“分子成像”中的“超級偵探”

碳-11 是碳的人造放射性同位素之一，半衰期為20.38 分鐘。用碳-11 標(biāo)記的放射性藥物在核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，其中最早的應(yīng)用是把碳-11 標(biāo)記的一氧化碳用于血紅細(xì)胞研究。作為正電子核素，碳-11 可廣泛應(yīng)用于氨基酸、脂肪酸、受體的配體和神經(jīng)遞質(zhì)等的分子標(biāo)記。

用碳-11 標(biāo)記的PET 顯像劑可用于探查腫瘤、腦血流、蛋白質(zhì)合成以及神經(jīng)遞質(zhì)功能活動， 在基礎(chǔ)科學(xué)和臨床研究中具有非常重要的意義。那么，什么是PET 呢？ PET 是英文“Positron Emission Tomography”的縮寫，其含義是“正電子發(fā)射斷層成像”。其原理是將注射到生物體內(nèi)的PET 影像探針上的正電子核素通過β+ 衰變釋放一個正電子，該正電子與附近的一個負(fù)電子發(fā)生湮滅，產(chǎn)生一對反方向的γ 射線，這些信號被PET 掃描儀捕捉后，通過計算機處理就可以得到圖像。

PET 是目前最有前途的顯像技術(shù)之一，可廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。常規(guī)的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（如X 射線和核磁共振等）大多提供的是結(jié)構(gòu)和解剖學(xué)信息，而PET 顯像則是通過正電子核素標(biāo)記的影像探針分子提供生物功能方面的信息。

現(xiàn)在， 大多數(shù)獨立的PET 成像系統(tǒng)已經(jīng)被混合PET-CT（正電子發(fā)射斷層成像- 計算機斷層掃描一體化成像）所取代。PET-CT 對研究生命的生物過程、疾病的早期診斷以及腫瘤的鑒別、診斷分期與療效評估等都具有重要的意義。

分子影像探針的作用， 就在于在影像檢查中能夠“點亮”所有的病灶，這樣在診斷時才不會漏掉某些微病灶?？磥恚琍ET 的發(fā)展離不開影像探針分子的發(fā)展。常用的正電子核素除了碳-11 之外，還有氧-15、氮-13 和氟-18 等。運載這些正電子核素的示蹤藥物為生命的基本物質(zhì)，如葡萄糖、水、氨基酸以及藥物等。

氟-18 一向被譽為核醫(yī)學(xué)的“診斷專家”。它是通過回旋加速器生產(chǎn)的同位素，半衰期為109.8 分鐘。氟-18 可以搭載在“糖衣炮彈”（18F-FDG）上進(jìn)入人體，從而完成“示蹤顯像”的使命。“18F-FDG”的中文名為“氟-18- 氟代脫氧葡萄糖”，F(xiàn)DG（氟代脫氧葡萄糖）為葡萄糖的類似物，其在人體內(nèi)的代謝方式和葡萄糖幾乎一致。

與PET 影像技術(shù)相比，SPECT 設(shè)備的普及率更高， 臨床檢測費用更低。那么， 什么是SPECT 呢？ SPECT 為英文“Single-Photon Emission ComputedTomography”的縮寫，翻譯成中文為“單光子發(fā)射計算機斷層成像”?，F(xiàn)在，單一的SPECT 顯像逐漸被SPECT-CT 所取代，并成為目前最先進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備之一，是進(jìn)行活體疾病診斷和新藥研發(fā)的理想工具。

我國首個核醫(yī)學(xué)腫瘤顯像診斷1 類新藥“99mTc-3PRGD2”， 是國際上第一個用于SPECT 顯像診斷的廣譜腫瘤顯像劑?！?9mTc-3PRGD2”指的是“锝-99m（99mTc）肼基煙酰胺聚乙二醇雙環(huán)RGD肽注射液”， 這是我國自主研發(fā)的、以锝-99m 為示蹤劑的放射性核素偶聯(lián)藥物。作為顯像劑或示蹤劑進(jìn)入人體后，锝-99m（99mTc）能夠聚集于特定的正常臟器組織或病變組織，并發(fā)射出具有一定穿透力的γ 射線， 通過SPECT 對這些光子進(jìn)行探測和記錄，就可以獲得臟器組織或者病變部位的功能圖像信息。

锝-99m 本身所具有的理化性質(zhì)決定了其作為顯像劑的良好特質(zhì)，因此在核醫(yī)學(xué)診斷、治療等方面扮演著極其重要的角色。锝-99m 在顯像檢查中可用于全身骨掃描、肺灌注顯像、腎動態(tài)顯像以及心肌灌注顯像等，被譽為核醫(yī)學(xué)診斷的“萬能核素”。

“隔山打牛”的無形之“刀”

在放射治療領(lǐng)域， 我們聽到最多的可能要數(shù)伽瑪?shù)读?。其實，伽瑪?shù)峨m然叫“刀”，但它卻不是真正的手術(shù)刀。“伽瑪”指的是伽瑪射線（γ 射線），伽瑪?shù)妒且环N利用高能伽瑪射線進(jìn)行精確放射治療的高科技設(shè)備。那為什么稱伽瑪射線為“刀”呢？這是因為從鈷-60 源發(fā)出來的γ 射線具有很高的穿透力和定向性，只要將其焦點對準(zhǔn)病變的部位，就可以像手術(shù)刀一樣準(zhǔn)確地摧毀病灶，所以稱其為“刀”也就不足為怪了。

從專業(yè)角度來講，伽瑪?shù)兜膶W(xué)名叫“伽瑪射線立體定向放射治療系統(tǒng)”。它通過將患者置于一個由多個鈷-60 源組成的球形裝置中，以保證各個方向的射線集中聚焦到患者腫瘤或其他病變區(qū)域。

為了確保治療的精準(zhǔn)性，治療前需要用立體定位系統(tǒng)對患者病灶進(jìn)行定位。這個立體定位系統(tǒng)有一個特制的坐標(biāo)系。患者被立體定位系統(tǒng)相對固定后， 通過CT和MRI 對病灶進(jìn)行斷層掃描，可以顯示患者病灶與坐標(biāo)系各參照點的相對位置。

作為一種先進(jìn)的放射治療設(shè)備，伽瑪?shù)稙樵S多難治性疾病的患者提供了一種新的治療選擇。與手術(shù)治療相比，伽瑪?shù)秾儆谝环N非侵入性的治療方式，能夠減少手術(shù)風(fēng)險和患者恢復(fù)時間。

伽瑪?shù)兜闹饕獞?yīng)用范圍包括腦瘤、帕金森病、癲癇以及顱內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤、腦膜瘤等。伽瑪?shù)犊梢酝ㄟ^調(diào)整射線的能量和方向來適應(yīng)不同大小和位置的病灶，并且可以實現(xiàn)毫米級別的精度。

放射治療還有許多無形之“ 刀”，并與伽瑪?shù)兑黄鹜衅鹆朔派渲委熯@片天空。那么， 這些無形之“ 刀” 主要有哪些呢？

射波刀 射波刀為X 射線立體定向放射外科治療系統(tǒng)，是一種先進(jìn)的精準(zhǔn)放療利器。射波刀將“智能交互式機器人”和“影像導(dǎo)航技術(shù)”引入到腫瘤放射治療領(lǐng)域，可以實時跟蹤患者體內(nèi)的腫瘤位置、正常器官位置以及呼吸運動等信息，并同步反饋給“智能交互式機器人”。

射波刀可將高劑量的X 射線精準(zhǔn)地從三維空間1200 個方向上聚焦到腫瘤病灶，誤差精度可控制在“亞毫米級”。

托姆刀 托姆刀也被稱為“螺旋光子刀”，是利用螺旋CT 與直線加速器結(jié)合、在CT 引導(dǎo)下360 度聚焦斷層、照射腫瘤的技術(shù)，適用于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜或特殊的腫瘤。托姆刀可以化繁為簡， 多個病灶一次完成，并且在最大限度保護(hù)正常組織的同時，可以較大幅度地提高腫瘤組織的照射劑量，降低并發(fā)癥的發(fā)生率和整體治療費用。

速鋒刀 速鋒刀又稱“放射手術(shù)腫瘤治療系統(tǒng)”，是迄今為止最先進(jìn)的腫瘤無創(chuàng)清除和立體定向放射治療技術(shù)。速鋒刀在精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上可以360 度旋轉(zhuǎn)，因此可以全方位、實時動態(tài)追蹤腫瘤位置；患者腫瘤位置發(fā)生變化時，放療照射也同時追蹤變化。速鋒刀可以將放療的精準(zhǔn)度提升到“亞毫米級”。

質(zhì)子刀 質(zhì)子刀的本質(zhì)就是放療，是目前最為先進(jìn)的腫瘤放療技術(shù)。質(zhì)子射束就像“穿甲彈”一樣直達(dá)腫瘤細(xì)胞并實施精準(zhǔn)的“定點爆破”，精度可達(dá)毫米級。質(zhì)子射束可以實現(xiàn)對癌細(xì)胞的最大化打擊，并顯著減少體表組織和正常器官受到的輻射劑量。

重離子刀 重離子放療用的射線主要是碳離子，和質(zhì)子放療用的質(zhì)子射線是不同的。光子放療和質(zhì)子放療對腫瘤DNA的效果是以單鏈斷裂為主，而重離子放療則是以雙鏈斷裂為主，這樣對腫瘤的殺滅效果會更好。碳離子到達(dá)腫瘤部位后，立即釋放出幾乎全部的能量，因而能有效殺滅腫瘤細(xì)胞，并幾乎不損傷周圍的正常組織。

造福于民的“綠色加工”

作為民用非動力核技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，輻照加工指的是采用電離輻射對材料進(jìn)行加工處理的一種工藝過程。這里所說的“電離輻射”，通常采用的是γ 射線、電子束以及X 射線等。這里所說的“材料”可以是高分子材料，也可以是化工產(chǎn)品、食品、生物制品等。輻照加工體系中無需催化劑和化學(xué)物質(zhì)，因此被譽為“綠色加工技術(shù)”。電離輻射可以改善某些高分子材料的物化性質(zhì)，從而提高其應(yīng)用價值。在聚合物輻照改性中，主要包括聚合物的輻照交聯(lián)、輻照裂解和輻照接枝等過程。

輻照交聯(lián)形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可使聚合物具有不易熔融和難溶于溶劑等性質(zhì)。如低密度聚乙烯在輻照交聯(lián)前熔融溫度為115 ～ 125 ℃， 而輻照交聯(lián)后250 ℃ 時仍能保持其外形不變，且物性會變得柔順而有彈性，其絕緣性、耐腐蝕性、耐沖擊性等性能也得以大幅度提高。這種聚乙烯材料經(jīng)過輻照交聯(lián)之后品質(zhì)得到了極大改善，可廣泛應(yīng)用于電線電纜絕緣層、泡沫塑料、熱收縮管等方面。

輻照裂解又稱輻照降解， 指的是在電離輻射作用下高分子主鏈發(fā)生斷裂的過程。輻照裂解可以使聚合物的分子量和熔融溫度降低，并提高其在溶劑中的溶解度。如聚四氟乙烯經(jīng)過輻照裂解之后，可裂解為幾個微米的超細(xì)粉，這是一種摩擦系數(shù)很低的固體潤滑劑。

作為對原有材料進(jìn)行輻照改性的有效手段之一，輻照接枝在研制優(yōu)質(zhì)新材料方面具有重要的意義。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著人造器官的涌現(xiàn)，對高分子材料的性能提出了更高的要求。比如，為了改善聚合物的抗血凝性，減少血栓的生成，通常需要對聚合物進(jìn)行輻照接枝改性。有研究機構(gòu)利用輻照改性技術(shù)把不同官能團(tuán)引入聚丙烯膜表面，從而提高了聚丙烯膜的血液相容性，可應(yīng)用于人工肺等應(yīng)用場合。

輻照硫化橡膠的問世，顯示了輻照加工的巨大潛力。輻照硫化指的是天然膠乳或橡膠分子在輻射作用下所發(fā)生的交聯(lián)反應(yīng)，與橡膠硫化的過程非常類似。輻照硫化的優(yōu)勢在于不需要添加硫化劑和促進(jìn)劑等助劑，因此可避免傳統(tǒng)化學(xué)熱硫化法造成的材料性能下降等問題。輻照硫化橡膠具有優(yōu)良的耐臭氧、耐老化、耐磨損、耐疲勞等性能，極大地提升了其應(yīng)用價值。

“核惠民生”的公共視野

在崇尚生態(tài)文明的今天， 核技術(shù)在環(huán)境治理和公共安全等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用空間。環(huán)境污染危害極大，直接影響居民的幸福指數(shù)。如何治理環(huán)境污染，是核技術(shù)應(yīng)用的重點領(lǐng)域。

在大氣治理方面， 大氣中的主要污染物為硫化物和氮化物，應(yīng)用電子束輻照技術(shù)凈化多種污染氣體，已經(jīng)成為我國大氣環(huán)境治理的有效途徑之一。

在廢水處理方面， 我國利用輻照技術(shù)在生活污水和工業(yè)廢水處理方面積累了豐富的經(jīng)驗。高能射線的照射能夠有效殺滅水體中的病毒、細(xì)菌等有害微生物，繼而降低廢水中的生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）。

在污泥處理方面， 利用電離輻照可有效去除污泥中的細(xì)菌與寄生蟲，還能有效改變污泥的膠體狀態(tài)，達(dá)到脫水、除臭、沉淀的目的。污泥進(jìn)行輻照處理以后，可作為土壤改良劑來改良土壤。對于啤酒廠產(chǎn)生的污泥，輻照處理之后還可以用作魚飼料。

在工業(yè)固體廢物處理方面，主要采用的是核輻照廢物處理技術(shù)與等離子體廢物處理技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品加工廠的垃圾廢物經(jīng)輻照處理后，可用于動物飼料或農(nóng)業(yè)肥料。對于廢紙、稻草、木屑等固體廢物，經(jīng)輻照處理后，可讓其發(fā)酵及糖化而產(chǎn)生酒精。

對于核燃料來講，利用核燃料循環(huán)技術(shù)可將使用過的核燃料進(jìn)行回收、處理和再利用，以減少核廢料的產(chǎn)生和放射性污染。這對于實現(xiàn)核能資源利用的最大化以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的意義。

安檢設(shè)備在機場、車站、港口等公共場所的廣泛應(yīng)用，極大地提升了廣大人民群眾的乘坐安全感。利用X 射線安檢機、γ 射線探傷機等裝備來檢查行李、貨物等是否攜帶違禁品或危險物品，具有安全可靠、即時完成的優(yōu)勢。

以同位素與輻射技術(shù)為內(nèi)容的核技術(shù)，正在成為支撐國民經(jīng)濟各領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的重要手段。特別是“核惠民生”的推動，更是把核技術(shù)與普通民眾的“衣、食、住、行、用”關(guān)聯(lián)了起來，使無形的核技術(shù)變成了人們生產(chǎn)和生活中的“得力助手”。

【責(zé)任編輯】蒲 暉

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