HM-10HC回旋加速器运行时工作人员辐射剂量分析

何正中，李宁，杨鸿宇，廖光星，罗煜，杨洪，上官光懂，肖国有

1.广西医科大学附属肿瘤医院 核医学科，广西影像医学临床医学研究中心，广西临床重点专科（核医学科；医学影像科），势培育学科（医学影像学科），广西 南宁 530021；2.广西华彦检测技术服务有限公司，广西 南宁 530021

引言

核医学PET/CT 检查在疾病的诊疗中，特别是肿瘤病症的诊疗方面发挥着越来越重要的作用，在心血管疾病、神经疾病及肿瘤等方面显示出重要的应用价值与突出的显像优势[1-8]。近年来，PET/CT（64排及以下）已从甲类大型医用设备降为乙类设备，大大降低普通医院申购难度，PET/CT应用获得飞速发展。随着PET/CT的普及，应用于生产医用正电子放射性核素（用于制备PET/CT显像剂）的医用回旋加速器安装不断增多，相应工作人员和公众的辐射安全与健康成为核医学辐射安全管理的关注焦点。回旋加速器的核心是加速某种带电粒子获得一定能量轰击靶物质，从而实现核反应。在核反应过程中，产生大量电离辐射、中子辐射及电磁辐射，影响工作人员辐射安全与健康。为了保证回旋加速器运行对周围环境和工作人员的辐射安全，本研究对某医院HM-10HC回旋加速器机房、周围工作场所和PET/CT显像剂18F-FDG合成、质控、转运等生产和使用过程进行了辐射监测，通过辐射监测结果分析和讨论医用回旋加速器运行时对周围环境辐射水平和工作人员的受照剂量。

1 研究方法

1.1 HM-10HC回旋加速器运行机制及18F-FDG制备过程

国内大多使用负离子（如H-）医用回旋加速器，主要考虑避免正离子加速与金属电极碰撞产生其他附加辐射。HM-10HC属于氢负离子（H-）加速器，工作原理[8]：高纯度H2气体进入离子源后被电离形成H-，RF射频系统将H-提取出来进入加速器真空腔加速。束流旋转真空腔一周经过2个D形盒得到4次加速。随着束流速度的增加，束流旋转的半径越来越大，此时束流的速度与其旋转半径的比值保持不变，即旋转频率为一个常数，并与电极极性变化频率保持一致。当H-束流被加速至最大能量时（10 MeV），H-束流经过剥离碳膜剥离H-两个电子使之成为质子束流，从而引出加速真空腔，使其撞击重氧水（18O）发生18O（p，n）18F反应而产生18F-。回旋加速器生成的18F-传输至热室，经热室合成标记药物18F-FDG。

18F-FDG合成标记过程[9]如图1所示：加速器生产的18F-经过阴离子交换柱（QMA柱）被HCO3-捕获；捕获的18F-被K2CO3溶液和K2.2.2的乙腈溶液洗脱至反应管内，再与乙腈溶液共沸除水两次；待反应管冷却后向残留物中加入三氟甘露糖的乙腈溶液，再加热至适当温度，混合液发生亲核反应生成乙酰化的18F-FDG；再次加热到一定的温度，除去液体内的乙腈；继续干燥除水至反应瓶微干；冷却后再加入适量适当浓度的NaOH溶液，水解得到粗产品18F-FDG；粗产品经过IC-H柱到PS-2柱再到Al2O3柱后，再过无菌滤膜得到最终产品。以上各反应的制备过程均在密闭的管道中由计算机自动控制合成的，假如计算机检测到某一环节不符合要求，则合成模块自动停止工作，不会发生放射性药品的泄漏。

图1 18F-FDG合成标记示意图[9]

1.2 辐射监测仪器

X-γ辐射剂量仪，型号FH40G+FHZ672E-10，量程：1 nSv/j～100 μSv/h，生产厂家 ：美国 Thermo 公司 ；X-γ辐射剂量仪，型号AT11123，量程：50 nSv/h～10 Sv/h，生产厂家：ATOMTER公司；电磁辐射分析仪，型号NBM-550+EF-0391，量程0.2～300 V/m，生产厂家：德国Narda公司；中子剂量当量率仪，型号FH40G-X(主机)+ FHT762(探头)，量程0.01 μSv/h～100 mSv/h，厂家：美国Thermo公司。所用辐射监测仪器都经常过中国计量科学研究院检测，检定合格。

1.3 医用回旋加速器工作场所监测内容及布点原则

对回旋加速器场所及周围环境进行辐射监测，主要监测内容：X-γ辐射剂量当量率、中子剂量当量率、射频磁场强度、β表面污染；监测频次：1次。根据监测技术规范，在PET/CT中心项目用房四周辐射防护设施（墙体、门、窗）外、医生操作位、机房正上方和正下方房间以及环境敏感点进行监测，并根据现场条件，监测实际情况，合理布点。该新建医用回旋加速器工作场所电离与电磁辐射监测点位布置如图2所示，18F-FDG合成、分装、质控以及转移过程中周围环境辐射剂量监测点位比较，仅提供点位描述。

图2 医用回旋加速器机房电离与电磁辐射监测点位布置图

1.4 监测结果估算工作人员受照剂量

通过辐射监测结果来估算操作工作人员受照剂量是辐射安全评估和职业病防控评价的重要手段，虽然不能准确计算有效剂量值，但是可以进行定性的辐射照射评价。本研究参考其评价方法分析与讨论HM-10HC回旋加速器运行时对工作人员的受照剂量。从偏安全的角度考虑，假设：① 该医用回旋加速器每天正常运行时间为2 h；② 全年为250个工作日；③ 每天合成两批药，每合成一批药的时间约30 min，药品从合成热室到分装热室转移时间约1 min，药品分装时间约5 min；④ 全年质检次数与生产次数相同约500（250×2）次；⑤ 人工进行pH分析、工作人员每次转移药品的过程各需1 min，TLC分析过程约10 min。运行所致的附加年有效剂量参考UNSCEAR-1982年度报告附件B资料[10]进行估算，计算公式如下：

其中，E为外照射人均年有效剂量，mSv； Hr为辐射剂量率，nSv/h；t为辐射照射时间，h。

2 结果

2.1 回旋加速器运行时电离与电磁辐射监测结果

由表1～2监测数据可知，当回旋加速器正常运行时，机房防护门、三侧（东、南、北）墙体外各测点的辐射剂量率比区域环境本底水平稍高；机房西侧、上方大厅的辐射剂量率区域环境本底水平相当。机房中子监测结果满足参照标准《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ 126-2011）[11-12]中对“控制室和加速器机房墙外30 cm处的周围剂量当量率应不大于2.5 μSv/h”的要求。机房周围各测点的电场强度、功率密度均符合评价标准[13-14]。

表1 医用回旋加速器运行状态下机房周围环境剂量监测结果

表2 医用回旋加速器运行状态下机房周围环境的射频电磁场监测结果

2.2 18F-FDG合成、分装、质控以及转移过程中电离辐射及表面污染监测结果

由表3监测数据可知，18F标记物合成、分装、质控的过程中，除热室操作位外，热室周围辐射剂量率比区域环境本底水平稍高；药品在转移过程中，辐射工作人员会受到少量的辐射照射。

3 讨论

根据回旋加速器产生的核反应18O（p，n）18F可知，制备正电子放射性核素18F过程中会伴随中子辐射和电离辐射，有研究工作者[15-17]测量了回旋加速器运行前后机房内的本底辐射剂量率，测量数据表明回旋加速器运行时在打靶处附近辐射剂量要高于其他位置，中子的剂量当量率可达到（1.12±0.06）μSv/h，光子的周围剂量当量率可达到（39.2±17.5）μSv/h；随着远离打靶位置，中子和光子的周围剂量当量率逐渐降低。因此，医用回旋加速器机房设计首先考虑中子辐射和电离辐射的防护，为避免人员误入正在运行的回旋加速器机房，防护门必须安装门机联动锁装置。本研究监测了机房外面周围环境的电离辐射和中子辐射，数据显示，当回旋加速器正常运行时，机房防护门、三侧（东、南、北）墙体外各测点的电离辐射剂量率比区域环境本底水平稍高；机房西侧、上方大厅的辐射剂量率区域环境本底水平相当。加速器操作位辐射剂量率水平比区域环境本底水平稍高。以下根据监测数据推算操作加速器的辐射工作人员所受照射剂量。如表1所示，将回旋加速器控制室操作位的测量值扣除环境本底值后得28 nSv/h，代入式(1)可知，操作工作人员每年因回旋加速器的运行而受到的额外的辐射照射为0.014 mSv。然而该医院配置有4名工程师负责回旋加速器及放射性药物制备，分配到每名操作回旋加速器的工作人员的附加受照剂量实际上低于0.004 mSv。回旋加速器运行生产18F-FDG的时间为医院上班前，不会对公众造成影响。

回旋加速器生产出18F-后，传靶系统将18F-传入电离辐射防护的合成热室进行18F-FDG合成标记，最终获得18F-FDG注射液用于PET/CT显像。这一过程中，18F离开回旋加速器机房，进入热室、分装热室、转移罐、pH分析及TLC检测分析，操作人员与电离辐射近距离接触，有较大的辐射风险。本研究对18F-FDG合成标记及转运等各个过程进行全程监测，数据显示18F-FDG合成、分装、质控的过程中，除热室操作位外，热室周围辐射剂量率比区域环境本底水平稍高；药品在转移过程中，辐射工作人员会受到少量的辐射照射。

合成人员在放射性核素传输到合成热室之前，先行做好物料配制、合成模块检查等准备工作，在与加速器人员确定放射性核素传输指令后，关闭合成热室防护门，开始控制电脑进行合成。在合成过程中，通过控制电脑查看合成工艺参数，不需要靠近热室观察（控制电脑距离热室约2 m）。热室操作位辐射剂量率与区域环境本底水平相当，工作人员不会因药品合成而受到额外的辐射照射。从合成热室转移到分装热室、分装过程也为电脑控制，不需要人工操作。如表3监测数据所示，从偏安全的角度考虑，将转移过程中分装热室前侧中央测量值（195 nSv/h，扣除区域环境本底后）、分装过程中分装热室前侧中央测值（68 nSv/h，扣除区域环境本底后）及相应操作时间分别代入式(1)，可计算得出，辐射工作人员在以上过程中受到的额外的辐射剂量约为0.004 mSv。质检过程分为自动分装出少量药品、人工进行pH分析、通过硅胶板将药品传至质控操作台、TLC分析等步骤。将pH分析过程中分装热室右手操作点位测量值（11.63 μSv/h，扣除区域环境本底后）、转移过程中硅胶板上表面5 cm测值（748 nSv/h，扣除区域环境本底后）、TLC分析过程中质控操作台左手操作点位测量值（52 nSv/h，扣除区域环境本底后）及相应操作时间分别代入式(1)，可计算得出，辐射工作人员在以上过程中受到额外的辐射剂量约为0.108 mSv。因此，18F-FDG合成标记、分装、质控及转移等过程中的附加受照剂量为0.112 mSv（0.108+0.004 mSv），分配到每名工作人员的附加受照剂量约为0.028 mSv。

表3 18F-FDG合成、分装、质控及转移过程中周围环境辐射剂量监测结果

除回旋加速器运行时和18F-FDG生产过程中工作人员接受附加受照辐射剂量外，回旋加速器定期维护时，打开回旋加速器屏蔽体、更换机器生产耗材（靶膜、碳膜、真空膜等损耗品）、靶室超声清洗等操作时会产生大量的辐射，特别是更换下来的废弃膜等金属放射性废物，存在大量中、长半衰期放射性元素。已有多篇文献对其进行报道和分析[18-21]，对工作人员的辐射安全有一定影响。本研究中从辐射安全考虑，回旋加速器定期维护工作交由生产厂家进行合理计划和专业的维护安排，避免使用部门和回旋加速器操作人员受到过多的辐射剂量。

4 结论

随着PET/CT应用的快速普及，回旋加速器和正电子药物的需求也迅速增加，相应工作人员和公众的辐射安全与健康成为核医学辐射安全管理的关注焦点。本研究表明，HM-10HC回旋加速器运行和18F-FDG生产过程，电离辐射、电磁辐射及中子辐射监测均符合相应的环境管理要求，工作人员接受的附加年有效剂量远低于职业人员年剂量管理约束值（连续5年内的年平均有效剂量不应超过20 mSv，任一年内的有效剂量不应超过50 mSv），符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）[22]的要求。回旋加速器属于Ⅱ类射线装置，需要配置专业的核医学工程师，执行严格的设备管理制度及实行定期保养维护；从事正电子放射性药物的合成和使用工作，还必须熟练掌握放射性药物操作规范和流程。这样才能保证回旋加速器良好的运行状态，提高机房周围环境的辐射安全和避免操作人员接受附加受照剂量，消除医护人员和公众对核医学辐射的恐慌心理。