耿建华 陈英茂 陈盛祖 田嘉禾

PET/CT是一种新型医学影像设备，它将PET及CT的优势融为一体，近年发展迅速。PET通过符合探测正负电子对湮没辐射的两个反方向飞行的光子而成像[1]。正电子是带负电荷的电子的反物质，是由一类放射性核素（称为正电子核素）衰变产生的，而回旋加速器就是生产这类正电子核素的设备。另外PET图像反映体内的代谢情况，这需要将正电子核素带到体内需要检查的部位，实现这一点的方法是将正电子核素标记到某种参与体内代谢的物质上，形成放射性药物（也称显像剂、放射性示踪剂），而完成标记的设备就是放射性药物合成器（也称合成模块）。可见只有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药物合成器。此外，从放射性药物的生产到最终用于临床还需要许多辅助设备，如放射性药物质控、分装、防护设备等。这一切构成了一个生产正电子放射性药物的微型工厂，虽然产量不大，但五脏俱全。本文围绕这一微型工厂，就国家有关政策、人员需求、主要设备的工作原理、组成、技术指标及选型采购、配套设备清单等进行了讨论，为医疗机构建立正电子放射性药物生产中心提供参考。

1 配置许可

在正电子药物生产所需的设备中，回旋加速器是最重要最昂贵的设备。按照我国《大型医用设备配置与使用管理办法》（卫规财发[2004]474号，卫生部国家发展和改革委员会财政部二00四年十二月三十一日），甲类大型医用设备由国务院卫生行政部门管理，实行配置规划和配置证制度。回旋加速器本身不属于医疗器械，但是作为甲类大型医用设备PET、PET/CT的配套设备，也按甲类大型医用设备进行管理，只是回旋加速器本身无专用配置证。

1.1 配置数量规划

按照《卫生部甲类大型医用设备配置审批工作制度》（卫办规财发[2008]8号，卫生部二〇〇八年一月四日），由卫生部、发改委规划各省配置数量。欲购置PET/CT及回旋加速器的医疗机构向省级卫生行政部门提出申请，省级卫生行政部门审核同意报卫生部，卫生部批复，有效期为2年。设备安装、调试、验收合格后，省级卫生行政部门审核通过，转报卫生部，卫生部制发甲类《大型医用设备配置许可证》。

按照《2008-2010年全国正电子发射型断层扫描仪配置规划》（卫办规财发〔2008〕89号，卫生部办公厅国家发展改革委办公厅2008年5月13日），根据PET-CT的配置数量规划回旋加速器的配置数量，按照1台回旋加速器生产的放射性核素至少可满足2～3台PET-CT的工作需要，确定回旋加速器配置数量。我国相关调查显示[2]，到2009年，我国大陆装备PET及PET/CT 118台，用于生产PET、PET/CT用正电子核素的回旋加速器65台，PET、PET/CT数量与回旋加速器的数量比为1.8∶1。

1.2 配置需满足的条件

按照《2008-2010年全国正电子发射型断层扫描仪配置规划》的要求，配置PET-CT及回旋加速器应符合以下要求∶三级甲等医院或相当于三级甲等医院规模和水平的医疗机构。综合医院床位数在1000张以上，日门急诊量不少于3500人次，具有实力较强、水平较高的肿瘤科、心脏科、神经科、胸外科和影像科。肿瘤、心血管等专科医院床位在500张以上，日门急诊量不少于800人次，或年手术量不少于5000台。设置独立的核医学科，成立时间5年以上，具备较高的核医学诊疗水平。装备并使用SPECT不少于3年，近3年每年脏器显像例数不少于2000人次。具有较高水平的核医学专业、医学工程和影像专业技术人员。学科负责人具有高级临床专业技术职称，至少具有5年以上核医学专业工作经验。非营利性医疗机构不得以合作、贷款等融资形式购置。

1.3 人员配备要求

在《医疗机构制备正电子类放射性药品质量管理规范》（国家食品药品监督管理局中华人民共和国卫生部，国食药监安[2006]4号）、《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》（国家环境保护总局令 第31号，2006年）、《核发“放射性药品使用许可证”验收标准》（国食药监安[2003]199号）及《大型医用设备配置与使用管理办法》（卫规财发[2004]474号）中，对PET/CT正电子药物中心的工作人员均有相关的要求，综合上述文件中的要求，医疗机构用回旋加速器及合成装置生产放射性药物至少应具备2名工作人员，1名物理人员，负责质控、防护、剂量及设备；1名化学人员负责放射性药物制备等相关工作。并且要接受岗位培训，取得《大型医用设备上岗合格证》NMI（核医学影像）物理师及NMI化学师的资格。

2 回旋加速器的选型

为了选型采购，首先了解回旋加速器的工作原理、组成及技术指标，然后根据具体需求及技术指标进行选型。

2.1 回旋加速器的工作原理与组成

不同型号的回旋加速器结构有较大的差异，但其基本工作原理与组成是相同的。

2.1.1 回旋加速器的基本构造及工作原理

回旋加速器的核心部件为D形盒，在早期的设计中它的形状有如扁圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都像字母“D”的形状，因而得名“D盒”。两D盒之间留有窄缝，中心放置离子源提供被加速的带电粒子，目前最常用的为负氢离子（1个质子，周围2个电子）。两D盒之间接上交流电源，在缝隙里形成一个交变电场，用于对带电粒子加速。由于金属D盒的电屏蔽效应，在每个D盒内的电场为零。D盒装在一个大真空容器里，并位于巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场方向垂直于D盒表面，用于使带电粒子在D盒中回旋运动。现代加速器中，D盒不再是“D”形，收缩为扇形，但仍称为D盒，个数可以是2个、4个，加速的缝隙因而也有多个。由离子源发出的带电粒子在两D盒缝隙中被电场加速进入D盒内，在洛仑兹力作用下转向做圆周运动再次来到D盒缝隙，调整交变电场的频率使其这时电场的方向正好使粒子再次加速，随后进入另一边的D盒内作圆周运动，再次转向来到D盒缝隙，再次加速。保证粒子每次通过D盒缝隙均被加速的条件是∶交变电场的频率fD为带电粒子的回旋频率fC的整倍数h∶fD=h fC，h称为谐波数。被加速到一定能量的粒子，被引到靶上，与靶物质发生核反应，产生需要的放射性核素[3-4]。对负氢离子回旋加速器，引出时通过剥离膜，被剥去2个电子，转变为质子，在磁场中的运行轨道将向相反的方向偏转被引出。目前临床最常用的正电子核素18F ，其靶物质为氧-18水（18O-H2O），产生18F的核反应为18O（p，n）18F，获得18F同时还产生中子[3-4]。

2.1.2 回旋加速器的组成及功能

用于生产正电子核素的回旋加速器主要由以下10个大系统组成[3-4]。

（1）磁场系统由线圈、铁磁体和电源系统构成。为加速粒子提供做圆周运动的磁场。

（2）射频系统（RF）RF有二个功能∶一是提供加速电场；二是提供从离子源中拉出离子的电场。它主要由RF谐振腔、RF电源发生器和RF馈通电缆三个子系统构成。

（3）离子源系统离子源系统的功能∶产生带电粒子，为加速器提供离子束。加速器许多性能指标（如束流强度、发射度、能散度、离子种类等）主要取决于离子源系统。离子源系统由离子源、离子源电源和气体管理系统组成。

（4）束流引出系统其作用是改变加速粒子的运行轨道，将其引向靶体。对负氢离子型回旋加速器，束流引出系统主要包括剥离碳膜、装载碳膜的圆盘转动器、马达等装置。

（5）靶系统是完成特定核反应的装置。通过特定的核反应，产生所需的正电子核素。靶系统由靶载体、靶、控制系统组成。

（6）真空系统为加速粒子的轨道空间提供高真空条件，一方面降低加速束流与气体分子的碰撞丢失；另一方面对高频高压电场提供绝缘条件，避免放电干扰。真空系统一般包括真空室、真空泵、高真空阀和高、低真空计。

（7）冷却系统包括水冷却系统和氦冷却系统。水冷却系统主要用于从各系统中将热量带出，带出的热量在二级水冷却系统中进行热交换，将热量传送到初级冷却系统。氦冷却系统主要在打靶期间对真空窗和靶窗的Havar箔膜和钛箔膜进行冷却。

（8）控制系统执行加速器的各种程序。控制系统由加速器控制单元、真空控制单元和界面控制单元组成。

（9）自屏蔽装置有些型号的加速器带自屏蔽装置，有的型号没有自屏蔽装置，其功能是屏蔽加速器工作时产生的各种射线。

（10）诊断系统诊断系统的作用是监测分析束流轨道上几个位置的束流。并发出调整优化靶束流的指令。

2.2 回旋加速器的主要参数

回旋加速器主要参数有下列5类[4]。

2.2.1 粒子能量

粒子能量为粒子能被加速的最高动能。常用单位为兆电子伏特（MeV）。粒子能量是最重要的一个指标，能量在8 MeV到20 MeV的加速器能够提供多种PET/CT用正电子核素，而能量在30 MeV以上的加速器同时可以提供在SPECT种用的放射性核素（例如∶TI-201，Ga-67，In-111等）。通常能量越高，核素的产量越大，其价格也越高。

2.2.2 粒子束流的品质参数

能散度∶束流中粒子能量分散的程度。

发射度∶束流横截面尺寸与发散角的乘积。常用单位是∶毫米•毫弧度。

亮度∶粒子束通过单位截面、单位立体角的束流强度。

束流强度∶单位时间通过的粒子数或电荷数。常用单位为微安（μA）。用于生产放射性核素的加速器的束流强度通常为25 μA 到100 μA。通常束流强度越高，核素的产量越大。

2.2.3 磁钢度

磁钢度等于磁感应强度与最大轨道半径的乘积。对确定的带电粒子，磁刚度决定了粒子的最高加速能量。

2.2.4 双束流打靶

在回旋加速器的不同位置上装有两套靶系统，可将束流同时引到两个不同的靶体上，同时生产相同或不同的两种核素。这样，既提高了束流的利用率，又可同时生产同一核素，提高产量，或同时生产不同的两种核素。

2.2.5 自屏蔽

有自屏蔽可保障在特殊情况下，工作或维修人员需在加速器运行时进入加速器室时的辐射安全，且可降低对加速器室墙壁的防护要求。因此加速器是否带自屏蔽装置供选择也是用户应考虑的一个指标。

2.3 机型

目前商用的生产正电子核素的回旋加速器厂家有多个，每个厂家又有多种机型，表1为目前我国市场上回旋加速器的厂家及其机型和主要性能指标。

选型是设备购置最关键的第一步，总的来讲，按需选型，即按照各自医疗机构的具体情况。例如，放射性药物需求种类及数量来选择加速器的性能指标，同时考虑医疗机构自身的价格承受能力。按照我国目前的有关规定，医疗机构不可以直接选择具体某种型号，只能选择性能指标，根据该指标，制定出标书，由招标投标来确定机型。

表1 目前我国市场上回旋加速器的厂家及其机型和主要性能指标

2.4 采购

按照《关于进一步加强医疗器械集中采购管理的通知》（卫规财发[2007]208号）要求，甲类大型医用设备集中采购，由卫生部统一负责组织，按照我国招标投标法完成采购。

3 放射性药物合成器

放射性药物合成器是正电子药物生产所需的设备中的第二重要设备。

3.1 合成器的原理

其原理取决于合成所用的化学反应类型，常用的主要有两类∶亲核反应和亲电反应。

3.2 合成器的组成

放射性药物合成器一般由气阀、液阀、反应管、加热器、溶液瓶、真空泵、固相分离柱、检测器和操作控制系统组成。由于放射的特殊性，合成过程由程序控制自动按流程完成。

3.3 合成器的种类

3.3.1 专用型∶用于合成某种单一药物，如18F-FDG合成器、15O-H2O合成器等。专用型合成器由于只针对一种药物设计，合成过程中的条件固定且可做到最优化，故操作简单，产量较高[4]。

3.3.2 多功能型∶用于合成反应类型相同的多种药物，如18F多功能合成器，可生产由18F亲核反应合成的18F-FDG、18F-FLT、18F-FMISO等；11C多功能合成器，可生产由11C标记的多种药物。多功能合成器由于要针对多种药物设计，合成中的条件是可调的，由于需要照顾到多种条件，有一些难以做到最优化，产量会较专用型低[5]。

3.4 合成器的技术参数

3.4.1 合成效率∶反映正电子核素的标记率，即生成药物的总放射性活度与投入核素总活度的比值，此值越高越好。

3.4.2 放射化学纯度∶是指以特定化学形态存在的放射性活度与药物总活度的比值。此值越高越好。

3.4.3 合成时间∶是指整个合成过程所需的时间。时间越短越好。

3.4.4 合成成本∶合成一次的耗材成本。

3.4.5 合成的药物种类∶这一参数只对多功能合成器而言。

3.4.6 连续合成次数∶这一参数只对专用型合成器而言。是指无需人工干预可连续使用的次数。由于完成一次合成后，合成箱内的高放射性残留使人工清理很危险，需要等待核素衰变，一般到第二天才可开箱清理使用。可多次连续合成的设备除具有一次准备耗材可多次使用的功能外，还要有自动清洗功能。

采购除需考虑上述技术参数外，还应考虑操作、日常维护是否简单；自动/手动设置是否可选；有否内置摄像头观察反应过程等。

3.5 合成器的生产厂家

目前在我国市场上，除回旋加速器的厂家都有自己的配套合成器外，还有我国北京派特生物技术有限公司生产的自主品牌的合成器。

4 其它配套设备

建立正电子放射性药物生产中心，除回旋加速器和放射性药物合成器两大主要设备外，还需要许多配套仪器和器械，其清单如表2所示。

表2 制备放射性药物的配套仪器和装置

[1]陈盛祖.PET/CT技术原理及肿瘤学应用[M].北京∶人民军医出版社，2007.

[2]李亚明，陈英茂，田嘉禾.全国PET/CT(PET)配置与使用情况调查简报[J].中华核医学杂志，2009，29(4)∶282-283.

[3]王海兵，陈英茂，尹吉林.回旋加速器技术探析及展望[J].中华核医学杂志，2009，29(6)∶282-283.

[4]陈英茂.全国医用设备使用人员上岗资质考试指南——核医学物理师化学师分册[M].北京∶中华医学会继续教育部，2008∶139-140.

[5]田嘉禾.PET、PET/CT诊断学[M].北京∶化学工业出版社医学出版分社，2007∶195.