PET和CT的组合被认为是显像技术的发展, 两种模式的融合对于疾病的有效诊断大于两个模式的总和。PET/CT显像的应用发展很快, 在肿瘤学领域已经得到认可; 也在大脑显像方面得到了应用, 尤其是在老年痴呆症和癫痫症的评价方面; 在精神失常方面的研究不断增加, 最终可能导致在精神病学领域的应用。然而也带来了一系列问题:伴随着正电子湮没会产生0.511 MeV的光子, 和其他放射诊断设备相比, 该光子的能量更高, 对PET/CT中心机房及其辅助用房的防护要求也就更高。因此IAEA在2008年发布了关于PET/CT的安全报告系列NO.58, 该报告中对于PET/CT中心的屏蔽计算方法参考的是AAPM TG108。

1 ¹⁸-DG PET/CT

¹⁸F-FDG作为一种非特异性示踪剂, 是一种葡萄糖模拟体, 在葡萄糖的代谢过程中, 将被大脑、心脏、骨膜等组织或器官所吸收, 在活性肿瘤中浓缩, 这使得¹⁸F -FDG成为大量癌症诊断过程中的有效媒介。

2 影响剂量率的因子 2.1 剂量率常数

对于使用¹⁸F的PET/CT中心的屏蔽计算的剂量率常数, AAPM TG108采用了美国核协会1991ANSI/ANS-6.1.1报告中的0.143 μSv m²/ (MBq h), 距37 MBq (1mCi)的¹⁸F裸源1m处的剂量率为5.3 μSv/h。[IAEA的安全系列丛书-NO.58中剂量率常数的推荐值是0.147 μSvm²/(MBq h), 两才相差不大]。

2.2 受检者衰减

湮没辐射的一部分将被受检者身体所吸收, 使得源于受检者的剂量率显著减小。AAPM TG108综合各个方面的研究和测量, 对活度和距离进行归一化处理, 并对时间进行修正后所推荐的受检者瞬时剂量率是0.092 μSv m²/(MBq h), 与此相对应的受检者吸收因子是0.36, 这和Snyder等人计算500 keV光子全身吸收因子0.34具有很好的一致性(IAEA推荐值也是0.36)。

2.3 物理衰减

因为¹⁸F的半衰期很短(110min), 经过一段时间t后, D (t)将会小于初始剂量率。减少因子R_t的计算公式如下:

就¹⁸F来说，时间30 min，60 min，90 min相应的R t因子为0. 91，0. 83和0. 76。

3 透射因子(B) 3.1 吸收室的B

对于已经注射¹⁸F的受检者, 在做扫描之前, 需要呆在一个休息室(称之为吸收室)内休息30~90 min, 吸收时间在不同的医院会有所变化。在吸收时间t_U内距离受检者dm处总剂量:

1)

如果每周受检者人数为N_W，则周剂量为:

2)

因此吸收室的透射因子B为:

3)

式中: T －留居因子，P －周剂量限值。

3.2 扫描室的B

扫描室和吸收室的屏蔽计算类似, 但是注射¹⁸F后到扫描显像之间由于吸收阶段的延迟要求, F_U=e^{[-0.693t_U/T_1/2]}衰减, 此处的t_U是吸收时间。通常情况下, 在扫描显像之前, 病人还会排泄出一部分, 排出大约15%的药物活度量, 因此, 剂量率减少到0.85。距离d m处的周剂量计算公式为:

4)

因此，扫描室的透射因子, B为:

5)

3.3 PET/CT设施楼上及楼下

因为能量为0.511 MeV湮没光子具有较强的穿透能力, 在设计PET/CT的屏蔽时, 楼上、楼下及毗邻的其他非控制区均需要考虑。通常考虑这些区域的关注点的位置如图 1。

3.4 屏蔽厚度的确定

传输因子B确定后, 确定屏蔽厚度有两种方法:插值法和Archer模型法。

插值法:根据511 keV宽束γ射线在铅、混凝土中的传输因子插值求得所需屏蔽体的厚度(见表 1)。

Archer模型法:Archer等人建立了一个模型, 并由此提供了一个由宽束射线通过铅、混凝土、钢等屏蔽材料透射的通用数学表达式:

将上式解析x, 则得到下式:

式中:x表示某一种屏蔽材料的厚度; α、β、γ是与射线能量和屏蔽材料有关的拟合参数, 取值见表 2。

4 控制区剂量水平

控制区剂量水平的控制应根据国家有关剂量限值和ALARA原则。技术人员所受剂量来源于三个方面。

4.1 给受检者注射时的剂量

发射正电子的核素通常具有很高的剂量常数, 在给受检者注射这些核素时, 手部剂量会很大。使用未屏蔽的注射器注射555 MBq的¹⁸F时, 注射器5 cm处剂量率高达33 mSv/h。如果使用钨屏蔽后的注射器注射时, 手部剂量可以降低88%, 但是将近0.8 kg的附加重量会增加注射难度。其他降低手部剂量的途径有:使用自动分装系统和多人轮换注射人员。

4.2 摆位时受照剂量

在扫描前要对病人摆位, 如果注射555 MBq¹⁸F, 1 m处的剂量率大约是30 μSv/ h。在病人较多的情况下, 技师或护士一天受到受检者辐射场的辐射时间可能超过1h, 因而每年的累积剂量超过7.5 mSv。唯一合理的降低剂量的办法就是要有足够的技术人员轮换以减少接触病人的时间。

4.3 扫描时的剂量

扫描显像期间, 至少需要一个技师守护在PET/CT系统的控制台以注视病人和观察控制显像进程。应根据国家有关剂量限值和ALARA原则在机房和控制室之间设置屏蔽。

5 CT组件

对PET/CT系统的CT部分的屏蔽设计和其他任何CT都是一样, 由于做PET/CT检查的人数较做常规X射线CT的人数少, 然而PET/CT每次扫描的区域较大(轴向扫描长度125~150 cm)。进行屏蔽设计时确认是否单独使用PET/CT系统的CT部分做常规诊断的断层扫描是很重要的, 如果进行该扫描, 屏蔽计算时须包括该工作负荷。

在PET/CT系统中, 0.511 MeV湮没光子的TVL比CT组件的X射线TVL大得多, 而CT组件的X射线的注量率比0.511 MeV湮没光子的注量率大得多, 这两个是决定屏蔽是否满足要求的关键因素。通常情况下的假设是:认为满足0.511 MeV湮没光子的屏蔽厚度能够屏蔽低能量高注量率X射线。但是当受检者和PET/CT控制台之间的距离较大时, 对CT组件X射线的屏蔽成为首要关注问题(目前PET/CT中心大部分属于此种情况)。

6 总结与结论

由于产生高能量湮没光子而使得PET/CT中心的屏蔽设计和计算不同于其他常规放射诊断设施的屏蔽。对于一个繁忙的PET/CT中心, 吸收室可能不止一个, 则需要综合考虑各个吸收室对控制区和非控制区的辐射影响。