摘要：近80年來，放射性同位素已被用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，隨著生物醫(yī)學(xué)科學(xué)、計算和成像技術(shù)的進步，放射性同位素也在不斷發(fā)展。雖然醫(yī)用同位素最初主要用于治療目的(鈷-60用于遠(yuǎn)程治療，銥-192用于近距離放射治療;碘-131和磷-32用于體內(nèi)核醫(yī)學(xué))，但在上個世紀(jì)的最后幾十年，隨著應(yīng)用最廣泛的醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)，診斷性核醫(yī)學(xué)急劇增長放射性同位素，锝-99m及其多功能性，使其被稱為“工作在核醫(yī)學(xué)的馬”。

新的千年見證了一個范式的轉(zhuǎn)變，正電子(β+)同位素的生產(chǎn)和使用出現(xiàn)了驚人的增長，特別是氟-18（¹⁸F），以提供高分辨率的圖像。由于各個相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新，核醫(yī)學(xué)在醫(yī)學(xué)診斷和治療多種疾病，特別是癌癥方面有著獨特的地位。在過去的二三十年里，使用粒子(特別是β-發(fā)射放射性核素)的治療應(yīng)用出現(xiàn)了復(fù)蘇和增長，大量放射性同位素取得了優(yōu)異的效果，其中镥-177、釤-153、錸-188/186和釔-90值得特別提及。近年來，由于在某些類型的癌癥中取得了令人印象深刻的結(jié)果，使用α射線進行治療已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，由于合適的放射性同位素的可用性，在診斷和治療中的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展成為個性化治療的新方法。

從一開始，研究反應(yīng)堆就在放射性同位素的生產(chǎn)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，而最終用戶往往不知道這種情況。由于向世界提供同位素的大多數(shù)研究反應(yīng)堆都已老化，長期關(guān)閉是不可避免的，這導(dǎo)致同位素供應(yīng)短缺，這就要求在全世界運行研究反應(yīng)堆以滿足全球需求的重要性。盡管加速器中放射性同位素的生產(chǎn)有了巨大的增長，但毫無疑問，研究反應(yīng)堆對于以負(fù)擔(dān)得起的成本大量生產(chǎn)大量重要放射性同位素至關(guān)重要。

1) 由MEERA VENKATESH等在2019年11月25日至29日在阿根廷布宜諾斯艾利斯舉行的研究反應(yīng)堆國際會議上發(fā)表。經(jīng)國際原子能機構(gòu)許可復(fù)制。國際原子能機構(gòu)不久將出版會議記錄，也可在iaea.org/publications查閱。

2)印度原子能部放射藥物部Bhabha原子研究中心前主任兼輻射和同位素技術(shù)委員會高級總經(jīng)理。

序言：

放射性同位素因其獨特的輻射特性，如易于追蹤、破壞細(xì)胞和引起物質(zhì)變化等，已被廣泛應(yīng)用。雖然核電的應(yīng)用已廣為人知，但涉及面廣的非電力應(yīng)用卻往往鮮為人知。過去進行的調(diào)查表明，放射性同位素和輻射的非電力應(yīng)用帶來的經(jīng)濟效益是巨大的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了核能的經(jīng)濟效益(J.Nucl.Sci.Tech. 39(2002)1020-1124)。

在放射性同位素的各種應(yīng)用領(lǐng)域中，醫(yī)學(xué)應(yīng)用是應(yīng)用最早、最廣為人知的。自20世紀(jì)50年代以來，隨著研究反應(yīng)堆的安裝，它們用于和平用途的應(yīng)用受到了熱烈的追捧。生產(chǎn)和供應(yīng)了幾種放射性同位素，特別是用于醫(yī)療保健的放射性同位素。磷-32(32P)、碘-131(131I)在近80年來一直被用于治療，并且還在繼續(xù)使用。隨著世界各地研究反應(yīng)堆和回旋加速器的建立，粒子加速器和核反應(yīng)堆中放射性同位素的生產(chǎn)穩(wěn)步快速增長;其在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用也在一些領(lǐng)域增長。本文將著重介紹研究堆在醫(yī)療用放射性核素生產(chǎn)中的重要作用，特別是在治療癌癥、心臟病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等致命疾病方面的作用。

導(dǎo)言：

核醫(yī)學(xué)是一種被稱為放射性藥物的放射性標(biāo)記物質(zhì)，用于診斷或治療。或用于獲取用于醫(yī)療衛(wèi)生的特殊材料。放射性同位素的進一步分類是基于放射性同位素的。以下是在此上下文中常見的術(shù)語。

核醫(yī)學(xué)是一種被稱為放射性藥物的放射性標(biāo)記物質(zhì)，用于診斷或治療。密封放射源用于疾病的治療，或者通過對病變進行外部照射，即所謂的遠(yuǎn)距離治療，或者通過將放射源與病灶接觸，即所謂的近距離治療。

密封的放射源用于消毒。“醫(yī)療器械輻射消毒”主要用于對注射器、針頭、紗布等一次性用品和假肢進行消毒。

除了上述廣泛的實際應(yīng)用之外，密封放射源還可用于制備新型高性能材料，盡管這種應(yīng)用是小眾的且不常見。

可以理解的是，放射性核素的物理性質(zhì)應(yīng)適合預(yù)期的用途。在診斷程序中使用的輻射需要可追蹤，而癌癥的治療或醫(yī)療器械的消毒則需要能夠殺死活細(xì)胞的強輻射。在過去幾十年里，人們對各種各樣的放射性核素進行了各種用途的探索。

放射免疫分析法(RIA)是一項獲得諾貝爾獎的技術(shù)(1977 年)，用于測量人體樣本(如血清)中微量的激素和生物分子，具有非常高的靈敏度和特異性。放射免疫分析法革命性地改變了內(nèi)分泌學(xué)和腫瘤學(xué)的實踐，因為這些價值有助于準(zhǔn)確診斷和后續(xù)治療。在這些試驗中，放射性核素被用作示蹤劑，相關(guān)程序稱為免疫放射測定法(IRMA)，在這些體外試驗中，碘125（¹²⁵I）是最常用的放射性核素。在接下來的幾十年里，RIA迅速增長，可以在病理實驗室中用于測量大量重要激素和癌癥抗原的RIA試劑盒被開發(fā)出來。雖然RIA/IRMA試劑盒仍被用于某些激素的測定，但其中大多數(shù)已轉(zhuǎn)向使用其他示蹤劑，如酶或熒光標(biāo)記物。因此，這里不再詳細(xì)說明。然而，值得注意的是，碘-125主要在核反應(yīng)堆中生產(chǎn)，并在體外檢測和近距離治療中作為示蹤劑有獨特的用途。

所使用的放射性核素概述和全球趨勢:

放射性藥物/核醫(yī)學(xué):對于診斷性核醫(yī)學(xué)來說，適合放射光子成像的放射性核素，這種光子成像具有高靈敏度、半衰期短(一般為數(shù)小時至數(shù)天)、化學(xué)性能良好和無粒子發(fā)射。能量在100-200 keV范圍內(nèi)的γ射線適合用γ照相機成像(通常使用NaI(Tl)晶體進行探測)。正電子發(fā)射體的湮滅光子(511 keV)在符合模式下測量(使用適當(dāng)?shù)奶綔y器)，提供高分辨率的圖像，因此具有適當(dāng)特征的正電子發(fā)射體在核醫(yī)學(xué)診斷中是有用的。探測器和計算技術(shù)的進步使高靈敏度的三維成像(單光子發(fā)射計算機層析掃描或SPECT和正電子發(fā)射層析掃描或PET)成為可能。

對于內(nèi)治療，高線性能量轉(zhuǎn)移(LET)的放射治療是有效的。因此，發(fā)射諸如β-、α或電子等粒子輻射、半衰期為幾天且化學(xué)性質(zhì)可調(diào)整的放射性核素適合于治療性核醫(yī)學(xué);相鄰圖顯示了組織中不同粒子的范圍，說明了根據(jù)目標(biāo)組織大小選擇適當(dāng)放射性核素的重要性。

對于內(nèi)部治療，高強度線性能量轉(zhuǎn)移(LET)的放射治療是有效的。所以,放射性核素如β-、α或電子發(fā)射粒子輻射, 半衰期為幾天且化學(xué)性質(zhì)合適的放射性核素適用于治療性核醫(yī)學(xué);左圖顯示了組織中不同粒子的射程，該圖給出了根據(jù)目標(biāo)組織大小選擇合適的放射性核素的重要性的想法。

另外，可想象的光子的存在對于遵循注射的放射性藥物的路徑和劑量計算是有利的。但是，對于作為輻射源的外用(用于治療癌癥或用于醫(yī)療絕育或準(zhǔn)備用于醫(yī)療衛(wèi)生的新型材料)，放射性核素應(yīng)具有長的半衰期(年)并發(fā)出高能的γ射線。盡管用于診斷和治療的核醫(yī)學(xué)中使用的放射性核素范圍非常廣泛，但僅限于用作放射源的選擇。

在過去的幾十年中，核醫(yī)學(xué)穩(wěn)步增長。核醫(yī)學(xué)診斷主要用于許多人類系統(tǒng)的腫瘤學(xué)、心臟病學(xué)、神經(jīng)病學(xué)和功能成像。目前，幾乎所有重要器官都可以成像，以獲取解剖結(jié)構(gòu)以及功能參數(shù)。值得注意的是，2012年世界衛(wèi)生組織的調(diào)查顯示，約31%的死亡是由心血管疾病引起的，全球癌癥患者每年增加約1900萬。核醫(yī)學(xué)診斷為醫(yī)生進行準(zhǔn)確診斷、制定治療方案和監(jiān)測患者治療效果提供了寶貴的信息。核醫(yī)學(xué)療法最常用于治療癌癥和其他一些疾病，如甲狀腺機能亢進。雖然治療的目的是將輻射劑量輸送到目標(biāo)器官/病灶，但重要的是要確保輻射劑量準(zhǔn)確地輸送到所需的組織。因此，通常采用影像學(xué)監(jiān)測治療。近年來，主要關(guān)注于個性化治療，其中治療計劃和后續(xù)使用診斷成像，使用相同的生物分子，標(biāo)記出合適的相同元素的放射性核素或替代核素。這種用于規(guī)劃個性化治療的診斷和治療程序的被稱為治療診斷學(xué)(Thera(g)nostics)，并使用一對匹配的核素(可能是同一元素或替代元素)。

如前所述，放射性核素在醫(yī)學(xué)中的使用歷史悠久。隨著研究堆的建立，生產(chǎn)了幾種放射性同位素并將其提供給醫(yī)院。使用最多的是磷-32（³²P）、碘-131（¹³¹I）、金-198（¹⁹⁸Au）、鉻-51（⁵¹Cr），鈉-24（²⁴Na）和汞-19（¹⁹Hg）；其中碘-131仍然是重要的治療性放射性同位素，磷-32在少數(shù)國家仍被用于治療。其余的目前很少用于放射性藥物中。近年來，金-198被用作治療核素。锝-鉬-99（^99mTc）的問世具有極佳的物理特性，非常適合成像，而鉬-99/ ^99mTc核素發(fā)生器的可用性使其產(chǎn)生了范式轉(zhuǎn)換。隨著99Mo-Tc-99m 發(fā)生器在市場上的普及，在1970年代，開發(fā)了多種^99mTc標(biāo)記的放射性藥物，用于重要器官的解剖學(xué)和功能成像。^99mTc很快獲得了診斷核醫(yī)學(xué)的“主力軍”名稱。^99mTc仍然是最常用的診斷放射性核素，因為所有診斷掃描中有80％以上使用基于^99mTc的放射性藥物，每年約有4000萬例研究。^99mTc可從99Mo-Tc-99m發(fā)生器中獲得，而⁹⁹Mo則是使用研究堆生產(chǎn)的，通常是通過（U，裂變）反應(yīng)或在Mo-98上進行中子俘獲來生產(chǎn)的。正電子（β+）發(fā)射體氟-18（¹⁸F）進入PET成像后，導(dǎo)致核醫(yī)學(xué)實踐發(fā)生了轉(zhuǎn)變。最廣泛使用的PET放射性藥物氟-18標(biāo)記的氟代脫氧葡萄糖（F-18-FDG）被稱為千禧年分子！在粒子加速器中產(chǎn)生的一系列PET同位素的診斷PET成像繼續(xù)廣泛應(yīng)用于癌癥治療。下面列出了核醫(yī)學(xué)中常用的且經(jīng)過大量探索的放射性核素。

診斷放射性核素：

SPECT：^99mTc、⁶⁷Ga、¹¹¹In、¹²³I、²⁰¹Tl。

PET：¹⁸F、 ⁶⁸Ga、¹¹C、⁸²Rb、¹³N、¹²⁴I、¹⁵O、⁶⁴Cu、⁸⁹Zr。

γ成像：^113mIn、 ¹³¹I。

治療性放射性核素：

β-發(fā)射器：³²P、⁴⁷Sc、⁶⁴Cu、⁶⁷Cu、⁸⁹Sr、⁹⁰Y、¹³¹I、¹⁵³Sm、¹⁶¹Tb、¹⁶⁵Dy、¹⁶⁶Ho、¹⁶⁹Er、¹⁷⁰Tm、¹⁷⁵Yb、¹⁷⁷Lu、^{188 / 186}Re、¹⁹⁸Au ……

俄歇電子能譜/轉(zhuǎn)換e-：¹²⁵I、 ¹⁰³Pd、 ^117mSn和其他幾個潛在的正在探索中。

α發(fā)射器：²²¹At; ²¹³Bi、²²⁵Ac、²²³Ra。

治療診斷學(xué)放射性核素/替代對：^{64 / 67}Cu、^{44 / 47}Sc、^99mTc/ ^{188 / 186}Re、⁸⁶Y / ⁹⁰Y、^{123/124 / 131}I。

密封放射源：

在“遠(yuǎn)距離放射療法”中，使用的密封放射源是⁶⁰Co，它是一種長壽命（T1/25.64年）高能γ發(fā)射器（Eγ1.33和1.17 MeV），具有非常高的比活度，以實現(xiàn)治療的高輻射通量。然而，在“近距離放射療法”中，將密封放射源置于體內(nèi)以治療病灶區(qū)域，則使用了一系列放射性同位素。過去，放射性線、針頭或種籽用于局部可接近腫瘤的近距離放療，如子宮癌和乳腺癌。隨著時間的推移，腦、前列腺和肝臟^*等深部腫瘤以及關(guān)節(jié)炎、皮膚疣等非癌性疾病，都可以用近距離放射療法來治療。

過去曾使用（并繼續(xù)使用）金屬放射性同位素¹⁹⁸Au、¹⁹²Ir和有限程度的⁶⁰Co的高能γ發(fā)射器，現(xiàn)在范圍已擴大為低能量俄歇/轉(zhuǎn)換電子發(fā)射器¹²⁵I和¹⁰³Pd種籽被廣泛用于前列腺癌的治療，幾種β發(fā)射體被廣泛用于關(guān)節(jié)、肝臟等的局部區(qū)域近距離放射治療（主要是⁹⁰Y，其他諸如¹⁵³Sm、¹⁶⁹Er、¹⁷⁷Lu、和³²P等，其同位素的選擇取決于要治療的病變大小）。人們發(fā)現(xiàn)，β-射線的高LET輻射和β粒子觀察到的“旁觀者”殺癌作用對治療是有利的。

用于醫(yī)療滅菌和醫(yī)療衛(wèi)生新材料制備的密封放射源幾乎總是使用60Co。60Co或137Cs源用于向患者在輸血之前(尤其是免疫力較弱的患者)的血液照射。

在上述眾多放射性核素中，大量是在研究反應(yīng)堆中產(chǎn)生的。

研究反應(yīng)堆中放射性核素的生產(chǎn)：

研究反應(yīng)堆是放射性同位素的主要來源，使大規(guī)模的基于輻射的放射性同位素應(yīng)用成為可能。由于中子誘發(fā)的各種反應(yīng)是可能的，(例如輻射中子俘獲(n，γ);中子俘獲后是β衰變(n，γ);(n，p);(n，α);(n，f))，因此在反應(yīng)堆中產(chǎn)生廣泛的放射性同位素具有巨大的潛力。然而，盡管每種元素都有許多放射性同位素，但只有一小部分是以可持續(xù)/可行的方式生產(chǎn)和使用的。物理化學(xué)性質(zhì)(半衰期、衰變模式、輻射能量、標(biāo)記分子的適應(yīng)性)以及生產(chǎn)物流是這方面的重要因素。以可行的方式生產(chǎn)放射性同位素的可行

*使用放射性粒子或膠體治療的肝癌不屬于明顯的近距離療法，因為放射性物質(zhì)沒有密封。但它們也不能完全歸入放射性藥物，因為這種療法僅僅是由于其局部位置，而不是由于其化學(xué)/生化特性。然而，由于產(chǎn)品是內(nèi)部使用的，就像放射性藥物一樣，就制備、法規(guī)等而言，它們也被當(dāng)作放射性藥物來處理。

性取決于反應(yīng)截面、目標(biāo)核素的自然豐度、可能形成的放射性核素雜質(zhì)、感興趣同位素的分離和提純以及成本等因素。許多具有吸引人的物理特征的放射性核素由于共同產(chǎn)生的放射性核素雜質(zhì)數(shù)量不可接受或化學(xué)性質(zhì)不可接受而未能達到臨床應(yīng)用。

前面列出的最廣泛使用的放射性同位素，可以想像成元素周期表中的簇，如圖所示。

醫(yī)療衛(wèi)生中使用的許多放射性同位素是在研究反應(yīng)堆中生產(chǎn)的，并且通常使用(n，γ)或(n，γ)→β→反應(yīng)。但是，235U的裂變產(chǎn)生了各種不同產(chǎn)率的放射性同位素，在質(zhì)量數(shù)100和130左右達到峰值，如下圖所示，這是生產(chǎn)99m Tc和其他一些放射性同位素(如131I、133Xe)的途徑。

下表列出了醫(yī)療衛(wèi)生中常用的反應(yīng)堆生產(chǎn)的放射性同位素的主要生產(chǎn)途徑。

醫(yī)療衛(wèi)生中常用/開發(fā)的反應(yīng)堆生產(chǎn)的放射性同位素