耿建華 陳英茂 陳盛祖 田嘉禾

PET/CT是一種新型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，它將PET及CT的優(yōu)勢融為一體，近年發(fā)展迅速。PET通過符合探測正負(fù)電子對湮沒輻射的兩個反方向飛行的光子而成像[1]。正電子是帶負(fù)電荷的電子的反物質(zhì)，是由一類放射性核素（稱為正電子核素）衰變產(chǎn)生的，而回旋加速器就是生產(chǎn)這類正電子核素的設(shè)備。另外PET圖像反映體內(nèi)的代謝情況，這需要將正電子核素帶到體內(nèi)需要檢查的部位，實現(xiàn)這一點的方法是將正電子核素標(biāo)記到某種參與體內(nèi)代謝的物質(zhì)上，形成放射性藥物（也稱顯像劑、放射性示蹤劑），而完成標(biāo)記的設(shè)備就是放射性藥物合成器（也稱合成模塊）。可見只有PET（PET/CT）是完不成成像工作的，它需要配套回旋加速器和放射性藥物合成器。此外，從放射性藥物的生產(chǎn)到最終用于臨床還需要許多輔助設(shè)備，如放射性藥物質(zhì)控、分裝、防護(hù)設(shè)備等。這一切構(gòu)成了一個生產(chǎn)正電子放射性藥物的微型工廠，雖然產(chǎn)量不大，但五臟俱全。本文圍繞這一微型工廠，就國家有關(guān)政策、人員需求、主要設(shè)備的工作原理、組成、技術(shù)指標(biāo)及選型采購、配套設(shè)備清單等進(jìn)行了討論，為醫(yī)療機(jī)構(gòu)建立正電子放射性藥物生產(chǎn)中心提供參考。

1 配置許可

在正電子藥物生產(chǎn)所需的設(shè)備中，回旋加速器是最重要最昂貴的設(shè)備。按照我國《大型醫(yī)用設(shè)備配置與使用管理辦法》（衛(wèi)規(guī)財發(fā)[2004]474號，衛(wèi)生部國家發(fā)展和改革委員會財政部二00四年十二月三十一日），甲類大型醫(yī)用設(shè)備由國務(wù)院衛(wèi)生行政部門管理，實行配置規(guī)劃和配置證制度。回旋加速器本身不屬于醫(yī)療器械，但是作為甲類大型醫(yī)用設(shè)備PET、PET/CT的配套設(shè)備，也按甲類大型醫(yī)用設(shè)備進(jìn)行管理，只是回旋加速器本身無專用配置證。

1.1 配置數(shù)量規(guī)劃

按照《衛(wèi)生部甲類大型醫(yī)用設(shè)備配置審批工作制度》（衛(wèi)辦規(guī)財發(fā)[2008]8號，衛(wèi)生部二〇〇八年一月四日），由衛(wèi)生部、發(fā)改委規(guī)劃各省配置數(shù)量。欲購置PET/CT及回旋加速器的醫(yī)療機(jī)構(gòu)向省級衛(wèi)生行政部門提出申請，省級衛(wèi)生行政部門審核同意報衛(wèi)生部，衛(wèi)生部批復(fù)，有效期為2年。設(shè)備安裝、調(diào)試、驗收合格后，省級衛(wèi)生行政部門審核通過，轉(zhuǎn)報衛(wèi)生部，衛(wèi)生部制發(fā)甲類《大型醫(yī)用設(shè)備配置許可證》。

按照《2008-2010年全國正電子發(fā)射型斷層掃描儀配置規(guī)劃》（衛(wèi)辦規(guī)財發(fā)〔2008〕89號，衛(wèi)生部辦公廳國家發(fā)展改革委辦公廳2008年5月13日），根據(jù)PET-CT的配置數(shù)量規(guī)劃回旋加速器的配置數(shù)量，按照1臺回旋加速器生產(chǎn)的放射性核素至少可滿足2～3臺PET-CT的工作需要，確定回旋加速器配置數(shù)量。我國相關(guān)調(diào)查顯示[2]，到2009年，我國大陸裝備PET及PET/CT 118臺，用于生產(chǎn)PET、PET/CT用正電子核素的回旋加速器65臺，PET、PET/CT數(shù)量與回旋加速器的數(shù)量比為1.8∶1。

1.2 配置需滿足的條件

按照《2008-2010年全國正電子發(fā)射型斷層掃描儀配置規(guī)劃》的要求，配置PET-CT及回旋加速器應(yīng)符合以下要求∶三級甲等醫(yī)院或相當(dāng)于三級甲等醫(yī)院規(guī)模和水平的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。綜合醫(yī)院床位數(shù)在1000張以上，日門急診量不少于3500人次，具有實力較強(qiáng)、水平較高的腫瘤科、心臟科、神經(jīng)科、胸外科和影像科。腫瘤、心血管等?？漆t(yī)院床位在500張以上，日門急診量不少于800人次，或年手術(shù)量不少于5000臺。設(shè)置獨立的核醫(yī)學(xué)科，成立時間5年以上，具備較高的核醫(yī)學(xué)診療水平。裝備并使用SPECT不少于3年，近3年每年臟器顯像例數(shù)不少于2000人次。具有較高水平的核醫(yī)學(xué)專業(yè)、醫(yī)學(xué)工程和影像專業(yè)技術(shù)人員。學(xué)科負(fù)責(zé)人具有高級臨床專業(yè)技術(shù)職稱，至少具有5年以上核醫(yī)學(xué)專業(yè)工作經(jīng)驗。非營利性醫(yī)療機(jī)構(gòu)不得以合作、貸款等融資形式購置。

1.3 人員配備要求

在《醫(yī)療機(jī)構(gòu)制備正電子類放射性藥品質(zhì)量管理規(guī)范》（國家食品藥品監(jiān)督管理局中華人民共和國衛(wèi)生部，國食藥監(jiān)安[2006]4號）、《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》（國家環(huán)境保護(hù)總局令 第31號，2006年）、《核發(fā)“放射性藥品使用許可證”驗收標(biāo)準(zhǔn)》（國食藥監(jiān)安[2003]199號）及《大型醫(yī)用設(shè)備配置與使用管理辦法》（衛(wèi)規(guī)財發(fā)[2004]474號）中，對PET/CT正電子藥物中心的工作人員均有相關(guān)的要求，綜合上述文件中的要求，醫(yī)療機(jī)構(gòu)用回旋加速器及合成裝置生產(chǎn)放射性藥物至少應(yīng)具備2名工作人員，1名物理人員，負(fù)責(zé)質(zhì)控、防護(hù)、劑量及設(shè)備；1名化學(xué)人員負(fù)責(zé)放射性藥物制備等相關(guān)工作。并且要接受崗位培訓(xùn)，取得《大型醫(yī)用設(shè)備上崗合格證》NMI（核醫(yī)學(xué)影像）物理師及NMI化學(xué)師的資格。

2 回旋加速器的選型

為了選型采購，首先了解回旋加速器的工作原理、組成及技術(shù)指標(biāo)，然后根據(jù)具體需求及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行選型。

2.1 回旋加速器的工作原理與組成

不同型號的回旋加速器結(jié)構(gòu)有較大的差異，但其基本工作原理與組成是相同的。

2.1.1 回旋加速器的基本構(gòu)造及工作原理

回旋加速器的核心部件為D形盒，在早期的設(shè)計中它的形狀有如扁圓的金屬盒沿直徑剖開的兩半，每半個都像字母“D”的形狀，因而得名“D盒”。兩D盒之間留有窄縫，中心放置離子源提供被加速的帶電粒子，目前最常用的為負(fù)氫離子（1個質(zhì)子，周圍2個電子）。兩D盒之間接上交流電源，在縫隙里形成一個交變電場，用于對帶電粒子加速。由于金屬D盒的電屏蔽效應(yīng)，在每個D盒內(nèi)的電場為零。D盒裝在一個大真空容器里，并位于巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場中，磁場方向垂直于D盒表面，用于使帶電粒子在D盒中回旋運動?，F(xiàn)代加速器中，D盒不再是“D”形，收縮為扇形，但仍稱為D盒，個數(shù)可以是2個、4個，加速的縫隙因而也有多個。由離子源發(fā)出的帶電粒子在兩D盒縫隙中被電場加速進(jìn)入D盒內(nèi)，在洛侖茲力作用下轉(zhuǎn)向做圓周運動再次來到D盒縫隙，調(diào)整交變電場的頻率使其這時電場的方向正好使粒子再次加速，隨后進(jìn)入另一邊的D盒內(nèi)作圓周運動，再次轉(zhuǎn)向來到D盒縫隙，再次加速。保證粒子每次通過D盒縫隙均被加速的條件是∶交變電場的頻率fD為帶電粒子的回旋頻率fC的整倍數(shù)h∶fD=h fC，h稱為諧波數(shù)。被加速到一定能量的粒子，被引到靶上，與靶物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生需要的放射性核素[3-4]。對負(fù)氫離子回旋加速器，引出時通過剝離膜，被剝?nèi)?個電子，轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，在磁場中的運行軌道將向相反的方向偏轉(zhuǎn)被引出。目前臨床最常用的正電子核素18F ，其靶物質(zhì)為氧-18水（18O-H2O），產(chǎn)生18F的核反應(yīng)為18O（p，n）18F，獲得18F同時還產(chǎn)生中子[3-4]。

2.1.2 回旋加速器的組成及功能

用于生產(chǎn)正電子核素的回旋加速器主要由以下10個大系統(tǒng)組成[3-4]。

（1）磁場系統(tǒng)由線圈、鐵磁體和電源系統(tǒng)構(gòu)成。為加速粒子提供做圓周運動的磁場。

（2）射頻系統(tǒng)（RF）RF有二個功能∶一是提供加速電場；二是提供從離子源中拉出離子的電場。它主要由RF諧振腔、RF電源發(fā)生器和RF饋通電纜三個子系統(tǒng)構(gòu)成。

（3）離子源系統(tǒng)離子源系統(tǒng)的功能∶產(chǎn)生帶電粒子，為加速器提供離子束。加速器許多性能指標(biāo)（如束流強(qiáng)度、發(fā)射度、能散度、離子種類等）主要取決于離子源系統(tǒng)。離子源系統(tǒng)由離子源、離子源電源和氣體管理系統(tǒng)組成。

（4）束流引出系統(tǒng)其作用是改變加速粒子的運行軌道，將其引向靶體。對負(fù)氫離子型回旋加速器，束流引出系統(tǒng)主要包括剝離碳膜、裝載碳膜的圓盤轉(zhuǎn)動器、馬達(dá)等裝置。

（5）靶系統(tǒng)是完成特定核反應(yīng)的裝置。通過特定的核反應(yīng)，產(chǎn)生所需的正電子核素。靶系統(tǒng)由靶載體、靶、控制系統(tǒng)組成。

（6）真空系統(tǒng)為加速粒子的軌道空間提供高真空條件，一方面降低加速束流與氣體分子的碰撞丟失；另一方面對高頻高壓電場提供絕緣條件，避免放電干擾。真空系統(tǒng)一般包括真空室、真空泵、高真空閥和高、低真空計。

（7）冷卻系統(tǒng)包括水冷卻系統(tǒng)和氦冷卻系統(tǒng)。水冷卻系統(tǒng)主要用于從各系統(tǒng)中將熱量帶出，帶出的熱量在二級水冷卻系統(tǒng)中進(jìn)行熱交換，將熱量傳送到初級冷卻系統(tǒng)。氦冷卻系統(tǒng)主要在打靶期間對真空窗和靶窗的Havar箔膜和鈦箔膜進(jìn)行冷卻。

（8）控制系統(tǒng)執(zhí)行加速器的各種程序?？刂葡到y(tǒng)由加速器控制單元、真空控制單元和界面控制單元組成。

（9）自屏蔽裝置有些型號的加速器帶自屏蔽裝置，有的型號沒有自屏蔽裝置，其功能是屏蔽加速器工作時產(chǎn)生的各種射線。

（10）診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)的作用是監(jiān)測分析束流軌道上幾個位置的束流。并發(fā)出調(diào)整優(yōu)化靶束流的指令。

2.2 回旋加速器的主要參數(shù)

回旋加速器主要參數(shù)有下列5類[4]。

2.2.1 粒子能量

粒子能量為粒子能被加速的最高動能。常用單位為兆電子伏特（MeV）。粒子能量是最重要的一個指標(biāo)，能量在8 MeV到20 MeV的加速器能夠提供多種PET/CT用正電子核素，而能量在30 MeV以上的加速器同時可以提供在SPECT種用的放射性核素（例如∶TI-201，Ga-67，In-111等）。通常能量越高，核素的產(chǎn)量越大，其價格也越高。

2.2.2 粒子束流的品質(zhì)參數(shù)

能散度∶束流中粒子能量分散的程度。

發(fā)射度∶束流橫截面尺寸與發(fā)散角的乘積。常用單位是∶毫米?毫弧度。

亮度∶粒子束通過單位截面、單位立體角的束流強(qiáng)度。

束流強(qiáng)度∶單位時間通過的粒子數(shù)或電荷數(shù)。常用單位為微安（μA）。用于生產(chǎn)放射性核素的加速器的束流強(qiáng)度通常為25 μA 到100 μA。通常束流強(qiáng)度越高，核素的產(chǎn)量越大。

2.2.3 磁鋼度

磁鋼度等于磁感應(yīng)強(qiáng)度與最大軌道半徑的乘積。對確定的帶電粒子，磁剛度決定了粒子的最高加速能量。

2.2.4 雙束流打靶

在回旋加速器的不同位置上裝有兩套靶系統(tǒng)，可將束流同時引到兩個不同的靶體上，同時生產(chǎn)相同或不同的兩種核素。這樣，既提高了束流的利用率，又可同時生產(chǎn)同一核素，提高產(chǎn)量，或同時生產(chǎn)不同的兩種核素。

2.2.5 自屏蔽

有自屏蔽可保障在特殊情況下，工作或維修人員需在加速器運行時進(jìn)入加速器室時的輻射安全，且可降低對加速器室墻壁的防護(hù)要求。因此加速器是否帶自屏蔽裝置供選擇也是用戶應(yīng)考慮的一個指標(biāo)。

2.3 機(jī)型

目前商用的生產(chǎn)正電子核素的回旋加速器廠家有多個，每個廠家又有多種機(jī)型，表1為目前我國市場上回旋加速器的廠家及其機(jī)型和主要性能指標(biāo)。

選型是設(shè)備購置最關(guān)鍵的第一步，總的來講，按需選型，即按照各自醫(yī)療機(jī)構(gòu)的具體情況。例如，放射性藥物需求種類及數(shù)量來選擇加速器的性能指標(biāo)，同時考慮醫(yī)療機(jī)構(gòu)自身的價格承受能力。按照我國目前的有關(guān)規(guī)定，醫(yī)療機(jī)構(gòu)不可以直接選擇具體某種型號，只能選擇性能指標(biāo)，根據(jù)該指標(biāo)，制定出標(biāo)書，由招標(biāo)投標(biāo)來確定機(jī)型。

表1 目前我國市場上回旋加速器的廠家及其機(jī)型和主要性能指標(biāo)

2.4 采購

按照《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)醫(yī)療器械集中采購管理的通知》（衛(wèi)規(guī)財發(fā)[2007]208號）要求，甲類大型醫(yī)用設(shè)備集中采購，由衛(wèi)生部統(tǒng)一負(fù)責(zé)組織，按照我國招標(biāo)投標(biāo)法完成采購。

3 放射性藥物合成器

放射性藥物合成器是正電子藥物生產(chǎn)所需的設(shè)備中的第二重要設(shè)備。

3.1 合成器的原理

其原理取決于合成所用的化學(xué)反應(yīng)類型，常用的主要有兩類∶親核反應(yīng)和親電反應(yīng)。

3.2 合成器的組成

放射性藥物合成器一般由氣閥、液閥、反應(yīng)管、加熱器、溶液瓶、真空泵、固相分離柱、檢測器和操作控制系統(tǒng)組成。由于放射的特殊性，合成過程由程序控制自動按流程完成。

3.3 合成器的種類

3.3.1 專用型∶用于合成某種單一藥物，如18F-FDG合成器、15O-H2O合成器等。專用型合成器由于只針對一種藥物設(shè)計，合成過程中的條件固定且可做到最優(yōu)化，故操作簡單，產(chǎn)量較高[4]。

3.3.2 多功能型∶用于合成反應(yīng)類型相同的多種藥物，如18F多功能合成器，可生產(chǎn)由18F親核反應(yīng)合成的18F-FDG、18F-FLT、18F-FMISO等；11C多功能合成器，可生產(chǎn)由11C標(biāo)記的多種藥物。多功能合成器由于要針對多種藥物設(shè)計，合成中的條件是可調(diào)的，由于需要照顧到多種條件，有一些難以做到最優(yōu)化，產(chǎn)量會較專用型低[5]。

3.4 合成器的技術(shù)參數(shù)

3.4.1 合成效率∶反映正電子核素的標(biāo)記率，即生成藥物的總放射性活度與投入核素總活度的比值，此值越高越好。

3.4.2 放射化學(xué)純度∶是指以特定化學(xué)形態(tài)存在的放射性活度與藥物總活度的比值。此值越高越好。

3.4.3 合成時間∶是指整個合成過程所需的時間。時間越短越好。

3.4.4 合成成本∶合成一次的耗材成本。

3.4.5 合成的藥物種類∶這一參數(shù)只對多功能合成器而言。

3.4.6 連續(xù)合成次數(shù)∶這一參數(shù)只對專用型合成器而言。是指無需人工干預(yù)可連續(xù)使用的次數(shù)。由于完成一次合成后，合成箱內(nèi)的高放射性殘留使人工清理很危險，需要等待核素衰變，一般到第二天才可開箱清理使用?？啥啻芜B續(xù)合成的設(shè)備除具有一次準(zhǔn)備耗材可多次使用的功能外，還要有自動清洗功能。

采購除需考慮上述技術(shù)參數(shù)外，還應(yīng)考慮操作、日常維護(hù)是否簡單；自動/手動設(shè)置是否可選；有否內(nèi)置攝像頭觀察反應(yīng)過程等。

3.5 合成器的生產(chǎn)廠家

目前在我國市場上，除回旋加速器的廠家都有自己的配套合成器外，還有我國北京派特生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的自主品牌的合成器。

4 其它配套設(shè)備

建立正電子放射性藥物生產(chǎn)中心，除回旋加速器和放射性藥物合成器兩大主要設(shè)備外，還需要許多配套儀器和器械，其清單如表2所示。

表2 制備放射性藥物的配套儀器和裝置

[1]陳盛祖.PET/CT技術(shù)原理及腫瘤學(xué)應(yīng)用[M].北京∶人民軍醫(yī)出版社，2007.

[2]李亞明，陳英茂，田嘉禾.全國PET/CT(PET)配置與使用情況調(diào)查簡報[J].中華核醫(yī)學(xué)雜志，2009，29(4)∶282-283.

[3]王海兵，陳英茂，尹吉林.回旋加速器技術(shù)探析及展望[J].中華核醫(yī)學(xué)雜志，2009，29(6)∶282-283.

[4]陳英茂.全國醫(yī)用設(shè)備使用人員上崗資質(zhì)考試指南——核醫(yī)學(xué)物理師化學(xué)師分冊[M].北京∶中華醫(yī)學(xué)會繼續(xù)教育部，2008∶139-140.

[5]田嘉禾.PET、PET/CT診斷學(xué)[M].北京∶化學(xué)工業(yè)出版社醫(yī)學(xué)出版分社，2007∶195.