仔细收集被测工人的时间—微环境变化模式。

有学者认为在核事故发生后,撤离过程中吸入的放射性核素剂量可能与身体表面的放射性核素含量有关,据此,Ohba等[30]使用盖革-穆勒(Geiger-Mueller)测量仪对日本核事故后2087名疏散人员进行体表污染测量,并利用二维蒙特卡罗模拟法估算得到通过吸入得到的甲状腺当量剂量,结果表明所获得的估计值接近于甲状腺直接测量或基于全身计数器测量得到的结果。

4 分析与比较

在实际测量中,考虑到测量设备的适用性,人体甲状腺中131I的内剂量监测应优先选用体外直接测量法。生物样品分析方法的样品采集和分析的过程均较为复杂,在选用该方法进行测量前需考虑被测人员的依从性,且需严格把控操作流程,避免探头污染。空气采样分析与环境的选择、接触时间的准确性密切相关,在剂量估算时具有较大的不确定性,测量结果可能会有较大误差。近年来,有学者采用两种或两种以上的测量方法进行研究,以对人体甲状腺中的131I进行更准确的估算。

Bitar等[31]在叙利亚对放射性药物制备工人进行了131I内剂量的测量,采用24小时尿液样本分析与便携式HPGeγ探测器直接测量两种方法,结果表明尿液分析方法可用作筛查,但用作暴露人员的内剂量评估不够准确。

Kim等[32]对首尔7家大型医院的35名核医学从业人员进行131I内剂量评估,每个研究对象分别采用甲状腺监测仪(NaI探测器)、全身计数器和尿液样本分析三种方法获取测量值,经全身计数器测量获得的结果显示有四名从业人员内剂量暴露超过1 mSv,而他们的尿液样本分析和甲状腺监测仪测量的结果均显示暴露量小于1 mSv,这可能是由于全身测量的结果不能完全排除外部污染的影响所导致。

Yajima等[33]基于日本福岛市的经验,提出了一种用于监视大量人群的甲状腺内暴露的方案,方案分为筛查、详细检查和附加调查三部分。筛查指在核应急事故发生后一周内,使用便携式手持设备对确定受到大量辐射照射的医务人员进行甲状腺内剂量测量,详细检查是在接下来的三周内,采用更加复杂的设备如光谱仪在本底水平较低的避难所中进行调查,而附加检查是指在无法再检测出甲状腺中131I剂量之后,使用全身计数器进行最后的附加检查。该方案为核应急事故发生后疏散大批人口时的协调调查提供了大致的方向,既保证了重点人群的调查力度,又选择了适合每个时间阶段的监测技术,是一种值得借鉴的详细评估核事故中甲状腺内暴露的方法。

5 总结与展望

在核医学的诊断与治疗中,常用的放射性核素包括131I、99Tcm18F等,其中131I的用量最大且具有较强的挥发性,放射工作人员可由于吸入被131I污染的空气而造成持续性的内照射。国际上对放射工作人员所受内照射问题关注度较高,而国内内照射监测方法和相关放射工作人员内照射剂量的研究报道较少。目前我国在内照射监测方面已制定了相应的标准,但由于各地区核医学科发展水平差异较大,内照射监测工作在大部分地区尚未得到开展,对甲状腺中131I内剂量监测的相关研究也开展得甚少。文献调研表明,131I内剂量监测主要通过体外直接测量法、生物样品分析法以及空气采样分析法进行,我国可以参考国外的研究方法与经验,结合各省市主要放射卫生技术机构的仪器设备条件,探究并建立适合我国国情的人体甲状腺131I内剂量测量的完整体系,对放射工作人员进行个人内剂量监测工作,以填补相应监测数据的空白,初步了解放射工作人员内照射的现况。

参考文献
[1]
郑红宾. 131I治疗甲状腺疾病的辐射防护问题 [J]. 临床和实验医学杂志, 2007, 6(9): 139. DOI:10.3969/j.issn.1671-4695.2007.09.108
[2]
Yordanova A, Eppard E, Kürpig S, et al. Theranostics in nuclear medicine practice[J]. Onco Targets Ther, 2017, 10: 4821-4828. DOI:10.2147/OTT.S140671
[3]
Mihailovic J. Current concepts of 131I therapy in oncology: Indications, methods and follow up [J]. Arch Oncol, 2006, 14: 45-51. DOI:10.2298/AOO0602045M
[4]
Alkhorayef M, Sulieman A, Mohamed-Ahmed M, et al. Staff and ambient radiation dose resulting from therapeutic nuclear medicine procedures[J]. Appl Radiat Isot, 2018, 141: 270-274. DOI:10.1016/j.apradiso.2018.07.014
[5]
刘明, 耿建华, 梁颖. 核医学治疗分化型甲状腺癌场所空气中131I浓度的研究进展 [J]. 中国辐射卫生, 2019, 28(6): 734-736.
[6]
Azizi M, Mowlavi A. Comparison of the light charged particles on scatter radiation dose in thyroid hadron therapy[J]. J Biomed Phys Eng, 2014, 4(3): 75-82.
[7]
中华医学会核医学分会. 2018年全国核医学现状普查结果简报[J]. 中华核医学与分子影像杂志, 2018, 38(12): 813-814. DOI:10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2018.12.010
[8]
彭建亮. 131I放射性药物生产工作人员剂量估算与评价 [J]. 中国辐射卫生, 2019, 28(6): 662-664.
[9]
International Atomic Energy Agency. IAEA Safety Standards Series no. RSG-1.2. Assessment of occupational exposure due to intakes of radionuclides[R]. Vienna: IAEA, 1999.
[10]
中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GBZ 129—2016职业性内照射个人监测规范[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
[11]
王红波, 张庆召, 张震, 等. 核医学科工作人员职业性内照射研究进展[J]. 中国辐射卫生, 2016, 25(2): 251-254.
[12]
郑传城, 华威, 王旭, 等. 放射性核素体内污染的两种检测方法比较[J]. 中国辐射卫生, 2009, 18(1): 26-27.
[13]
王红波. 核医学科工作人员职业性内照射研究[D]. 北京: 中国疾病预防控制中心, 2017.
[14]
Tokonami S, Hosoda M, Akiba S, et al. Thyroid doses for evacuees from the Fukushima nuclear accident[J]. Sci Rep, 2012, 2: 507. DOI:10.1038/srep00507
[15]
Krajewska G, Pachocki KA. Assessment of exposure of workers to ionizing radiation from radioiodine and technetium in nuclear medicine departmental facilities[J]. Med Pr, 2013, 64(5): 625-630.
[16]
Dantas BM, Lima FF, Dantas AL, et al. Determination of uncertainties associated to the in vivo measurement of iodine-131 in the thyroid [J]. Appl Radiat Isot, 2016, 113: 1-4. DOI:10.1016/j.apradiso.2016.04.007
[17]
马加一, 史晓东. 体外直接检测法评估南京市3家医院核医学工作人员的内照射个人剂量水平[J]. 环境与职业医学, 2019, 36(6): 549-553.
[18]
Hosoda M, Iwaoka K, Tokonami S, et al. Comparative study of performance using five different Gamma-ray spectrometers for thyroid monitoring under nuclear emergency situations [J]. Health Phys, 2019, 116(1): 81-87. DOI:10.1097/HP.0000000000000954
[19]
Kurihara O, Nakagawa T, Takada C, et al. Internal doses of three persons staying 110 KM south of the fukushima daiichi nuclear power station during the arrival of radioactive plumes based on direct measurements[J]. Radiat Prot Dosimetry, 2016, 170(1/2/3/4): 420-424.
[20]
Uchiyama K, Miyashita M, Tanishima Y, et al. Use of iodine-131 to tellurium-132 ratios for assessing the relationships between human inhaled radioactivity and environmental monitoring after the accident in fukushima[J]. Int J Environ Res Public Health, 2018, 15(3): E483. DOI:10.3390/ijerph15030483
[21]
Matsuda N, Kumagai A, Ohtsuru A, et al. Assessment of internal exposure doses in Fukushima by a whole body counter within one month after the nuclear power plant accident[J]. Radiat Res, 2013, 179(6): 663-668. DOI:10.1667/RR3232.1
[22]
Brudecki K, Kowalska A, Zagrodzki P, et al. Measurement of 131I activity in thyroid of nuclear medical staff and internal dose assessment in a Polish nuclear medical hospital [J]. Radiat Environ Biophys, 2017, 56(1): 19-26. DOI:10.1007/s00411-016-0674-1
[23]
Lucena EA, Rebelo AM, Araújo F, et al. Evaluation of internal exposure of nuclear medicine staff through in vivo and in vitro bioassay techniques [J]. Radiat Prot Dosimetry, 2007, 127(1/2/3/4): 465-468.
[24]
Kamada N, Saito O, Endo S, et al. Radiation doses among residents living 37 km northwest of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant[J]. J Environ Radioact, 2012, 110: 84-89. DOI:10.1016/j.jenvrad.2012.02.007
[25]
International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 78. Individual monitoring for internal exposure of workers (preface and glossary missing)[R]. Oxford: Pergamon Press, 1997.
[26]
International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 71. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: Part 4[R]. Oxford: Pergamon Press, 1995.
[27]
International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 56. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: Part 1[R]. Oxford: Pergamon Press, 1990.
[28]
Brudecki K, Szczodry A, Mróz T, et al. Measurement of 131I activity in air indoor Polish nuclear medical hospital as a tool for an internal dose assessment [J]. Radiat Environ Biophys, 2018, 57(1): 77-82. DOI:10.1007/s00411-017-0724-3
[29]
Hoi TX, Phuong HT, van Hung N. Estimating the internal dose for 131I production workers from air sampling method [J]. Radiat Prot Dosimetry, 2017, 175(1): 58-64.
[30]
Ohba T, Hasegawa A, Suzuki G. Estimated thyroid inhalation doses based on body surface contamination levels of evacuees after the fukushima daiichi nuclear power plant accident[J]. Health Phys, 2019, 117(1): 1-12. DOI:10.1097/HP.0000000000000990
[31]
Bitar A, Maghrabi M, Doubal AW. Assessment of intake and internal dose from iodine-131 for exposed workers handling radiopharmaceutical products[J]. Appl Radiat Isot, 2013, 82: 370-375. DOI:10.1016/j.apradiso.2013.09.011
[32]
Kim ST, Yoo JR, Park JM. An investigation into internal exposure management needs for nuclear medicine practitioners and temporary visitors through I-131 internal dose assessment: Focusing on large hospitals in South Korea[J]. PLoS One, 2018, 13(12): e0209244. DOI:10.1371/journal.pone.0209244
[33]
Yajima K, Eunjoo K, Tani K, et al. A reliable and robust method for monitoring large populations to assess thyroid internal exposure in a nuclear accident: A proposal based on experiences from Fukushima[J]. BIO Web Conferences, 2019, 14: 03010. DOI:10.1051/bioconf/20191403010