放药生产中的辐射环境防护研究.pdf

本文所提到的放射性药品，是一类特殊药品，可以产生电离辐射，放射出的射线具有较强的穿透性和一定的电离能力，在射线穿过人体的过程中，放射性粒子可与人体组织发生各种电离作用，对人体造成一定的辐射损伤。因此，在放射性药品的生产和使用过程中，对其各方面的安全要求都会比一般药品要更高，以保证在生产和使用过程中，尽量少的产生放射性危害。在放射性药品的生产和使用方面，我们主要研究放射性药品生产方面的辐射防护，在放药生产中，对放射性的防护按照以下辐射防护原则进行。1）辐射实践正当化原则1：任何伴有辐射照射的实践都应当有正当的理由，并且确认因实践获得的净利益大于付出的代价。2）辐射防护与安全最优化原则：经过正当化判断后属正当的辐射实践，在考虑了经济和社会因素等前提下，应当采取各种辐射防护措施，将受照剂量、受照射人数以及受照射的可能性均尽量降低到最低水平。3）个人剂量限值原则：限制个人受到的照射剂量，保证个人受到的所有照射实践的剂量总和不超过国家标准规定的限值。以上三个原则给我们进行辐射防护的设计研究制定了非常明确的标准。在进行任何辐射防护设计作业等工作时，都必须按照这三个原则来进行，以达到最优的辐射防护。对辐射工作场所，现有的法律法规和国家标准都规定了辐射工作场所监督区、控制区边界最高辐射剂量率数值，严格按照规定的数值进行辐射防护工作，则对环境和公众造成的辐射损伤均在可控范围内；对于辐射工作人员，在进行放药生产等辐射工作时，需要佩戴个人剂量计，定期进行测算，保证其受到的辐射剂量不超过国家标准规定的个人受照剂量2。在此基础上，以一台生产放射性药品18F的18MeV回旋加速器和一台生产放射性药品99mTc的99Mo-99mTc发生器为例来分析放药生产中的职业病危害防治。1运行原理本文着重介绍在放药生产过程中最常见的回旋加速器、以及99Mo-99mTc发生器。收稿日期：2023-11-21作者简介：席禄明（1990-），男，甘肃定西人，本科，工程师，主要从事辐射环境监测。E-mail：通讯作者：李贝贝（1991-），女，河南淮滨人，本科，工程师，主要从事生物医学工程。E-mail：放药生产中的辐射环境防护研究席禄明1，李贝贝2*（1.新疆辐射环境监督站，新疆乌鲁木齐830011；2.乌鲁木齐市妇幼保健院，新疆乌鲁木齐830011）摘要：放射性药品在临床诊断或者治疗中发挥着越来越重要的作用，本文通过系统的计算分析，给出放射性药品生产中需要注意的事项。对放射性药品生产中用到的回旋加速器、99Mo-99mTc发生器使用过程进行分析，对可能产生放射性危害的方面提出防护方案。在分析法律法规、国家标准、文献查阅等方式的基础上，对放射性药品生产过程中产生的辐射环境问题进行分析研判，得出放射性药品生产中需要注意的事项。随着国家法律法规、国家标准的不断完善，辐射管理机构更加完善，放射性药品的生产和使用将会越来越安全。关键词：放射性药品、辐射防护、安全中图分类号：X591文献标识码：A文章编号：1008-2301（2024）01-0046-05席禄明，李贝贝.放药生产中的辐射环境防护研究 J.新疆环境保护，2024，46（01）：46-50.第 46 卷 第 1 期2024 年 3 月新疆环境保护Xinjiang Environmental ProtectionVol.46No.1Mar.2024第1期1.1回旋加速器工作原理回旋加速器的基本原理是带电粒子在磁场中洛伦兹力的作用下保持做圆周运动，然后采用交变电极的方法使带电粒子进行反复加速，粒子在较低电压下通过多次加速以后，将会获得很高的动能。最后当带电粒子的动能符合最终要求并加速到相应速度到达外围轨道时，使用带相反电荷的偏转板给带电粒子束施加一个偏转的力将粒子束引出D型盒外，并通过靶窗轰击靶材料。通过加速器加速的带电粒子被引出到加速器外部以后，经过不断修正带电粒子束方向，使带电粒子束准确轰击靶物质，入射带电粒子粒子会被靶核吸收，进而发生核反应，在整个核反应过程中，会发射出中子、质子或粒子等各种粒子，同时也可产生具有一定阈能的正电子等放射性核素，放射性核素的产率取决于束流强度、被轰击靶物的量、核反应截面及轰击时间。通过改变靶物质可获得不同的放射性核素3。采用18F 的生产用液体靶，核反应为18O（p、n）18F，产生的18F具有放射性，放出正电子而变成18O，其半衰期只有109.8min。因为半衰期很短，在放射性药品生产和使用期间，发生衰变，使得使用时药品的辐射浓度低于生产时的辐射浓度，因此，在18F生产使用过程中要进行剂量换算，以达到使用时的最优方案。本文研究的18F最终产物为18F脱氧葡萄糖注射液，主要用于正电子发射断层显像（PET）4，利用病灶的异常糖代谢的特点进行定位诊断与评估，还多用于肿瘤的PET显像，用于评估肿瘤的恶性程度等。1.299Mo-99mTc发生器工作原理99Mo-99mTc发生器是从长半衰期的母体核素99Mo中分离短半衰期的子体99mTc 的装置，99Mo 的半衰期为66.02 h，99mTc的半衰期为6.02 h。99Mo-99mTc发生器属于色谱柱型发生器，分离母体99Mo 和子体99mTc，使用三氧化二铝填充吸附柱。因为三氧化二铝对99Mo有很强的亲和力，能使99Mo 被吸附到三氧化二铝填充的吸附柱上，而子体核素99mTc 则几乎不能被吸附。因此，在洗脱时，用NaCl淋洗液将子体核素99mTc以液体的形式洗脱下来，而母体仍留在发生器内。同样，99mTc的半衰期也很短，在放射性药品的生产和使用间隔中，会发生衰变，使得使用时辐射浓度低于生产时的辐射浓度，使用时进一步计算其辐射浓度，以达到使用效果。99mTc主要用于冠状动脉疾患的诊断与鉴别和甲状旁腺增生成腺瘤的定位诊断等并指导治疗。2辐射特性分析本文所陈述的放药生产产生的电离辐射防护主要研究回旋加速器使用过程中产生的电离辐射以及放射性药品衰变产生的电离辐射。通过18F的核反应18O（p、n）18F可以看出，回旋加速器在制备药品18F的过程中，高速质子与靶物质18O作用，除了产生放射性药品18F，还伴随产生高能中子，产生的中子并不是成中子束的形式发出，而是成散射状向周围发射。所以，中子会与靶物质、仪器部件、屏蔽体等物质进行碰撞，经过相互作用会放出射线。众所周知，中子和射线均具有较强的穿透力，如果对其屏蔽不好则可以穿过屏蔽墙、防护门、上层楼板等对工作人员和公众产生一定辐射危害。18F为氟元素的一种同位素。18F原子核内有9个质子与9个中子，其原子核不稳定，易放出正电子而变成18O，正电子则会继续和周围的电子作用，发生湮灭，从而产生一对光子（能量为 0.511MeV），以射线的形式将能量释放出来，因此其具有较强的放射性，半衰期为109.8 min。在进行18F 药品合成、分装、交接、传输等操作时，容易对工作人员和公众产生一定辐射危害。99mTc为锝元素的一种同位素。原子序数43，半衰期为6.02 h。99Mo 的衰变方式是-，衰变时除发射射线外还发射射线；99mTc的主要衰变方式是同质异能跃迁，同时发射射线（能量为 0.140 MeV）。锝（99mTc）即 时 标 记 药 品 淋 洗、分 装 过 程 中99Mo-99mTc发生器本身及淋洗出来的99mTc标记溶液会对工作人员产生外照射，99mTc洗脱液操作过程中可能对工作台面等造成表面污染。99Tc为99mTc的同质异能素，半衰期很长，产生99Tc的相对活度量很小，因此，99Tc的放射性可以忽略不计。本研究以能量18 MeV的回旋加速器为例进行分析。回旋加速器射线和中子最大能量分别为 10席禄明，等：放药生产中的辐射环境防护研究47新疆环境保护第 46卷MeV、18 MeV，该回旋加速器带自屏蔽系统，设置于加速器周围。自屏蔽体由3个不同层组成，由靶前的内钢筋插件和双钢材料附件组成，由第一层水和第二层钢珠和水混合而成，外层密度为 5.55 g/cm3，安装在普通混凝土墙内。根据厂家提供数据，在经自屏蔽系统衰减后距加速器表面1 m处的中子、射线剂量率均取41 Gy/h5。屏蔽层外比释动能率计算公式：D2=D0（1r+1）210STVL其中：D2热室墙外辐射剂量率，Gy/h。D0加速器表面1m处辐射剂量率，Gy/h。r 加速器表面1m距关注点距离，m。TVL射线对应屏蔽材料的十值层，cm。S屏蔽层厚度，cm。表1不同屏蔽物质对10 MeV射线和 18 MeV中子的TVL值Table 1TVLvalues of different shielding substances for 18MeV neutrons and 10 MeV gamma rays材料名称混凝土铅石蜡射线的 TVL 值（cm）445.680中子的 TVL 值（cm）324.216屏蔽墙北墙西墙南墙东墙屋顶防护门r（m）加速器表面1m到墙外距离4.04.04.04.04.04.0设计屏蔽层厚度60 cm混凝土60 cm混凝土60c m混凝土60 cm混凝土60 cm混凝土2 cm铅+20 cm聚乙烯屏蔽墙外射线辐射剂量率（Gy/h）0.1110.1110.1110.1110.1110.72屏蔽墙外中字辐射剂量率（Gy/h）0.0340.0340.0340.0340.0340.03是否满足要求是是是是是是表2回旋加速器机房周围剂量率核算（射线）Table 2Calculation of dose rates around the cyclotron room(gamma rays)99Mo-99mTc发生器淋洗使用钨合金淋洗罐进行，内装管制抗生素瓶，插入发生器单针位置，淋洗罐壁铅厚6 mm，根据厂家提供资料，表面剂量率小于150 Sv/h。、超净工作台外形尺寸（长宽高）为12881252 cm，正面采用50 mm厚度可视铅玻璃，侧面及下部用6 mm铅板防护，外包不锈钢。分装时手部伸入分装柜，手套屏蔽设计2.5 mm铅当量。淋洗罐外超净工作台正面超净工作台侧面手部r（m）源表面到参照点距离0.010.40.40.01设计屏蔽层厚度0.6 cm铅10 mm铅10 mm铅0.25 cm铅屏蔽层内射线辐射剂量率（Gy/h）84.365.275.2784.36屏蔽层外射线辐射剂量率（Gy/h）0.841.1310-165.2710-212.38表3合成分装柜剂量率核算Table 3Calculation of the dose rate of the composite packing cabinet3辐射防护3.1电离辐射可能造成的辐射损伤无论是来自体外的电离辐射造成的外照射，还是进入到人体内部的电离辐射造成的内照射，这些电离辐射都会对人体组织产生有害的生物效应，即辐射损伤。通常将辐射对人体造成的辐射损伤分为确定性效应和随机性效应。48第1期席禄明，等：放药生产中的辐射环境防护研究确定性效应通常情况下是指当辐射到达一定阈值以后，对人体产生的一种确定的辐射效应，剂量越高，造成的辐射损伤越重。随机性效应的发生通常和辐射阈值没有必然的正向关系，对随机性效应的重视通常在低剂量区间。做辐射防护的目的就是要杜绝超出阈值的辐射对人体造成确定性效应的辐射损伤，并尽可能降低随机性效应的发生。对于受到超过阈值的剂量照射的人体和组织，都会有发生确定性辐射损伤的可能，比较常见的易受辐射损伤的器官和组织有骨髓、生殖腺、甲状腺、皮肤等。表4主要组织、器官不发生确定性效应的剂量水平上限Table 4Upper dose levels for major tissues and organs withoutdeterministic effects组织或器官胎儿全身骨髓生殖腺皮肤眼晶体肺肺甲状腺确定性效应致畸呕吐细胞凋亡不育（永久性）红斑及脱毛白内障肺炎（非致死性损伤）死亡功能减退、粘液水肿剂量水平上限（Gy）0.10.51.03.03.05.05.010.010.0正常人群受到小剂量射线一次全身外照射后，主要出现以植物神经系统功能紊乱为主的早期临床症状，在受照后1 d2 d内可自行消失。而最主要的随机性效应是诱发癌和各种严重的遗传病患，国际放射防护委员会和国际原子能机构推荐的放射防护用的致死性和非致死性癌的危险度见表5。表5致死性和非致死性癌的危险度Table 5Risk of Fatal and Non Fatal Cancer组织或器官性腺（最初二代）*乳腺红骨髓肺甲状腺骨其余所有组织皮肤致死性癌（10-4Sv-1）4025202055501非致死性癌（10-4Sv-1）-15-100-100*注：性腺系指遗传效应的危险度，个人（最初二代）取0.4，群体（全部后代）取0.86。3.2辐射防护措施为了便于加强管理，切实做好辐射安全防范工作，按照 电离辐射防护与辐射源安全基本标准（GB 188712002）的要求，按照致空气吸收剂量率大小，将射性工作场所分为控制区和监督区。对控制区运用行政管理程序（如工作许可证制度）和连锁装置限制进入；监督区通常不需要专门的防护手段或安全措施，但需要经常对职业照射条件进行监督和评价。除考虑职业照射外，要求将两区周围公众活动区域作为辐射环境影响关注区，建设单位在运行期须加强对上述辐射环境影响关注区的定期监测、年度监测和验收监测，发现问题及时处理。表6非密封放射性物质工作场所具体分区情况一览表Table 6A list of the specific zones of unsealed radioactiveworkplaces分区控制区监督区场所加速器室、生产区1、生产区2、后区1、后区2、气锁间、标记分装间、淋洗间、废物暂存间、留样间、成品库货包回收、加速器控制室、加速器设备区、换鞋一更5、二更5、洁净走廊2、检测间2、备用间2、去污间2、洁具间2、气锁间2、准备间、包装区、换鞋一更4、二更4、洁净走廊1、检测间1、去污间1、气锁间1、洁具间1、备用间1、QC室、包装间、物料传递间为保证加速器室安全，应加装安全联锁装置、工作指示灯、电离辐射警告标志、开门开关、急停开关、固定式剂量监测等。工作场所应设置电离辐射警告标志，当加速器制备出18F 之后、放射性核素传输之前，生产区设备将根据程序设定，自动检测门是否已经关闭，里面的压力是否满足负压要求；只有这两项条件满足的情况下，放射性核素才能通过管道进行传送，同时在控制室内操作台上有相应的核素传输工作状态指示灯。为避免或减少工作人员事故应急等异常情况下受到的辐射危害，应当为放射工作人员配置个人剂量计、个人剂量报警仪以及便携式巡测仪等个体防护用品。个人剂量报警仪与便携式巡测仪应每年在计量检定部门进行一次检定，检定合格后方可使用。专人负责个人剂量监测管理，建立辐射工作人员个人剂量档案7。49新疆环境保护第 46卷Research on Radiation Environment Protectionin Radio-pharmaceutical ProductionXI Luming1，LI Beibei2（1.Radiation Environment Supervision Station of Xinjiang，Urumqi Xinjiang 830011，China；2.UrumqiMaternal and Child Health Hospital，Urumqi Xinjiang 830011，China）Abstract：Radiopharmaceuticals play an increasingly important role in clinical diagnosis or treatment.This papergives the points needing attention in the production of radio-pharmaceuticals through systematic calculation andanalysis.Analyze the use process of Cyclotron and 99Mo-99mTc generator used in the radio-pharmaceuticalproduction，and provide protection measures for potential radioactive hazards.By analyzing laws and regulations，national standards，literature review，and other methods，the radiation environment issues generated duringthe production of radio-active drugs are analyzed and judged，and identify the precautions that need to be takenin the production of radiopharmaceuticals.With the continuous improvement of national laws，regulations，andstandards，radiation management institutions are becoming more perfect，and the production and use of radioactivedrugs will become increasingly safe.Key words：radioactive drugs，radiation protection，safety4辐射引起的非放射性职业病危害因素电离辐射引起的非放射性职业病危害因素主要可能产生的O3和NOX危害：在射线的照射下，空气吸收辐射能量，并通过电离作用产生O3和NOX。上述产物具有刺激性作用，属于有毒有害气体。根据 辐照装置的辐射防护与安全规范（GB 102522009），产生的所有有害气体中，以臭氧的产额为最大、环境浓度限制最为严格，当臭氧浓度满足标准要求时，其他有害气体浓度也均能够满足标准要求，在危害因素分析中仅需考虑O3气体。5发展前景我国放射性药品用于临床核医学始于20世纪50年代，并开始广泛应用于诊断治疗。一开始，放射性药品的供应全部依赖于进口，发展至今，随着我国综合国力的稳步提升，各领域都经过了一段长足的发展。核能、核技术的快速发展促进了放射性药品的生产，我国目前核电产能正在稳步增加，核技术利用渠道也在逐步拓宽，放射性药品也可以完全做到自给自足。核能生产、放射性核素、射线装置使用等过程中对环境、公众以及辐射工作人员可能造成的辐射损害研究也越来越多。无论是放药生产还是放射性诊断治疗，法律法规、国家标准以及各项规章制度都给出了很明确的管理方法和要求，管理部门对放射性物质、射线装置生产使用的管理也有明确的规定和要求。未来，在科技的持续发展下，放射性药品使用带来的辐射防护问题被大幅度的化解，放药使用也将变得越来越方便，将会对医疗行业产生深远的影响。在越来越严格的监督管理下，放射性药品的使用也将更安全，使用更广泛。参考文献1 GB18871-2002，电离辐射防护与辐射源安全基本标准S.核工业标准化研究所.2004.2 韩宝.探讨射线影像诊断设备的辐射防护J.科学技术创新，2019，（32）：29-30.3 崔侦福，祝紫燕.PET-CT及回旋加速器设备用房建筑设计初探J.华中建筑.2014，32（005）：66-68.4 贾娟娟，孙得洋，程茗，等.氟（18）F脱氧葡糖注射液中未知杂质三甲基硅醇的研究J.同位素，2023，36（2）：198-202.5 张德钦，潘洋，赖继川，等.质子治疗工作场所屏蔽计算方法的探讨J.中国辐射卫生，2023，31（5）：577-582.6 GBZ113-2006，核与放射事故干预及医学处理原则S.7 綦俊辉，王颖，孟凡力，等.医学工程人员的职业防护J.医疗装备，2021，34（11）：24-25.50