新型便携式正电子放射性药物防护装置的设计与研究*

田 健 霍 力 李 方 巴建涛*

简 讯

新型便携式正电子放射性药物防护装置的设计与研究*

田 健① 霍 力① 李 方① 巴建涛①*

目的：设计新型正电子放射性药物取用、转运及注射防护装置，降低核医学工作人员职业照射剂量。方法：选择钨合金作为防护材料，设计为便携式可分段拆卸的全封闭式注射器(2 ml)防护装置，并增加其他相关配套装置，测量对PET正电子放射性药物18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)444 MBq(0.5～2 ml)的防护效能。结果：全封闭注射防护装置针筒防护套正面有效屏蔽为35 mm Pb。配套转运铅提盒有效屏蔽为10 mm Pb。PET正电子放射性药物18F-FDG封闭注射防护装置注射器针筒防护套正面30 cm处剂量率为1.5 μSv/h；在距离注射器针筒防护套后部位置30 cm处剂量率为0.4 μSv/h。设计参数和辐射防护数据达到预期的职业外照射控制目标。结论：新型便携式正电子放射性药物防护装置可以有效降低核医学工作者职业照射剂量，值得推广。

便携式防护仪；正电子显像剂；放射性药物；钨合金

[First-author’s address]Department of Nuclear Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100073, China.

用于PET/CT显像的正电子药物在化学合成室(热室)内通过化学模块自动合成，经热室内机械手将正电子显像剂分装在注射器内，操作者在热室内完成其操作基本不会受到放射性辐射，但当注射器内的显像剂需从热室内取出转移到注射室内给患者注射时，整个过程精细复杂，人工操作程度高，放射防护困难，操作者因此而受照剂量大，影响身体健康及周围环境。本研究根据正电子放射性药物辐射防护特点和人体工程学原理，以防护正电子放射性药物18F-FDG为目标，设计新型便携式正电子放射性药物防护装置，改进放射性药物取出、转运和注射过程的职业照射防护缺陷，以合理降低工作人员外照射剂量。

1 材料和方法

1.1 封闭注射防护装置材料的选择

选择钨合金作为封闭注射防护装置使用材料，钨的1/10衰减厚度=11 mm，其优点在于硬度高，且防护效能高于铅材料铅的1/10衰减厚度=15.4 mm，1 mm厚钨合金相当于1.4 mm Pb的铅屏蔽的防护效果[1]。根据钨合金屏蔽遮挡的情况，在距屏蔽10 cm处测定的实际剂量率，得到钨合金屏蔽材料的减弱倍数，从放射防护最优化原则考虑实际钨合金的设计厚度，以满足屏蔽18F-FDG 511 keV射线能量的要求。

1.2 封闭式注射防护装置的设计

封闭式注射防护装置每次可盛载一支2 ml18FFDG放射性含量为444 MBq(12 mCi)的一次性注射器，封闭式注射防护装置须具备全封闭性的防护效果，以满足转运、注射时的防护要求；同时可分段拆卸，以满足放射性药物置入要求。在注射过程中身体、四肢和手部无需直接暴露于放射性药物表面。放射性药物转运过程中铅提盒的表面辐射剂量率控制值＜2.5 μSv/h，以工作人员每日注射18F-FDG 444 MBq≤20次计算，外照射防护符合相关法规标准中有关职业照射防护的要求，其手部职业照射剂量的管理目标值＜50 mSv/年[2-4]。

加速器合成热室手动传送轨道长约2 m，安装于热室侧门处，由链式移动轨道、手动摇推柄及安装于轨道上的封闭式注射防护装置放置底座构成，将分装好放射性药物的注射器由热室取出的操作过程中，距防护装置30 cm处表面剂量率应＜10 μSv/h。

1.3 防护装置的使用方法

在热室侧门处将放射性药物注射防护装置的针头防护套插入设计的手动链式传送轨道底座，卸掉注射器活塞防护套。摇动并推动手柄至热室侧门处，使封闭注射防护装置进入热室远端，使用机械手将带药注射器装入注射器针筒防护套，依次装回注射器活塞防护套并取出放入铅提盒后转移至注射台。工作人员在50 mm Pb“L”型铅屏蔽后操作，移动封闭注射防护装置前锁扣并取下注射器针筒防护套，采用三通管分别连接带药注射器、生理盐水注射器和静脉穿刺针，通过转动三通完成药物注射和生理盐水回冲注射，注射操作结束后封闭注射防护装置转运至热室内。

1.4 防护效能的测定方法

采用美国ALERT多功能射线检测仪测量并记录放射性药物注射防护装置表面辐射剂量率。

2 结果

2.1 防护装置和手动链式传送轨道设计结构

防护装置由钨合金注射器针筒防护套、注射器活塞防护套及注射器针头防护套三段式构成，附设活动支架和外防护铅提盒(如图1、图2所示)。

图1 放射性药物注射防护套组件

图2 防护套件与配套转运铅提盒

防护套组件间通过相互插入镶嵌式连接，并通过锁扣按钮固定连接件。该装置设计要求重量适宜，可拆卸，装置牢固，可操作性强，具备PET显像剂放射性药物转运和注射防护功能。其中，注射器针筒防护套由可自由套入或取出的内、外筒套组成，内筒套长度小于外筒套，以方便针头防护套插入固定，形成封闭防护；注射器活塞防护套由注射器活塞防护套筒及钨合金推注活塞构成，通过推注活塞推杆推动一次性注射器活塞实现封闭注射。

手动链式传送轨道由传输链条、手动摇柄及推柄、轨道、封闭注射防护装置放置底座组成(如图3所示)。

图3 手动链式传送轨道

钨合金材料厚度：全封闭注射防护装置针筒防护套正面有效屏蔽为35 mm Pb，配套转运铅提盒有效屏蔽为10 mm Pb。

2.2 PET正电子放射性药物全封闭注射防护装置外照射辐射水平实验结果

在距离装有18F-FDG(444 MBq)的注射器针筒防护套正面30 cm处和后部位置的剂量率分别为1.5 μSv/h和0.4 μSv/h；距注射器针筒防护套30 cm的剂量率为0.18 μSv/h；距装有封闭注射防护装置铅提盒后正面和两侧10 cm处的剂量率分别为2.1 μSv/h和0.1 μSv/h。注射时手部暴露距放射性药物30 cm内操作时间＜5 s，瞬间剂量率为321 μSv/h。放射性操作人员上肢年剂量值为2.14 mSv/年，上述测量结果符合“电离辐射防护与辐射源安全基本标准”要求，该防护设计方案操作人员手部的年剂量低于该岗位的管理目标值，为职业照射可接受水平[2]。

3 讨论

临床核医学PET放射性药物的生产与合成属于开放型放射性操作，辐射防护最优化要求尽可能使用密封操作代替非密封操作[5]。为减少生产过程中放射性污染及对工作人员的职业照射，均需在大型铅屏蔽的热室内由相对封闭的化学合成模块完成，其分装过程则需要使用热室内的机械手抓握注射器从产品瓶中抽吸药物，整个过程防护严密，工作人员接受的辐射剂量低且可控制。但当从热室内取出带放射性的注射器时须向下开启热室铅屏蔽门，会接受到较多来自热室内的外照射。

正电子显像剂注射操作过程需要3～4 min停留时间，其职业照射的剂量贡献值大小取决于所使用的放射性药物活度、源距离，停留时间及屏蔽程度[6]。其职业照射的剂量当量率通常≤25 μSv/h[7]。因放射性药物的操作活度、累计时间和距离相对固定，注射时屏蔽防护的有效性至关重要。据报道，手部无任何防护措施操作时所接受的辐射剂量为：①分装时左、右手分别为3000 μSv/h、600 μSv/h；②注射时为600 μSv/h[8]。操作者注射时，距离放射源30 cm处无防护分装、注射时接受的剂量约为196 μSv/d[9]。传统的注射器开放注射方法，暴露面积大，铅防护注射台虽可屏蔽操作者头部和躯干的大部分射线，但近距离操作时工作人员上肢仍会接受较大剂量的辐射。

新型便携式正电子放射性药物防护装置采用钨合金材料，与目前国外放射防护器材常采用的金属相同，其优点是可有效地减小体积，便于操作[10]。注射放射性药物时其独特的三段式“航天器”推入对接方法以及一键式锁扣固定方法，操作省时省力，极大地缩短操作时间，目前国内外尚无报道[11-14]。注射器内外防护筒设计和收入或推出操作可有效减少放射性药物的暴露。右手使用钨合金的注射器推柄推注活塞，可避免手部接触放射性药物，而折叠钨合金推柄能够防止误推放射性药物。连接医用三通回推生理盐水冲洗残余药物，保证进入患者体内的剂量准确。整个注射操作过程可单手交替操作，除左手短暂装卸、转动三通接触放射性药物外，实现全封闭药物取出、转运和注射操作。与全封闭注射防护装置配套的铅提盒配套使用可将放射性药物屏蔽至空气本底水平。通过合成热室内增设的活动链式滑轨实现操作者于远端取用带药注射器防护装置，降低其辐射剂量。

本研究表明，使用新型便携式正电子放射性药物防护装置及相关配套设备后，在距离装有18F-FDG(444 MBq)30 cm处，注射器针筒防护套正面、后部剂量率为0.18～1.5 μSv/h，明显低于传统注射方法。转运及分装过程中接受的剂量率为0.1～2.1 μSv/h，表明该装置可有效降低工作人员的辐射剂量，尤其是手部的辐射剂量。虽然操作时手部仍会瞬间近距离暴露于放射源下，但与国外自动注射装备相比其操作者接受辐射剂量小[15]。因此，本研究所设计的新型便携式正电子放射性药物防护装置全过程使用简单、方便和省时，放射性药物始终处于封闭防护状态，配合双屏蔽注射台使用防护效果明显，值得推广。

[1]鲁玉楷，曹盘年，方吉东，等.简明放射性同位素应用手册[M].上海：上海科学普及出版社，2004：144-148.

[2]国家质量监督检验检疫总局.GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3]中华人民共和国卫生部.GBZ120-2006临床核医学放射卫生防护标准[S].北京：人民卫生出版社，2006：2.

[4]中华人民共和国卫生部.卫生部令第46号放射诊疗管理规定[S].中华人民共和国卫生部，2006-01-24.

[5]中华人民共和国质量监督总局、国家标准管理委员会.GB 11930-2010操作非密封源的辐射防护规定[S].北京：中国标准出版社，2011.

[6]陈盛祖.PET/CT技术原理及肿瘤学应用[M].北京：人民军医出版社，2007：102-103.

[7]李方.北京协和医院医疗诊疗常规-核医学科诊疗常规[M].北京：人民卫生出版社，2012：14-16.

[8]卢宁，汪静，乔宏庆，等.18F-FDG PET显像中受检者周围人员的辐射剂量监测[J].中华核医学杂志，2004，24(3)：187.

[9]耿建华，陈英茂，陈盛祖，等.PET/CT中心的建设之四—放射防护[J].中国医学装备，2013，10(7)：4-6.

[10]Granero Dl，Perez-Calatayud J，Ballester F，et al.Radiation leakage study for the Valencia applicators[J].Phys Med，2013，29(1)：60-64.

[11]Schleipman AR，Gerbaudo VH.Occupational radiation dosimetry assessment using an automated infusion device for positron-emitting radiotracers[J].J Nucl Med Technol，2012，40(4)：244-248.

[12]Lecchi M，Lucignani G，Maioli C，et al.Validation of a new protocol for18F-FDG infusion using an automatic combined dispenser and injector system[J].Eur J Nucl Med Mol Imaging，2012，39(11)：1720-1729.

[13]Kumar S，Pandey AK，Sharma P，et al.Instantaneous exposure to nuclear medicine staff involved in PET-CT imaging in developing countries：experience from a tertiary care centre in India[J].Jpn J Radiol，2012，30(4)：291-295.

[14]Guillet B，Quentin P，Waultier S，et al.Technologist radiation exposure in routine clinical practice with18F-FDG PET[J].J Nucl Med Technol，2005，33(3)：175-179.

[15]Covens P，Berus D，Vanhavere F，et al.The introduction of automated dispensing and injection during PET procedures：a step in the optimisation of extremity doses and whole-body doses of nuclear medicine staff[J].Radiat Prot Dosimetry，2010，140(3)：250-258.

A study of designing a novel portable radiological protection device for decreasing occupational exposure from positron imaging agent

/TIAN Jian, HUO Li, LI Fang, et al// China Medical Equipment,2014,11(6):1-3.

Objective:To design a novel portable radiological protection device for decreasing occupational exposure from positron imaging agent in nuclear medicine department, which can be used to take radiopharmaceutical from synthesis hot cell, transport it to the injection room and administrate the tracer to patients.Methods:The device was made of tungsten alloy and consisted of several parts which could be disassembled conveniently. The complete closed protection device could contain 2 ml syringe. An additional unit (box) was made for further protection out of the device. Shielding effect was measured when the syringe in the protection device contained 444 MBq(0.5～2 ml)18F-FDG.Results:Shielding effect was 35 mm Pb in front of the protection device and 10 mm Pb out of the auxiliary protection box. Dose-rate measured at a distance of 30 cm from the front and the rear surface of the device was 1.5 μSv/h and 0.4 μSv/h. The product design parameter and shield effect were committed to its application in workplace to keep the technician safely from the occupational external exposure.Conclusion:The novel portable radiological protection device could reduce occupational exposure effectively and should be widespread in nuclear medicine department.

Portable protection device; Positron imaging agent; Radiopharmaceuticals; Tungsten alloy

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.06.001

1672-8270(2014)06-0001-03

R145

A

2014-02-25

国家自然科学基金面上项目(81071188)“用于原发性肝癌早期诊断和疗效监测的PET/CT动态图像采集及处理模式研究”

①中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院核医学科 北京 100730

*通讯作者：bajiantao@sina.com

田健，男，(1963- )，本科学历，主管技师。中国医学科学院北京协和医学院 北京协和医院核医学科，研究方向：核医学技术与防护。