“分子成像”中的“超级侦探”

碳-11 是碳的人造放射性同位素之一，半衰期为20.38 分钟。用碳-11 标记的放射性药物在核医学领域具有广泛的应用，其中最早的应用是把碳-11 标记的一氧化碳用于血红细胞研究。作为正电子核素，碳-11 可广泛应用于氨基酸、脂肪酸、受体的配体和神经递质等的分子标记。

用碳-11 标记的PET 显像剂可用于探查肿瘤、脑血流、蛋白质合成以及神经递质功能活动， 在基础科学和临床研究中具有非常重要的意义。那么，什么是PET 呢？ PET 是英文“Positron Emission Tomography”的缩写，其含义是“正电子发射断层成像”。其原理是将注射到生物体内的PET 影像探针上的正电子核素通过β+ 衰变释放一个正电子，该正电子与附近的一个负电子发生湮灭，产生一对反方向的γ 射线，这些信号被PET 扫描仪捕捉后，通过计算机处理就可以得到图像。

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PET 是目前最有前途的显像技术之一，可广泛应用于核医学领域。常规的医学成像技术（如X 射线和核磁共振等）大多提供的是结构和解剖学信息，而PET 显像则是通过正电子核素标记的影像探针分子提供生物功能方面的信息。

现在， 大多数独立的PET 成像系统已经被混合PET-CT（正电子发射断层成像- 计算机断层扫描一体化成像）所取代。PET-CT 对研究生命的生物过程、疾病的早期诊断以及肿瘤的鉴别、诊断分期与疗效评估等都具有重要的意义。

分子影像探针的作用， 就在于在影像检查中能够“点亮”所有的病灶，这样在诊断时才不会漏掉某些微病灶。看来，PET 的发展离不开影像探针分子的发展。常用的正电子核素除了碳-11 之外，还有氧-15、氮-13 和氟-18 等。运载这些正电子核素的示踪药物为生命的基本物质，如葡萄糖、水、氨基酸以及药物等。

氟-18 一向被誉为核医学的“诊断专家”。它是通过回旋加速器生产的同位素，半衰期为109.8 分钟。氟-18 可以搭载在“糖衣炮弹”（18F-FDG）上进入人体，从而完成“示踪显像”的使命。“18F-FDG”的中文名为“氟-18- 氟代脱氧葡萄糖”，FDG（氟代脱氧葡萄糖）为葡萄糖的类似物，其在人体内的代谢方式和葡萄糖几乎一致。

与PET 影像技术相比，SPECT 设备的普及率更高， 临床检测费用更低。那么， 什么是SPECT 呢？ SPECT 为英文“Single-Photon Emission ComputedTomography”的缩写，翻译成中文为“单光子发射计算机断层成像”。现在，单一的SPECT 显像逐渐被SPECT-CT 所取代，并成为目前最先进的医学影像设备之一，是进行活体疾病诊断和新药研发的理想工具。

我国首个核医学肿瘤显像诊断1 类新药“Wp74abL/gVZUF63sIzfVcVPQ/nKcqb6Hem4+wDKl7tI=99mTc-3PRGD2”， 是国际上第一个用于SPECT 显像诊断的广谱肿瘤显像剂。“99mTc-3PRGD2”指的是“锝-99m（99mTc）肼基烟酰胺聚乙二醇双环RGD肽注射液”， 这是我国自主研发的、以锝-99m 为示踪剂的放射性核素偶联药物。作为显像剂或示踪剂进入人体后，锝-99m（99mTc）能够聚集于特定的正常脏器组织或病变组织，并发射出具有一定穿透力的γ 射线， 通过SPECT 对这些光子进行探测和记录，就可以获得脏器组织或者病变部位的功能图像信息。

锝-99m 本身所具有的理化性质决定了其作为显像剂的良好特质，因此在核医学诊断、治疗等方面扮演着极其重要的角色。锝-99m 在显像检查中可用于全身骨扫描、肺灌注显像、肾动态显像以及心肌灌注显像等，被誉为核医学诊断的“万能核素”。

“隔山打牛”的无形之“刀”

在放射治疗领域， 我们听到最多的可能要数伽玛刀了。其实，伽玛刀虽然叫“刀”，但它却不是真正的手术刀。“伽玛”指的是伽玛射线（γ 射线），伽玛刀是一种利用高能伽玛射线进行精确放射治疗的高科技设备。那为什么称伽玛射线为“刀”呢？这是因为从钴-60 源发出来的γ 射线具有很高的穿透力和定向性，只要将其焦点对准病变的部位，就可以像手术刀一样准确地摧毁病灶，所以称其为“刀”也就不足为怪了。

从专业角度来讲，伽玛刀的学名叫“伽玛射线立体定向放射治疗系统”。它通过将患者置于一个由多个钴-60 源组成的球形装置中，以保证各个方向的射线集中聚焦到患者肿瘤或其他病变区域。

为了确保治疗的精准性，治疗前需要用立体定位系统对患者病灶进行定位。这个立体定位系统有一个特制的坐标系。患者被立体定位系统相对固定后， 通过CT和MRI 对病灶进行断层扫描，可以显示患者病灶与坐标系各参照点的相对位置。

作为一种先进的放射治疗设备，伽玛刀为许多难治性疾病的患者提供了一种新的治疗选择。与手术治疗相比，伽玛刀属于一种非侵入性的治疗方式，能够减少手术风险和患者恢复时间。

伽玛刀的主要应用范围包括脑瘤、帕金森病、癫痫以及颅内转移瘤、脑膜瘤等。伽玛刀可以通过调整射线的能量和方向来适应不同大小和位置的病灶，并且可以实现毫米级别的精度。

放射治疗还有许多无形之“ 刀”，并与伽玛刀一起托起了放射治疗这片天空。那么， 这些无形之“ 刀” 主要有哪些呢？

射波刀 射波刀为X 射线立体定向放射外科治疗系统，是一种先进的精准放疗利器。射波刀将“智能交互式机器人”和“影像导航技术”引入到肿瘤放射治疗领域，可以实时跟踪患者体内的肿瘤位置、正常器官位置以及呼吸运动等信息，并同步反馈给“智能交互式机器人”。

射波刀可将高剂量的X 射线精准地从三维空间1200 个方向上聚焦到肿瘤病灶，误差精度可控制在“亚毫米级”。

托姆刀 托姆刀也被称为“螺旋光子刀”，是利用螺旋CT 与直线加速器结合、在CT 引导下360 度聚焦断层、照射肿瘤的技术，适用于解剖结构复杂或特殊的肿瘤。托姆刀可以化繁为简， 多个病灶一次完成，并且在最大限度保护正常组织的同时，可以较大幅度地提高肿瘤组织的照射剂量，降低并发症的发生率和整体治疗费用。

速锋刀 速锋刀又称“放射手术肿瘤治疗系统”，是迄今为止最先进的肿瘤无创清除和立体定向放射治疗技术。速锋刀在精准定位的基础上可以360 度旋转，因此可以全方位、实时动态追踪肿瘤位置；患者肿瘤位置发生变化时，放疗照射也同时追踪变化。速锋刀可以将放疗的精准度提升到“亚毫米级”。

质子刀 质子刀的本质就是放疗，是目前最为先进的肿瘤放疗技术。质子射束就像“穿甲弹”一样直达肿瘤细胞并实施精准的“定点爆破”，精度可达毫米级。质子射束可以实现对癌细胞的最大化打击，并显著减少体表组织和正常器官受到的辐射剂量。

重离子刀 重离子放疗用的射线主要是碳离子，和质子放疗用的质子射线是不同的。光子放疗和质子放疗对肿瘤DNA的效果是以单链断裂为主，而重离子放疗则是以双链断裂为主，这样对肿瘤的杀灭效果会更好。碳离子到达肿瘤部位后，立即释放出几乎全部的能量，因而能有效杀灭肿瘤细胞，并几乎不损伤周围的正常组织。

造福于民的“绿色加工”

作为民用非动力核技术的重要应用领域，辐照加工指的是采用电离辐射对材料进行加工处理的一种工艺过程。这里所说的“电离辐射”，通常采用的是γ 射线、电子束以及X 射线等。这里所说的“材料”可以是高分子材料，也可以是化工产品、食品、生物制品等。辐照加工体系中无需催化剂和化学物质，因此被誉为“绿色加工技术”。电离辐射可以改善某些高分子材料的物化性质，从而提高其应用价值。在聚合物辐照改性中，主要包括聚合物的辐照交联、辐照裂解和辐照接枝等过程。

辐照交联形成的三维网状结构可使聚合物具有不易熔融和难溶于溶剂等性质。如低密度聚乙烯在辐照交联前熔融温度为115 ～ 125 ℃， 而辐照交联后250 ℃ 时仍能保持其外形不变，且物性会变得柔顺而有弹性，其绝缘性、耐腐蚀性、耐冲击性等性能也得以大幅度提高。这种聚乙烯材料经过辐照交联之后品质得到了极大改善，可广泛应用于电线电缆绝缘层、泡沫塑料、热收缩管等方面。

辐照裂解又称辐照降解， 指的是在电离辐射作用下高分子主链发生断裂的过程。辐照裂解可以使聚合物的分子量和熔融温度降低，并提高其在溶剂中的溶解度。如聚四氟乙烯经过辐照裂解之后，可裂解为几个微米的超细粉，这是一种摩擦系数很低的固体润滑剂。

作为对原有材料进行辐照改性的有效手段之一，辐照接枝在研制优质新材料方面具有重要的意义。在医学领域，随着人造器官的涌现，对高分子材料的性能提出了更高的要求。比如，为了改善聚合物的抗血凝性，减少血栓的生成，通常需要对聚合物进行辐照接枝改性。有研究机构利用辐照改性技术把不同官能团引入聚丙烯膜表面，从而提高了聚丙烯膜的血液相容性，可应用于人工肺等应用场合。

辐照硫化橡胶的问世，显示了辐照加工的巨大潜力。辐照硫化指的是天然胶乳或橡胶分子在辐射作用下所发生的交联反应，与橡胶硫化的过程非常类似。辐照硫化的优势在于不需要添加硫化剂和促进剂等助剂，因此可避免传统化学热硫化法造成的材料性能下降等问题。辐照硫化橡胶具有优良的耐臭氧、耐老化、耐磨损、耐疲劳等性能，极大地提升了其应用价值。

“核惠民生”的公共视野

在崇尚生态文明的今天， 核技术在环境治理和公共安全等领域也具有广阔的应用空间。环境污染危害极大，直接影响居民的幸福指数。如何治理环境污染，是核技术应用的重点领域。

在大气治理方面， 大气中的主要污染物为硫化物和氮化物，应用电子束辐照技术净化多种污染气体，已经成为我国大气环境治理的有效途径之一。

在废水处理方面， 我国利用辐照技术在生活污水和工业废水处理方面积累了丰富的经验。高能射线的照射能够有效杀灭水体中的病毒、细菌等有害微生物，继而降低废水中的生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。

在污泥处理方面， 利用电离辐照可有效去除污泥中的细菌与寄生虫，还能有效改变污泥的胶体状态，达到脱水、除臭、沉淀的目的。污泥进行辐照处理以后，可作为土壤改良剂来改良土壤。对于啤酒厂产生的污泥，辐照处理之后还可以用作鱼饲料。

在工业固体废物处理方面，主要采用的是核辐照废物处理技术与等离子体废物处理技术。农产品加工厂的垃圾废物经辐照处理后，可用于动物饲料或农业肥料。对于废纸、稻草、木屑等固体废物，经辐照处理后，可让其发酵及糖化而产生酒精。

对于核燃料来讲，利用核燃料循环技术可将使用过的核燃料进行回收、处理和再利用，以减少核废料的产生和放射性污染。这对于实现核能资源利用的最大化以及保护生态环境都具有十分重要的意义。

安检设备在机场、车站、港口等公共场所的广泛应用，极大地提升了广大人民群众的乘坐安全感。利用X 射线安检机、γ 射线探伤机等装备来检查行李、货物等是否携带违禁品或危险物品，具有安全可靠、即时完成的优势。

以同位素与辐射技术为内容的核技术，正在成为支撑国民经济各领域转型升级、提质增效的重要手段。特别是“核惠民生”的推动，更是把核技术与普通民众的“衣、食、住、行、用”关联了起来，使无形的核技术变成了人们生产和生活中的“得力助手”。

【责任编辑】蒲 晖

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