田 健 霍 力 李 方 巴建濤*
簡(jiǎn) 訊
新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與研究*
田 ?、?霍 力① 李 方① 巴建濤①*
目的:設(shè)計(jì)新型正電子放射性藥物取用、轉(zhuǎn)運(yùn)及注射防護(hù)裝置,降低核醫(yī)學(xué)工作人員職業(yè)照射劑量。方法:選擇鎢合金作為防護(hù)材料,設(shè)計(jì)為便攜式可分段拆卸的全封閉式注射器(2 ml)防護(hù)裝置,并增加其他相關(guān)配套裝置,測(cè)量對(duì)PET正電子放射性藥物18F-氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)444 MBq(0.5~2 ml)的防護(hù)效能。結(jié)果:全封閉注射防護(hù)裝置針筒防護(hù)套正面有效屏蔽為35 mm Pb。配套轉(zhuǎn)運(yùn)鉛提盒有效屏蔽為10 mm Pb。PET正電子放射性藥物18F-FDG封閉注射防護(hù)裝置注射器針筒防護(hù)套正面30 cm處劑量率為1.5 μSv/h;在距離注射器針筒防護(hù)套后部位置30 cm處劑量率為0.4 μSv/h。設(shè)計(jì)參數(shù)和輻射防護(hù)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期的職業(yè)外照射控制目標(biāo)。結(jié)論:新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置可以有效降低核醫(yī)學(xué)工作者職業(yè)照射劑量,值得推廣。
便攜式防護(hù)儀;正電子顯像劑;放射性藥物;鎢合金
[First-author’s address]Department of Nuclear Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Beijing 100073, China.
用于PET/CT顯像的正電子藥物在化學(xué)合成室(熱室)內(nèi)通過(guò)化學(xué)模塊自動(dòng)合成,經(jīng)熱室內(nèi)機(jī)械手將正電子顯像劑分裝在注射器內(nèi),操作者在熱室內(nèi)完成其操作基本不會(huì)受到放射性輻射,但當(dāng)注射器內(nèi)的顯像劑需從熱室內(nèi)取出轉(zhuǎn)移到注射室內(nèi)給患者注射時(shí),整個(gè)過(guò)程精細(xì)復(fù)雜,人工操作程度高,放射防護(hù)困難,操作者因此而受照劑量大,影響身體健康及周圍環(huán)境。本研究根據(jù)正電子放射性藥物輻射防護(hù)特點(diǎn)和人體工程學(xué)原理,以防護(hù)正電子放射性藥物18F-FDG為目標(biāo),設(shè)計(jì)新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置,改進(jìn)放射性藥物取出、轉(zhuǎn)運(yùn)和注射過(guò)程的職業(yè)照射防護(hù)缺陷,以合理降低工作人員外照射劑量。
1.1 封閉注射防護(hù)裝置材料的選擇
選擇鎢合金作為封閉注射防護(hù)裝置使用材料,鎢的1/10衰減厚度=11 mm,其優(yōu)點(diǎn)在于硬度高,且防護(hù)效能高于鉛材料鉛的1/10衰減厚度=15.4 mm,1 mm厚鎢合金相當(dāng)于1.4 mm Pb的鉛屏蔽的防護(hù)效果[1]。根據(jù)鎢合金屏蔽遮擋的情況,在距屏蔽10 cm處測(cè)定的實(shí)際劑量率,得到鎢合金屏蔽材料的減弱倍數(shù),從放射防護(hù)最優(yōu)化原則考慮實(shí)際鎢合金的設(shè)計(jì)厚度,以滿足屏蔽18F-FDG 511 keV射線能量的要求。
1.2 封閉式注射防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)
封閉式注射防護(hù)裝置每次可盛載一支2 ml18FFDG放射性含量為444 MBq(12 mCi)的一次性注射器,封閉式注射防護(hù)裝置須具備全封閉性的防護(hù)效果,以滿足轉(zhuǎn)運(yùn)、注射時(shí)的防護(hù)要求;同時(shí)可分段拆卸,以滿足放射性藥物置入要求。在注射過(guò)程中身體、四肢和手部無(wú)需直接暴露于放射性藥物表面。放射性藥物轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中鉛提盒的表面輻射劑量率控制值<2.5 μSv/h,以工作人員每日注射18F-FDG 444 MBq≤20次計(jì)算,外照射防護(hù)符合相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)職業(yè)照射防護(hù)的要求,其手部職業(yè)照射劑量的管理目標(biāo)值<50 mSv/年[2-4]。
加速器合成熱室手動(dòng)傳送軌道長(zhǎng)約2 m,安裝于熱室側(cè)門處,由鏈?zhǔn)揭苿?dòng)軌道、手動(dòng)搖推柄及安裝于軌道上的封閉式注射防護(hù)裝置放置底座構(gòu)成,將分裝好放射性藥物的注射器由熱室取出的操作過(guò)程中,距防護(hù)裝置30 cm處表面劑量率應(yīng)<10 μSv/h。
1.3 防護(hù)裝置的使用方法
在熱室側(cè)門處將放射性藥物注射防護(hù)裝置的針頭防護(hù)套插入設(shè)計(jì)的手動(dòng)鏈?zhǔn)絺魉蛙壍赖鬃?,卸掉注射器活塞防護(hù)套。搖動(dòng)并推動(dòng)手柄至熱室側(cè)門處,使封閉注射防護(hù)裝置進(jìn)入熱室遠(yuǎn)端,使用機(jī)械手將帶藥注射器裝入注射器針筒防護(hù)套,依次裝回注射器活塞防護(hù)套并取出放入鉛提盒后轉(zhuǎn)移至注射臺(tái)。工作人員在50 mm Pb“L”型鉛屏蔽后操作,移動(dòng)封閉注射防護(hù)裝置前鎖扣并取下注射器針筒防護(hù)套,采用三通管分別連接帶藥注射器、生理鹽水注射器和靜脈穿刺針,通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)三通完成藥物注射和生理鹽水回沖注射,注射操作結(jié)束后封閉注射防護(hù)裝置轉(zhuǎn)運(yùn)至熱室內(nèi)。
1.4 防護(hù)效能的測(cè)定方法
采用美國(guó)ALERT多功能射線檢測(cè)儀測(cè)量并記錄放射性藥物注射防護(hù)裝置表面輻射劑量率。
2.1 防護(hù)裝置和手動(dòng)鏈?zhǔn)絺魉蛙壍涝O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
防護(hù)裝置由鎢合金注射器針筒防護(hù)套、注射器活塞防護(hù)套及注射器針頭防護(hù)套三段式構(gòu)成,附設(shè)活動(dòng)支架和外防護(hù)鉛提盒(如圖1、圖2所示)。
圖1 放射性藥物注射防護(hù)套組件
圖2 防護(hù)套件與配套轉(zhuǎn)運(yùn)鉛提盒
防護(hù)套組件間通過(guò)相互插入鑲嵌式連接,并通過(guò)鎖扣按鈕固定連接件。該裝置設(shè)計(jì)要求重量適宜,可拆卸,裝置牢固,可操作性強(qiáng),具備PET顯像劑放射性藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和注射防護(hù)功能。其中,注射器針筒防護(hù)套由可自由套入或取出的內(nèi)、外筒套組成,內(nèi)筒套長(zhǎng)度小于外筒套,以方便針頭防護(hù)套插入固定,形成封閉防護(hù);注射器活塞防護(hù)套由注射器活塞防護(hù)套筒及鎢合金推注活塞構(gòu)成,通過(guò)推注活塞推桿推動(dòng)一次性注射器活塞實(shí)現(xiàn)封閉注射。
手動(dòng)鏈?zhǔn)絺魉蛙壍烙蓚鬏旀湕l、手動(dòng)搖柄及推柄、軌道、封閉注射防護(hù)裝置放置底座組成(如圖3所示)。
圖3 手動(dòng)鏈?zhǔn)絺魉蛙壍?/p>
鎢合金材料厚度:全封閉注射防護(hù)裝置針筒防護(hù)套正面有效屏蔽為35 mm Pb,配套轉(zhuǎn)運(yùn)鉛提盒有效屏蔽為10 mm Pb。
2.2 PET正電子放射性藥物全封閉注射防護(hù)裝置外照射輻射水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在距離裝有18F-FDG(444 MBq)的注射器針筒防護(hù)套正面30 cm處和后部位置的劑量率分別為1.5 μSv/h和0.4 μSv/h;距注射器針筒防護(hù)套30 cm的劑量率為0.18 μSv/h;距裝有封閉注射防護(hù)裝置鉛提盒后正面和兩側(cè)10 cm處的劑量率分別為2.1 μSv/h和0.1 μSv/h。注射時(shí)手部暴露距放射性藥物30 cm內(nèi)操作時(shí)間<5 s,瞬間劑量率為321 μSv/h。放射性操作人員上肢年劑量值為2.14 mSv/年,上述測(cè)量結(jié)果符合“電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)”要求,該防護(hù)設(shè)計(jì)方案操作人員手部的年劑量低于該崗位的管理目標(biāo)值,為職業(yè)照射可接受水平[2]。
臨床核醫(yī)學(xué)PET放射性藥物的生產(chǎn)與合成屬于開放型放射性操作,輻射防護(hù)最優(yōu)化要求盡可能使用密封操作代替非密封操作[5]。為減少生產(chǎn)過(guò)程中放射性污染及對(duì)工作人員的職業(yè)照射,均需在大型鉛屏蔽的熱室內(nèi)由相對(duì)封閉的化學(xué)合成模塊完成,其分裝過(guò)程則需要使用熱室內(nèi)的機(jī)械手抓握注射器從產(chǎn)品瓶中抽吸藥物,整個(gè)過(guò)程防護(hù)嚴(yán)密,工作人員接受的輻射劑量低且可控制。但當(dāng)從熱室內(nèi)取出帶放射性的注射器時(shí)須向下開啟熱室鉛屏蔽門,會(huì)接受到較多來(lái)自熱室內(nèi)的外照射。
正電子顯像劑注射操作過(guò)程需要3~4 min停留時(shí)間,其職業(yè)照射的劑量貢獻(xiàn)值大小取決于所使用的放射性藥物活度、源距離,停留時(shí)間及屏蔽程度[6]。其職業(yè)照射的劑量當(dāng)量率通?!?5 μSv/h[7]。因放射性藥物的操作活度、累計(jì)時(shí)間和距離相對(duì)固定,注射時(shí)屏蔽防護(hù)的有效性至關(guān)重要。據(jù)報(bào)道,手部無(wú)任何防護(hù)措施操作時(shí)所接受的輻射劑量為:①分裝時(shí)左、右手分別為3000 μSv/h、600 μSv/h;②注射時(shí)為600 μSv/h[8]。操作者注射時(shí),距離放射源30 cm處無(wú)防護(hù)分裝、注射時(shí)接受的劑量約為196 μSv/d[9]。傳統(tǒng)的注射器開放注射方法,暴露面積大,鉛防護(hù)注射臺(tái)雖可屏蔽操作者頭部和軀干的大部分射線,但近距離操作時(shí)工作人員上肢仍會(huì)接受較大劑量的輻射。
新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置采用鎢合金材料,與目前國(guó)外放射防護(hù)器材常采用的金屬相同,其優(yōu)點(diǎn)是可有效地減小體積,便于操作[10]。注射放射性藥物時(shí)其獨(dú)特的三段式“航天器”推入對(duì)接方法以及一鍵式鎖扣固定方法,操作省時(shí)省力,極大地縮短操作時(shí)間,目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)報(bào)道[11-14]。注射器內(nèi)外防護(hù)筒設(shè)計(jì)和收入或推出操作可有效減少放射性藥物的暴露。右手使用鎢合金的注射器推柄推注活塞,可避免手部接觸放射性藥物,而折疊鎢合金推柄能夠防止誤推放射性藥物。連接醫(yī)用三通回推生理鹽水沖洗殘余藥物,保證進(jìn)入患者體內(nèi)的劑量準(zhǔn)確。整個(gè)注射操作過(guò)程可單手交替操作,除左手短暫裝卸、轉(zhuǎn)動(dòng)三通接觸放射性藥物外,實(shí)現(xiàn)全封閉藥物取出、轉(zhuǎn)運(yùn)和注射操作。與全封閉注射防護(hù)裝置配套的鉛提盒配套使用可將放射性藥物屏蔽至空氣本底水平。通過(guò)合成熱室內(nèi)增設(shè)的活動(dòng)鏈?zhǔn)交墝?shí)現(xiàn)操作者于遠(yuǎn)端取用帶藥注射器防護(hù)裝置,降低其輻射劑量。
本研究表明,使用新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置及相關(guān)配套設(shè)備后,在距離裝有18F-FDG(444 MBq)30 cm處,注射器針筒防護(hù)套正面、后部劑量率為0.18~1.5 μSv/h,明顯低于傳統(tǒng)注射方法。轉(zhuǎn)運(yùn)及分裝過(guò)程中接受的劑量率為0.1~2.1 μSv/h,表明該裝置可有效降低工作人員的輻射劑量,尤其是手部的輻射劑量。雖然操作時(shí)手部仍會(huì)瞬間近距離暴露于放射源下,但與國(guó)外自動(dòng)注射裝備相比其操作者接受輻射劑量小[15]。因此,本研究所設(shè)計(jì)的新型便攜式正電子放射性藥物防護(hù)裝置全過(guò)程使用簡(jiǎn)單、方便和省時(shí),放射性藥物始終處于封閉防護(hù)狀態(tài),配合雙屏蔽注射臺(tái)使用防護(hù)效果明顯,值得推廣。
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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
國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81071188)“用于原發(fā)性肝癌早期診斷和療效監(jiān)測(cè)的PET/CT動(dòng)態(tài)圖像采集及處理模式研究”
①中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 北京 100730
*通訊作者:bajiantao@sina.com
田健,男,(1963- ),本科學(xué)歷,主管技師。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,研究方向:核醫(yī)學(xué)技術(shù)與防護(hù)。