正电子核素18F生产中参数对产率及设备的影响

【摘要】 目的 提高回旋加速器生产放射性核素的效率，降低回旋加速器的使用成本。 方法 通过对回旋加速器的各种运行条件(包括束流强度、轰靶时间和靶压)的改变，使其达到合理的最佳运行状态。结果 回旋加速器生产日常常用核素18F的合理条件为束流强度为20-25uA，轰靶时间为60min以下，富氧水丰度为97%以上，富氧水用量为1.3g时平均产量高，同时相对延长离子源的寿命。结论 通过有选择地控制回旋加速器的运行参数，用不同质量，质地的原料及根据日常用药量的需要以最经济的方式生产出所需的放射性核素18F。

【关键词】 MINItrace 回旋加速器

PET-CT的独特作用是以代谢显像和定量分析为基础，应用组成人体主要元素的短半衰期核素如11C、13N、15O、18F等正电子核素为示踪剂，不仅可快速获得多层面断层影像、三维定量结果以及三维全身扫描，而且还可以从分子水平动态观察到代谢物或药物在人体内的生理生化变化，用以研究人体生理、生化、化学递质、受体乃至基因改变。近年来，PET在诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病等方面均已显示出独特的优越性。

但由于其仪器设备价格昂贵，正电子药物合成成本过高导致诊断价格异常昂贵，难以作为常规化检查。因此，通过合理地运用设备，使其不影响产量的同时也尽可能地降低使用成本是我们今后努力的方向。鉴于所使用的加速器型号不同、能量不同、相同质量的反应靶原料生产的核素的产量会有较大的差异，即使是同型号，同一能量的加速器，运行参数，反应原料质地的不同，最终的产量也会受到影响。本文以PET最常用的正电子放射性核素18F的生产为对象，探讨影响生产18F核素的各种因素[2]。

1. 设备和方法

1.1加速器 生产18F我们采用的是美国GE公司的MINItrace 型回旋加速器。回旋加速器的原理简单地说就是利用磁场和高频电场使带电离子束沿着环形轨道运行。具体说来如下：高纯氢气进入离子源后被电离形成等离子体，射频系统将等离子体中的阴离子提取出来进入加速器真空腔，经电场加速和磁场的作用下作加速圆周运动，当束流被加速到一定程度即达到9.6Mev时，束流被引出，经过碳膜剥离掉电子成为质子束流，经准直器刮去散射拖尾进入指定的靶与反应原料发生核反应得到相应的人工核素。医用回旋加速器生产正电子药物(FDG合成)是在计算机软件控制下自动完成的，制备所需条件由专业工程师预先设计并安装调试。生产过程完全程序化。但有些参数需要操作人员完成的，如：靶电流、轰击时间、气流压力等。

1.2靶电流和轰靶时间的选择 从离子源出来的氢负离子，在高频电磁场的作用下通过剥离膜，以质子流的形式到靶体，形成靶电流。在富氧水足量条件下，18F的产量与靶电流和质子能量大小有关，质子能量由加速器的设计来决定的。MINItrace型回旋加速器的能量是9.6Mev。因而怎么合理地设置靶电流是关键[4]。正常情况下，随着靶电流的增加，产率也会增加。但是通过我们的观察发现，经常在高束流强度下轰击，离子源电流增大的速率越快，也就是说，离子源的寿命在缩短。所以要折中考虑靶电流的设置。一般病人少的时候，用低电流，如20uA，病人多的时候用相对高点的电流25uA，但不要超过30uA，否则离子源的电流增大的快，将缩短离子源的寿命。

轰靶时间越长，18F核素的产量也增加，同时18F要衰变。当两者速率相等时就达到饱和产率。当靶电流不变时，产额与时间的关系为指数上升。但是在高压下靶水会损失，所以轰靶时间最多不要超过1小时。

1.3不同质量、丰度的富氧水对产率的影响

在加速器的运行状态相同的条件下，同一质量，不同丰度的富氧水在同一条件进行轰靶核反应，测定各自的产量。

2 结果

2.1靶压、束流强度、轰靶时间对产量的影响

正常情况下，靶压随束流强度的增大而变高，而产量也增高，但束流的增大，除了对离子源产生影响以外，还会对靶产生较大的影响，其清洗维护时间将大大缩短，否则，18F的产量严重下降，另外，轰靶时间的延长靶压会有所升高，这是因为长时间轰靶使靶水沸腾产生气体的缘故[3]。

轰靶时间的长短对最终产量的影响较大，轰靶时间小于60min时，产量与轰靶时间呈直线上升，轰靶时间太长，反应产量会有所下降，这一方面是由于短半衰期核素的衰变的缘故，另一方面由于长时间轰靶使靶水沸腾，靶水会有所损失所致。所以，既要考虑产量，又要降低机器的运行成本，在相同的情况下，生产一定产量的核素，把束流强度设置低电流，轰击时间相对延长和束流强度设置高电流，轰击时间短相比，前者对降低设备的运行成本有好处。一般靶电流设置在20-25uA，轰击时间60min以下，富氧水丰度大于97%为宜。

2.2富氧水的质量对产量的影响

增加一定质量的核反应原料有利于得到更多的核素18F,考虑其合成成本，根据当日用药需要选取适当质量的富氧水进行生产是可行的，但由于受靶框体积的限制和考虑到装太少的反应底物导致水厚度薄，束流的穿透会对靶产生损害，故其选择范围会有所限制或降低其丰度。

3 讨论

由于PET-CT是一种综合性高科技设备，从经济角度讲，具有投资大、维护费用高、成本回收难、检查费用昂贵、病人经济负担重等特点。回旋加速器作为其中的一部分，如何使其提高效率的同时又要减少其运行成本，这需要我们慢慢去摸索，从一点一滴中去积累些经验来。从中找出生产正电子放射性核素18F的最优、最经济的方法，更好地为广大患者服务。

参考文献：

[1] 刘平 RDS 111型回旋加速器离子源分析与检修 医疗卫生装备 2008(3)

[2] 孙强 葛人炜 孟庆跃 PET-CT运行成本及效率研究 中国卫生经济 2005(2)

[3] 何山震 王淑侠 陈立光 王朋 正电子发射性核素18F的生产中各种因素的探讨 医学科学报 2008(6)

[4] 范西江 金榕兵 张荷 回旋加速器工作参数的选择 医疗设备信息 2004(9)

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