PET全称为正电子发射计算机断层显像(positron emission tomography, PET), 它是通过将极其微量的正电子核素示踪剂注射到人体内, 然后采用特殊的体外测量仪器(PET)探测这些正电子核素在人体全身各脏器的分布情况, 通过计算机断层显像的方法显示人体全身主要器官的生理代谢功能和结构。PET是γ照相机之后在核素显像又一次重大进展, 代表了核医学显像技术的最新成就。与此同时, PET作为一种新的放射医学实践, 也为放射防护领域提出了新的研究课题。

1 PET及其临床应用 1.1 PET的原理^[1]

其基本原理是利用正电子衰变核素标记的放射性药物在人体内放出的正电子与组织相互作用, 发生正电子湮灭(annihilation), 向相反的方向发射两个能量为511keV的γ光子, 用符合探测(coincidence detection)在相反方向同时探测两个γ光子。当γ光子与检测器相互作用, 产生荧光光子并形成一个电脉冲(electrical pulse)时, 脉冲高度分析器选择能量符合511 keV γ的电脉冲送入电子学线路, 电子学线路把呈相反方向并在5~15毫微秒内发生的两个电脉冲信号送入显像系统, 计算机以此闪烁数据为基础, 生成PET显像。PET/CT检查可以一次连续成像, 得到全身检查图像(三维显示), 从而对全身组织器官的功能和代谢状况(尤其是否存在全身性病灶或转移性病灶)进行评估, 达到对肿瘤精确分期的效果。

1.2 PET的特点^[2]

PET显像不用铅准直器, 采用符合计数, 可使灵敏度较普通γ照相和SPECT提高10~20倍, 并能改善分辨率; PET显像常用的放射性核素多是组成人体的固有元素, 采用的是与生命代谢密切相关的示踪药物, 例如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等组成成份, 所以每一项PET显像的结果实质上是反映了某种特定的代谢物(或药物)在人体内的动态变化, 对体内重要代谢途径的研究和临床应用都有重要意义。

1.3 PET放射性药物^[3]

PET放射性药物属于诊断用放射性药物, 主要由加速器生产, 一部分可以从核素发生器得到。PET常用的标记核素¹¹C、¹⁵O、¹³N、¹⁸F等均是组成生物机体的固有元素, 用这些核素标记的放射性药物不会显著影响该药物原有的生物活性, 并且半衰期短, 病人受的辐射剂量小。其中¹⁸F-脱氧葡萄糖是应用最多的, 约占PET放射性药物的一半, 半衰期为109.8min, 其他的正电子发射核素一般仅几分钟或几十分钟, 其中¹⁵O (T_1/2 122 s)、¹³N (T_1/2 10 min)、¹¹C (T_1/2 20.3 min)。¹¹C、¹⁵O、¹³N、¹⁸F均要在加速器中通过相关的核反应来产生。这些同位素寿命很短, 产生同位素之后马上就要合成放射性制剂, 所以PET装置要配有小型回旋加速器, 还必须配有合成放射性制剂的热配室。

1.4 PET的临床应用^[4]

PET适用范围广, 检查项目多, 适用于多种疾病的诊断及疗效监测。如PET适用于人体大多数肿瘤疾病的鉴别诊断, 肿瘤的分期分级以及全身情况的评估, 各种肿瘤治疗手段前后疗效评估及肿瘤转移灶的全身监测。PET技术的应用可以使放疗医师了解病灶的代谢情况, 按肿瘤的生物靶区制定新的治疗计划并进行适形调强治疗。PET还用于多种神经及精神系统疾病的诊断, 如它可以完成对癫痫患者的术前定侧定位、早老性痴呆诊断、精神疾病的评估、吸毒成瘾性评估或戒毒疗效判断、脑外伤后脑代谢状况评估、其他脑代谢功能障碍判断(如CO中毒)、脑缺血性疾病的早期诊断等。PET在心血管疾病的诊断方面也发挥着重要作用, 如它可通过一次检查完成心脏血管硬化状况和心肌缺血情况的分析, 达到冠心病的早期诊断和评估。因此, PET在现代医学实践中有着广阔的应用空间。

2 PET应用的辐射防护问题

全套PET系统一般由PET主机、回旋加速器和药物自动合成装置三大部分组成^[5]。开展PET项目需要大额投资, 而且需要关注和解决其带来的辐射防护问题。

2.1 工作场所的分区

按照核医学科的设置要求, 应将功能区域分为活性区、中间区和清洁区, 按"三区配置法"进行建设和划分。回旋加速器室、放射化学实验室、给药室辐射剂量较大, 应划为控制区^[6]; 显像室、病人床位区、放射性废物储存区等也有一定量的辐射剂量, 应划为监督区; 而候诊区、工作人员办公室、电梯及走廊等应该为非限制区。监督区的地面、墙面和天花板应选择易于去污的表面材料装修; 控制区向外的通道, 应设置表面污染检测仪器、淋浴设备和更衣专用房间。

2.2 回旋加速器机房的设计^[7]

回旋加速器在运行时产生γ射线和中子射线, 因此在机房的选址、布局、墙壁屋顶厚度以及门的设计和建设等方面, 应依据加速器运转时的最高能量, 同时考虑γ射线和中子射线的防护问题, 选择能同时屏蔽多种射线的建筑材料。回旋加速器机房应该安装独立的空调机, 以免空气通过空调的通风管与其他房间交流; 回旋加速器和热配室应采用负压设计, 防止放射性气体扩散至非控制区; 排风口应设置适当过滤装置, 并应配备相应辐射监测装置, 一旦放射性物质浓度超标, 应立即关闭所有向外排风口; 回旋加速器机房应设置门机连锁装置, 并在机房门口设置电离辐射警示标志, 防止加速器运行期间人员误入。

2.3 患者的防护

患者防护的关键在于放射性药物用量的控制。PET常用放射性药物为¹¹C、¹⁵O、¹³N、¹⁸F, 它们是经回旋加速器制备, 然后由放射化学师迅速合成葡萄糖、氨基酸、水等化合物, 向患者给药进行正电子计算机断层显像。药物的用量问题十分重要, 用量多了违背放射防护的最优化原则, 使患者遭受不必要的照射, 用量低了又容易造成影像不清晰, 影响诊断。因此放射性药物的用量的选择应有充分的依据, 应根据不同诊断需要制定严谨的用药计划。

2.4 放射性药物操作人员的防护

放射性药物的操作既有内照射的防护问题, 又有外照射的防护问题^[8]。对于内照射的防护, 应该严格按规定在通风橱或手套箱内处理放射性药品, 工作人员应正确穿戴相应的个人防护用品, 如工作服、工作帽、靴鞋、手套和口罩等; 由于PET所常用的放射性药物¹⁸F放射线能量较高, 因此放射工作人员应充分利用时间、距离和屏蔽措施进行外照射防护, 如以非放射性溶液练习抽取药液, 以熟练掌握取药和给药技巧, 以最短的时间完成放射性药物的操作; 用长距离操作工具操作放射性药物; 在操作给药时, 使用注射器铅桶以及使用铅屏风等。

2.5 辐射防护设施与管理

新建PET科室应进行职业病危害放射防护评价和环境影响评价, 防护设施与主体工程同时设计审批、同时施工和同时竣工验收。开展PET项目的科室应配备核医学用防护器材以及防护级多功能射线检测仪, 经常进行工作场所和人体表面的污染检测。从业人员不但应具备相应的核医学知识和技能, 而且应具备相应的放射防护知识和技能, 经培训和考核获得《大型医用设备上岗证》和《放射工作人员证》。应建立放射防护组织, 制定和执行严格的安全操作制度, 并有事故应急处置预案。从业人员应定期参加职业病体检, 相关科室应定期接受放射防护监督管理部门的监督监测并取得相应的放射实践许可。

PET是一种20世纪90年代才用于临床的影像诊断手段, 代表了医学影像技术的最高水平, 其发展和应用必将对疾病的诊治水平产生积极的影响。目前, 一些医院已经购置了PET设备, 也有不少医院计划在不久的将来开展PET项目。因此, 在PET应用日益广泛的情况下, 研究和解决其带来的辐射防护问题, 是十分必要的。