漫谈核医学仪器的安全性常识.pdf

大学科普核科学知识Nuclear Science Knowledge562023 年第 2 期近年来，核医学设备发展迅速。核医学设备的代表核显像装置的发展推进了核显像技术的临床应用。正电子发射断层成像(PET)和单光子发射计算机断层成像(SPECT)已经成为现代医学影像诊断的主要手段之一。伴随核医学设备的广泛应用，随之而来的也有对于仪器对人体辐射的安全性的担忧。核医学仪器真的可以安心使用吗？会不会对人体造成不可逆转的影响？未来的使用会因此而受限吗？本文将从核医学显像仪器的显像原理入手，展开对核显像仪器的安全性的剖析。一、核显像装置原理PET(Positron Emission Tomography)不仅是最高层次的核医学技术,也是当今世界公认最先进的医疗诊断成像设备之一。它在功能显像和分子显像方面有着优异特性，可以在分子水平上动态分析器官是否产生病变并记录功能信息，在需要快速动态研究的项目中发挥着巨大作用。而核医学成像技术的另一主要手段SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography)着重从功能状态评价疾病的发生、发展及临床治疗疗效，尤其在肾功能评价、冠心病早期诊断与预后评价、大脑疾病的诊断与神经功能评价，以及全身骨骼疾病的诊断与鉴别诊断等方面具有独特的优势。1.PET 成像原理PET 是由封闭多环型探测器（闪烁晶体和光电倍增管构成）、电子前端放大与符合系统、计算机系统以及检测床构成。为了可以更早、更准确地诊断疾病，PET 常常以分子水平的独特视角来捕捉人体内代谢物的活动，生理、生化等变化，因此，PET 技术也被称为“活体生化成像”。PET 将人体进行代谢的所需物质如葡萄糖、蛋白质、核酸等标记上正电子放射性的短寿命核素（如碳、氟、氧和氮的同位素11C、18F、15O、13N）来制成显像剂，再将将其注入人体内进行扫描成像。由于人体不同组织的代谢状态各不相同，被核素标记的代谢所需物质在人体各组织的分布也不相同，例如，在高代谢的恶性肿瘤组织中会分布有比较多的被核素标记的代谢所需物质。当标记了正电子放射性核素的药物注入人体时，他们会发生衰变并产生正电子。这些正电子就会与人体组织内的普通电子相遇从而发生正负电子湮灭效应并同时放出一对逆向发射的能量为511kev 的 光子，由于同位素在组织上分布的浓度不相同，湮灭效漫谈核医学仪器的安全性常识Safety Common Sense of Nuclear Medicine Instruments中国 重庆 重庆大学 能源与动力工程学院核工程与核技术专业高莉君 谭仪霖 杨芮暄 马明明图 1 PET-骨显像仪器辐照强化（irradiation strengthening）：又称“辐照硬化(irradiation hardening)”。金属材料在辐照下(主要指中子辐照)，强度极限、屈服极限和硬度提高的现象。【科学名词 核科学技术名词】大学科普核科学知识Nuclear Science Knowledge572023 年第 2 期应产生的光子强度不同。所以，PET 检测器可以通过检测两个 光子的释放的时间、湮灭位置、数量和方向，再通过光电倍增管将光信号转变为时间脉冲信号，让计算机系统对上述信息进行采集、存储、运算、数模转换和影像重建，从而获得人体脏器的横断面、冠状断面和矢状断面图像。医务人员可从影像当中观察到人体代谢活动，凡高代谢的组织或病变在 PET 上表现为明亮的高代谢亮信号，低代谢的组织或病变在 PET 上表现为低代谢暗信号。像恶性肿瘤组织的新陈代谢就十分旺盛，它所吸收的放射性同位素比一般的组织要多得多，PET 通过测量放射性同位素的密度分布就可以确定恶性肿瘤组织的分布情况。2.SPECT 成像原理SPECT 由探测器(探头)、机架、患者检查床和图像采集处理工作站这四部分组成。将一定半衰期的放射性同位素显像剂注射到生物体内，核素衰变会产生 光子，光子穿出生物体后通过准直器被探测器探测到而表现为一个单光子事件。为了保证 光子沿准直器准直孔方向入射从而被探测器探测到，准直器通常用高原子序数，高密度的金属材料制成。这样的话，通过探测器探测到 光子的位置和准直孔的位置就可以确定一条 光子产生位置所在的投影线，再根据众多 光子的投影线和图像重建就可以确定 光子产生位置即放射性同位素在生物体内的分布情况。二、核显像仪器对人体的影响1.核显像仪器对受检者的影响 据联合国原子辐射效应科学委员会（UN-SCEAR）统计，大众遭受到的天然辐射年平均剂量为 2.4mSv，核医学显像诊断过程中所产生的辐射属于低剂量水平辐射。以 PET-CT（Positron Emission Tomography-Computed Tomography）受检者为例，成年受检者接受一次全身 PET-CT 检查中由于患者所注射的 18F-FDG 所致辐射的有效剂量为 3.8-9.0mSv，而辐射剂量诱发的确定性效应只有当剂量达到某一阈值时才能发生。不同生物个体、不同组织器官的阈值不同；例如成年人睾丸，当单次短暂辐射的总剂量达到 3.5-6.0Gy 时才会导致永久不孕；对骨髓系统，当单次短暂照射的总剂量达到 0.5Gy 时，才会造成造血机能低下。因此，对 PET-CT，SPECT 及 SPECT-CT 受检者，其所受的辐射剂量，正常情况下基本不会导致确定性效应发生。除此之外，美国核医学杂志曾提出了低剂量辐射可以刺激保护性反应，即适应性反应，其通过涉及 150 余个基因的 DNA 修复，抗氧化剂的生产，细胞凋亡，免疫清除受损细胞等过程对抗癌症的发生；并且这种保护作用可以抵抗随着时间推移带来的外加损害，包括后续的暴露于更高的辐射所带来的伤害。有研究表明，在放射成像辐射剂量下罹患癌症的概率变化为下降而非增加，且原子弹幸存者寿命研究的数据显示，关于 LNT（Linear No-threshold)预测的低于200mGy剂量辐射具有致癌性不成立。综上所述，社会对于在接受核显像检查时注射的放射性核素所产生的低剂量辐射的恐惧或逃避是不具有科学依据的。2.核显像仪器对非受检者的影响放射性核素需要通过注射进入人体内部，而且由于患者体内的放射性核素的辐射水平不能在短时间内通过衰变图 2 SPECT 仪器及 SPECT 图像涂层辐射固化（radiation curing of coating）：利用电子束(EB)或紫外线(UV)在常温下引发特定配制的活性液体涂层迅速转化为固体的过程。【科学名词 核科学技术名词】大学科普核科学知识Nuclear Science Knowledge582023 年第 2 期或者通过人体内部循环排出体外的方式从而达到安全值，即短时间内被注射了放射性核素的患者等同于一个移动的放射源；但患者可以通过多饮水从而促使放射性核素随尿液排出，从而达到在较短时间内使自身辐射水平恢复至安全范围之内，以此保护他人不遭受辐射伤害。以 PET-CT 和 SPECT 骨显像为例：PET-CT 受检者注射放射性核素 1 小时后，距离受检者 4m 处的辐射水平基本已接近正常水平，距离受检者 3m 以内的辐射水平较高于正常水平；同时，在注射了相同剂量下的放射性核素的前提下，遵从医嘱多喝水多排尿可以促进放射性核素排出体外，从而使受检者的周身辐射水平下降得更快。由此可以得知，对于 PET-CT 受检者在候诊 1 小时后，进入机房扫描完毕后再等待 10-15min 后离开时受检者周身的辐射水平基本已恢复至安全值以内，基本不可能会对周围人产生辐射伤害。对于 SPECT 骨显像受检者，在注射放射性核素 2 小时内，遵从医嘱多喝水多排尿后，SPECT 骨显像受检者周身的辐射水平下降得比 PET-CT 受检者更快，即 SPECT 骨显像受检者在显像完毕后再等待 10-15min 后其周身的辐射水平基本已恢复至安全值内，同样基本不可能会对周围人产生辐射伤害。三、核显像仪器的应用展望PET 显像技术从 20 世纪九十年代开始就具有重要的临床应用价值，由于其灵敏度高，分辨率好，图像清晰，诊断正确率显著提高，又能进行定量分析，因此为活体分子水平研究和诊断提供十分有利的条件，同时在新的药物设计和机体内药代动力学研究方面也提供了新方法。运用 SPECT 双探头采集高能光子的成功促使 FDG-SPECT（Fluoro deoxy glucose-Single-Photon Emission Computed Tomography)杂交技术的产生，随着这类技术的推广应用，具有一次成像且效能高，可连续动态显像特点的 相机与 SPECT 的制作运用也会活跃起来。FDG-SPECT分为超高能准直器和符合电路两种，前者较易用价廉，并且已成功应用于心肌显像和活力评价，但是不能准确探测到直径 2cm 以内的肿瘤，此外还需要大剂量的 FDG 投入。后者轻便，分辨率稳定，较灵敏并使探测到直径小于 1cm的肿瘤成为可能，但是需要进一步的深入研究其发射和透射采集方法。尽管 SPECT 的图像清晰度不如 PET，也不能够完成定量分析，但是随着研究的深入、技术的提升，会在临床应用上取得更好的进展。总而言之，核医学显像仪器在合理规范的使用下，过程中所产生的辐射属于低剂量水平辐射，不仅不会对人体产生损伤，还会在人体器官出现病变时更快更准地查找病灶，防止病情恶化。随着核医学领域的进一步发展，核医学仪器的使用只会更安全、更精准。核医学仪器的使用，大可放心；核医学领域的未来，大有可为。图 3 西门子推出的 Symbia Intevo Bold SPECT/CT辐射消毒（radiation disinfection）：利用电离辐射杀灭细菌芽孢以外的致病性微生物，将致病性微生物的数量减少到无害化程度的过程。【科学名词 核科学技术名词】责任编辑：王 锋