放射性薄层扫描仪检测用参考源研制与性能测试

宋家斑 韩刚 忻智炜 陆小军 李小双 何林锋 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

核技术与核医学诊疗技术发展迅速，放射性溶液在放射性药物研发、临床医学诊断等方面应用日趋广泛。用于正电子发射断层显像（PET）的放射性标记药物是一种特定的放射性溶液，其纯度直接影响PET-CT的图像质量，是质控的关键因素。因此，在核医学应用中准确测量放射性药物纯度具有重要意义。

放射性药物在制备过程中，会伴随产生游离态的放射性核素。此类游离态核素并无放射性药物的效果，且无法在剂量测定过程中剔除，因此，被定义为杂质。核医学科通常使用放射性薄层扫描仪测定杂质含量，通过碘化钠闪烁体或者塑料闪烁体探头，检测以硅胶薄层板为支持体，经展开剂展开后的放射性药物，按目标区域放射性粒子积分面积占总积分面积的百分比来确定放射性药物纯度[1-2]。

目前，在各型号的放射性薄层扫描仪中，只有Eckert＆Ziegler生产的型号为AR-2000的设备配备用于自检的14C测试板，主要用于重复性与相对位置的检查，不能用于放射性药物纯度检测。厂商和医院缺少有效手段对放射性薄层扫描仪放射性纯度分析性能进行确认，而研制相应的用于性能检测的参考源是解决这一问题的有效途径之一。

1 参考源的制备

1.1 核素选择

最佳的用于性能检测的参考源核素应该与实际使用核素相同，目前在各类用于正电子发射断层显像（PET）的放射性核素标记药物中，最常用的是以18F-氟脱氧葡糖（18F-FDG）及18F-氟化钠为代表的正电子放射性药物[3-4]。然而18F核素半衰期只有109.8 min，不适用于制备用于检测的参考源。

18F在衰变过程中产生正电子，继而与周围的负电子湮灭，放出单一能量为511 keV的γ射线。而137Cs核素γ射线能量为661.66 keV，与18F核素511 keV的γ射线能量相近，且半衰期较长，为30.2 a。使用放射性薄层扫描仪对活度为2×104Bq的18F、137Cs、133Ba、57Co、60Co 等5种放射性核素溶液进行测试，其测量效率分别为4.09%、5.16%、0.99%、0.61%、2.78%。实验结果显示，放射性薄层扫描仪对137Cs 的测量效率与18F最接近，由此选择137Cs为参考核素。

1.2 活度选择

正电子放射性药物制备完成后，立即使用毛细滴管吸取少许，进行纯度测定，此部分药物的放射性活度大约为106～107Bq。由于被测放射性药物活度较大，因此，放射性薄层扫描仪在设计时，不考虑对宇宙射线的屏蔽。在对参考源进行检测时，若其放射性活度过低，天然本底会对检测结果产生较大干扰。实验表明：当放射源活度小于5×104Bq时，由于天然本底累积，检测结果中可能出现杂峰，影响放射性薄层扫描仪对样品纯度的测定，如图1所示。因此，基于辐射实践正当化、防护最优化原则以及使得天然本底对测量结果的影响可忽略，并依据试验结果，选定检测纯度参考源的放射性活度量级为105Bq。

图1 104 Bq 、105 Bq量级放射性参考源检测结果

用于检测最小分辨距离的参考源，只要求放射性薄层扫描仪对放射性区域的定位能力，确定放射性薄层扫描仪可将杂质与放射性药物所在的两个区域区分的最小距离，天然本底计数产生的少量杂峰不足以影响区域定位测量结果，因此，参考源的放射性活度量级为104Bq即可。

1.3 参考源设计制作

放射性药物纯度的检测需要将药物点在硅胶薄层板上，随后使用展开剂展开，杂质与放射性药物因吸附力不同而分离，经过1 min后，药物展开完毕，两者分布于硅胶薄层板的不同区域，随后使用放射性薄层扫描仪对样品进行扫描。因此，用于检测的参考源的设计是将137Cs核素固定在金属板的两个区域中，模拟放射性药物展开后的状态；通过改变目标区域与杂质区域参考源的放射性活度百分比，模拟不同放射化学纯度药品展开后的状态；通过改变两个区域间的距离，确定放射性薄层扫描仪的最小分辨距离。

用于检测纯度的参考源，采用7075型航空铝作为载体，长、宽、高分别为100 mm、20 mm、2 mm，距金属板上、下沿30 mm处，各有两个直径为15 mm，深度为0.5 mm的圆柱形孔洞，圆心处钻一个小孔，深度为0.5 mm，配备两枚直径14.8 mm、厚0.4 mm的金属薄片，如图2所示。

图2 用于纯度检测的参考源设计样式

用于检测最小分辨距离的参考源，以两片为一组，长、宽、高分别为30 mm、20 mm、2 mm，距金属板上沿7.5 mm处，有一个直径为15 mm，深度为0.5 mm的圆柱形孔洞，侧边缘处钻一个小孔，深度为0.5 mm，配备两枚直径14.8 mm，厚0.4 mm的金属薄片，如图3所示。

图3 用于检测最小分辨距离的参考源设计样式

用活度计测定137Cs溶液的放射性比活度，使用移液枪分别按照9∶1、7∶3、5∶5比例，将137Cs溶液滴入纯度检测参考源的小孔中，烘干后在其表面覆盖一层5 μm厚的聚脂膜，再将金属薄片固定在其上方。取1 μL137Cs溶液，滴入用于检测最小分辨距离的参考源的小孔中，然后同样选用聚脂膜覆盖及金属薄片固定[5-6]，如图4所示。

图4 用于检测放射性薄层扫描仪的参考源

2 检测实验与结果分析

2.1 纯度检测

2.1.1 测量偏差

选用Eckert & Ziegler生产、型号为AR-2000的放射性薄层扫描仪对三组检测用参考源进行性能检测，测量时长设置为常规测量时间1 min及最长测量时间5 min，每组实验各重复5次。按式（1）计算放射性薄层扫描仪测得目标区域放射性粒子积分面积所占总积分面积的百分比，按式（2）计算实际占比偏差：

式中：Aij——第i个参考源第j次测得的目标区域占比，%；

n——重复测量次数；

式中：Ai——第i个参考源目标区域实际占比，%；

Li——第i个参考源测得值与实际占比偏差，%

由图5可知，该台放射性薄层扫描仪对参考源的测量偏差为1%，且随着目标区域所占放射性活度比例的提高，测量偏差逐渐减小，该趋势在测量时长为1 min和5 min时保持一致。《中国药典》（四部）[7]要求，正电子放射性药物的杂质占比应小于10%，实验结果表明，对于放射性活度所占比例相差较大的样品，放射性薄层扫描仪的测量准确度更高。

图5 放射性薄层扫描仪测量偏差

当测量时间设置为5 min时，三组参考源测量结果的偏差程度都比只测1 min时更大。放射性薄层扫描仪不具有屏蔽宇宙射线的能力。随着测量时间增加，天然本底在目标区域与杂质区域总计数的增长速度基本一致。由于杂质区域的计数在总计数中所占比例较低，天然本底在杂质区的贡献更大，因此，延长测量时间反而导致了测量偏差的增大。

2.1.2 重复性

按式（3）计算测量结果重复性：

式中：Vi——第i个参考源测量结果的重复性，%

如图6中所示，当测量时长为1 min时，该仪器对参考源的测量结果重复性最高达1.61%。当测量时长为5 min，由于天然本底的累积计数增加，放射性薄层扫描仪的测量结果重复性最低降至0.55%。随着目标区域所占放射性活度比例的提高，其测量结果重复性逐渐降低。此结果也证明，放射性薄层扫描仪对放射性活度占比相差较大的样品的测量准确度更高，与前述的结论保持一致。

图6 放射性薄层扫描仪测量结果重复性

2.2 最小分辨距离检测

检测放射性薄层扫描仪最小分辨距离时，通过游标卡尺准确定位两片参考源之间的距离（一般大于最小分辨距离）。将两者固定于检测平台上，随后不断缩小两者的间距，每缩小一次间距连续测量3次，直至寻找到在某一位置，3次测量结果中既有能区分两个放射性区域又有无法区分两个放射性区域的情况。此时，两片参考源之间的距离即为该台放射性薄层扫描仪的最小分辨距离。

本文所述的测量时，当两块参考源之间的距离为2.5 mm时，测量结果如图7所示。前两次测量时，放射性薄层扫描仪没能区分两个放射性区域。而在进行第三次测量时，成功区分两个放射性区域区，因此，确定该台放射性薄层扫描仪的最小分辨距离为2.5 mm。虽然参考源总放射性活度较低，天然本底的累积计数显现在测量结果中，形成本底区域计数。由于其不影响放射性薄层扫描仪最小分辨距离的测定，该现象可忽略。

图7 距离为2.5 mm时放射性薄层扫描仪测量结果

3 结语

放射性薄层扫描仪作为放射性药物质量控制的关键环节，其性能检测及状态评价需要通过用于检测的参考源来实现。用137Cs核素制作的放射性薄层扫描仪检测参考源，其用于纯度检测参考源的放射性活度量级为105Bq，用于最小分辨距离检测参考源的放射性活度量级为104Bq，适用于放射性薄层扫描仪的检测。检测实验显示，对于放射性活度所占比例相差较大的样品，放射性薄层扫描仪的测量准确度更高，而缩短测量时间，有利于减少天然本底对测量结果的影响。