PET/MR場所選址與布局設計*

耿建華 陳英茂 陳盛祖 田嘉禾

正電子發(fā)射型磁共振成像系統(tǒng)(positron emission tomography-magnetic resonance imaging, PET/MR)是本世紀誕生的一種新的成像技術(shù)，經(jīng)歷了PET和MR分室分體機、同室分體，到2010年PET/MR一體機問世。

近年來，PET/MR技術(shù)發(fā)展迅速，被臨床及研究的關注度日益增加[1-2]。截止到2017年底，我國已有9臺PET/MR設備用于臨床[3]。2018年我國將PET/MR列為甲類大型醫(yī)療設備，并且規(guī)劃到2020年新增28臺[4]。醫(yī)療機構(gòu)欲配置PET/MR，首先要了解PET/MR的設備配置要求，獲得配置許可，然后進入選型環(huán)節(jié)，選定機型后要進行場所選址與布局設計。PET/MR檢查時，PET部分需要使用正電子放射性藥物，MR部分又要使用強磁場，其場所選址與布局設計不同于正電子發(fā)射計算機斷層顯像-CT(positronemission tomography-CT，PET/CT)及單光子發(fā)射型電子計算機斷層掃描儀(single-photon emission computed tomography，SPECT)成像設備場所[5-6]。因此，PET/MR場所既要考慮放射防護，還要考慮MR磁場及射頻的工作要求。基于此，本研究根據(jù)國家現(xiàn)行的相關政策法規(guī)、PET/MR技術(shù)特點、工作流程及工作經(jīng)驗，對PET/MR場所選址與布局設計進行探討，為醫(yī)療機構(gòu)建設PET/MR場所提供參考。

1 PET/MR場所選址

通常情況下，核醫(yī)學在已有SPET及PET/CT的基礎上，才配置PET/MR。PET/MR與SPECT、PET/CT的工作流程[5-6]類似，需要對患者注射放射性藥物，注射的放射性藥物與PET/CT基本一致，待藥物在患者體內(nèi)達到要求的分布后上機掃描[5-6]。PET/MR場所屬非密封源工作場所，就此意義而言，PET/MR中心應歸屬于核醫(yī)學科，并與核醫(yī)學科其他項目一起規(guī)劃，以便于對放射性藥物、帶藥的患者及放射性廢物進行綜合管理，最大限度地使各種放射性物質(zhì)集中在一個較小范圍內(nèi)。

放射性藥物及注射了放射性藥物的患者對其周圍有照射，且患者的排泄物也含有放射性物質(zhì)，故PET/MR選址要考慮放射防護要求。PET/MR中MR工作時有強靜磁場及射頻信號，選址時還要考慮MR磁場特殊的要求。因此PET/MR選址要統(tǒng)籌考慮放射防護、磁場、放射性藥物制備運輸、患者的注射候診及PET/MR工作流程等因素的影響。如果選址不當，不僅難以通過環(huán)境影響評價及職業(yè)病危害評價，也會在PET/MR投入使用后給日常工作帶來困擾，其選址原則如下。

1.1 PET部分的選址要求

由于PET/MR設備重量＞10 t，選址應考慮樓板的承重。此外，PET/MR中的PET用放射性藥物與PET/CT相同，均為正電子藥物，為了便于對放射性藥物、注射放射性藥物的患者及放射性廢物的統(tǒng)一管理，最大限度地將放射性物質(zhì)集中在較小的范圍內(nèi)，因此，PET/MR場所宜與PET/CT場所在一起，其選址原則參考《PET/CT中心建設之三——場所選址與布局設計》[6]。

1.2 MR部分的選址要求

由于MR工作時會有均勻的強靜磁場、梯度磁場和射頻磁場，同時還需要接受來自患者體內(nèi)的微弱射頻信號。因此要求選址應保證MR設備在運行中不會受到周圍電磁信號的干擾，同時要保證周圍人員及其他設備不受MR強磁場的影響，還要考慮MR技術(shù)特點及工作流程，方便患者檢查，其MR選址應考慮下列因素。

1.2.1 周圍環(huán)境對MR工作磁場環(huán)境的影響

在MR成像的空間中，射頻環(huán)境及靜磁場的均勻性是影響MR正常工作及其圖像質(zhì)量的重要因素。由于患者體內(nèi)產(chǎn)生的射頻信號強度很低，只有μV級，外界的電磁信號易對其產(chǎn)生干擾；同時，周圍環(huán)境中電磁信號變化或電磁介質(zhì)均會影響靜磁場的均勻性，其具體影響因素如下。

(1)運動的電磁介質(zhì)。目前我國市場上的PET/MR中的MR的靜磁場均為3 T，盡管有磁體自屏蔽，但其磁場在一定的范圍仍能達到較高值，在此范圍內(nèi)的一些大型移動金屬物體，如汽車、電車、電梯、地鐵、火車、運動的金屬輪椅及金屬擔架等，由于切割磁力線產(chǎn)生電流而形成磁場，影響MR的磁場均勻性，繼而影響成像質(zhì)量，因此這些移動金屬物體距磁體中心應要有一定的距離。不同型號的MR對該距離的要求不同，某3.0 T的MR要求，重量＜200 kg的金屬輪椅及金屬擔架等移動金屬物質(zhì)距離MR磁體中心要＞6.0 m(在X軸、Y軸方向)和7.0 m(在Z軸方向)；重量＜900 kg的汽車等移動金屬物質(zhì)要＞6.5 m(在X軸、Y軸方向)和8.0 m(在Z軸方向)；重量＜4500 kg的卡車、電梯等移動金屬物質(zhì)要＞7.0 m(在X軸、Y軸方向)和9.5 m(在Z軸方向)；火車要＞40 m(X軸Y、Z軸方向)。

(2)靜止的鐵磁性物質(zhì)。近距離的鐵磁性物質(zhì)會被靜磁場磁化，從而影響MR靜磁場的均勻性。建筑物內(nèi)的建筑鋼筋、下水道、暖氣管道等鐵磁性物質(zhì)均會對靜磁場有影響。不同機型對周圍鐵磁性物質(zhì)的控制要求不同，在距離磁體中心3 m內(nèi)的任何鐵磁性物質(zhì)均應提交給MR設備相關人員進行評估。

(3)電信號。MR場所附近的高壓線、變壓器、大型發(fā)電機及電機等強電流設備，因電流周圍產(chǎn)生磁場會影響MR靜磁場的均勻性，繼而影響圖像質(zhì)量，因此MR場所要求MR磁體中心距離電纜、變壓器等要有一定的距離。具體要求與MR機型、電纜及設備通過的電流強度強弱有關，在30 m內(nèi)的此類設備均應提交給MR設備相關人員進行評估。

(4)電磁信號。MR場所盡量避開能夠產(chǎn)生較強射頻波段電磁信號的設備，以免增加射頻屏蔽工程的難度，干擾MR接受的微弱射頻成像信號。

(5)振動。振動會影響MR的圖像質(zhì)量，MR場所要盡量遠離停車場、公路、地鐵、火車、水泵、大型電機等振動源。通常要求震動源傳遞給磁體的振動加速度＜10-3m/s2，必要時需用震動檢測儀檢測。

1.2.2 MR靜磁場對周圍環(huán)境的影響

MR的磁場對周圍的電子設備工作會產(chǎn)生嚴重影響，使之不能正常工作；對體內(nèi)植入金屬及電子裝置的特殊人員健康甚至生命也會產(chǎn)生嚴重影響。盡管MR磁體有自屏蔽，3.0 T的MR的靜磁場對周圍人員和設備依然有一定的影響，其具體影響如下。

(1)對周圍人員的影響。在高于0.5 mT的磁場會危及一些特殊人群的健康甚至生命，因此在MR選址時應避免裝有心臟起搏器、胰島素泵、人工心臟金屬瓣膜、血管金屬夾、眼球內(nèi)金屬異物、體內(nèi)鐵質(zhì)異物、神經(jīng)刺激器等體內(nèi)佩戴有內(nèi)置金屬醫(yī)學裝置的患者[7]以及妊娠三個月以內(nèi)的早期懷孕者進入0.5 mT磁力線范圍(俗稱5G線)，不同的機型其0.5 G等高線的位置不同。

(2)對周圍設備的影響。由于帶電粒子在磁場中運動會受洛侖茲力作用而改變運動方向，因此MR的磁場對電子設備工作會產(chǎn)生嚴重影響，使之不能正常工作，因此MR選址時應遠離某些電子設備。如SPECT的工作環(huán)境中磁場強度限值為0.05 mT[7]；PET、顯示器、線性加速器、CT、回旋加速器、超聲、精密測量儀、碎石機、影像增強器、電子顯微鏡、電視機、計算機等設備的工作環(huán)境中磁場強度限值為0.1 mT[7]。

1.2.3 兩臺MR設備間的互相影響

兩臺MR設備間應有一定的距離，否則會影響彼此的正常工作。一臺3 T的MR與另一臺3 T、1.5 T、1.0 T、0.35 T及0.2 T的MR磁體中心之間允許的最小距離分別為6 m、7 m、7 m、10 m、10 m。

MR場所選址應綜合考慮上述因素，如果因場所地理位置限制，磁環(huán)境的評價結(jié)果不能達到MR使用要求時，可以通過安裝磁屏蔽壓縮強磁場范圍。

1.2.4 MR的失超管

失超管應從磁體上端直通機房建筑外大氣中，失超管盡量直和短。失超時極低溫的氣體和粒子會從失超管噴出，排放量可達4 m3/min，且失超有可能發(fā)生在任何時間[8]。因此，失超管出口區(qū)域為限制區(qū)域，要遠離人群集聚區(qū)域，不允許有任何進風口或窗戶等，不允許有人員進入，不允許有建筑設施或其他物體。

1.3 面積要求

按照我國現(xiàn)行的“綜合醫(yī)院建設標準[建標110-2008])”[9]相關規(guī)定，單臺PET及單臺MR的用房面積分別為300 m2和310 m2，對PET/MR而言, PET部分需要特殊的有放射防護的注射室、注射后候診室、放射性源庫、放射性廢物庫等，因此，只保證PET/MR臨床基本需求下PET/MR的面積建議至少要＞360 m2。

目前PET/MR的用途中有相當部分用于科研，醫(yī)療機構(gòu)應根據(jù)具體科研需求，配備一定數(shù)量的研究用實驗室及正電子藥物制備的場所。關于正電子藥物制備場所的選址及布局參見《PET/CT正電子藥物中心的建設之二——場所的選址與設計》[7]。

2 PET/MR場所布局設計

2.1 功能單元設置

PET/MR場所功能單元設置主要考慮PET的工作要求，按照機型及每日的檢查數(shù)量，確定PET/MR場所的各功能單元的面積及布局，其中包括患者入口、工作人員更衣室及洗手間、辦公室、預約登記室、問診室、血糖測定室、注射前候診室、注射室、注射后候診室、PET/MR機房、PET/MR操作室、PET/MR輔助設備間、PET/MR報告室、放射源庫、放射性廢物庫、患者洗手間、衰變池、患者通道、強弱電配電間等。設計各功能單元的面積時應考慮將來的發(fā)展。由于PET/MR中PET部分的工作流程及放射防護要求與PET/CT相同，因此除PET/MR機房、PET/MR操作室、PET/MR輔助設備間有特殊要求外，其他功能單元的設置與要求與PET/CT類似，可參考《PET/CT中心建設之三——場所選址與布局設計》[6]。如果PET/MR場所和PET/CT場所在一起，除下列(2.1.1-2.1.3)三個特殊要求的場所外，其他功能單元可以與PET/CT共用。

2.1.1 操作室設置

控制PET/MR掃描及圖像重建的計算機室，其房間面積通常需要20 m2左右。PET/MR操作室與PET/MR掃描室一墻之隔，該墻需進行放射防護及磁屏蔽，應有帶磁屏蔽及511γ射線屏蔽的觀察窗及進出PET/MR掃描室的帶磁及射線屏蔽的防護門。

2.1.2 掃描室設置

掃描室即PET/MR機房，對患者進行掃描成像的房間。掃描室設計時應考慮以下問題。

(1)空間。不同機型對掃描室空間的要求略有不同，設計PET/MR掃描室時各方向的尺寸應滿足要求尺寸最大的機型，以保障適用于各種機型的設備，并且為以后更換新機型留有余地。室內(nèi)空間為9 m×6 m×4 m即可滿足目前市場上的各種機型。

(2)承重。不同機型的PET/MR設備的重量略有不同，一般均＞10 t，需要時應對地板進行加固。

(3)溫度和濕度。同時考慮PET及MR的要求，一般溫度要求為20～24 ℃，溫度變化≤3 ℃/h，相對濕度要求為30%～60%，濕度變化≤5%/h。

(4)放射防護?；颊唧w內(nèi)的放射性藥物會發(fā)射出較高能量的γ射線(511 keV)，因此需考慮放射防護問題。

(5)射頻屏蔽。射頻環(huán)境是保證MR正常工作的重要因素，為了免受外來射頻信號干擾，需進行射頻屏蔽防護。

(6)靜磁場屏蔽。MR的靜磁場會與周圍的敏感設施及人員相互作用，應該遠離，當場所受限無法遠離時，需要進行靜磁場屏蔽。

(7)考慮MR工作的要求，掃描室應設氦氣排放和冷卻水供應設施，機電管道不應穿越掃描室[10]。

(8)MR掃描室門的凈寬≥1.20 m，控制室門的凈寬宜為0.90 m，并應滿足設備通過。掃描室的觀察窗凈寬≥1.20 m，凈高≥0.80 m[10]。

(9)掃描間內(nèi)應采用非磁性、屏蔽電磁波的風口，任何建筑設施管道不應穿越。磁共振機的液氦冷卻系統(tǒng)應設置單獨的排氣系統(tǒng)，并應直接連接到磁共振機的室外排風管。管道應采用非磁性材料，管徑≥250 mm[10]。

2.1.3 輔助設備間設置

PET/MR的機柜、氦壓縮機及專用空調(diào)等輔助設備需要放置于單獨的房間，一般和PET/MR機房比鄰，其面積≥30 m2。

2.2 PET/MR場所布局

醫(yī)療機構(gòu)設計PET/MR場所布局時，可根據(jù)場地的具體情況及具體需求增減功能區(qū)域，安排各功能區(qū)域的布局，總的布局原則為：①各功能區(qū)域的布局應符合工作流程，便于工作；②放射性控制區(qū)和非放射性區(qū)域分開，避免相互交叉；③工作人員通道與注射了放射性藥物的患者通道分開，盡量避免交叉。

PET/MR場所的布局，列出了PET/MR臨床基本需求的功能單元，具體布局中還應有工作人員辦公室及休息室、庫房、實驗室、藥物制備室、強弱電機房及空調(diào)機房等功能單元。為了減少注射了放射性藥物的患者對工作人員的照射，在注射后患者的候診室及走廊安裝視頻監(jiān)視和對講系統(tǒng)，工作人員可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對患者的管理。如觀察患者候診時的狀態(tài)、通知掃描前的各種準備(排尿、更衣或去除身體上的金屬物品等)、進入掃描室后的各種注意事項及通知離開等(如圖1所示)。

圖1 PET/MR場所布局示意圖

3 放射防護、射頻屏蔽和靜磁場屏蔽

PET/MR場所布局方案確定后，要進行各功能單元的放射防護、射頻屏蔽和靜磁場屏蔽估算，來確定各墻體及設施的放射防護、射頻屏蔽和靜磁場屏蔽厚度。

3.1 放射防護

3.1.1 放射防護屏蔽厚度的估算

放射防護針對PET/MR工作中的PET部分，放射防護貫穿其工作的整個流程中，包括了正電子藥物制備、正電子藥物分裝、正電子藥物注射、患者候診(等待放射性藥物在體內(nèi)形成穩(wěn)定分布)、患者上廁所、患者PET/MR掃描以及留觀到離開。期間工作人員經(jīng)過正電子藥物操作，為患者注射放射性藥物、擺位、注射了放射性藥物的患者管理及放射性廢物處理等多個放射性操作環(huán)節(jié)，其每個環(huán)節(jié)均需要合理的放射防護。

根據(jù)具體場所布局、使用的核素、工作量、工作方式及工作人員年劑量管理目標值，對PET/MR場所每個功能單元及防護設施的屏蔽厚度進行估算，估算方法與PET/CT中的PET部分相同，可參考《PET/CT中心建設之四——放射防護》[9]。如果需要配置正電子藥物制備設施，其場所的放射防護可參考《PET/CT正電子藥物中心的建設之三——放射防護》[10]。

3.1.2 放射防護評價

按照我國現(xiàn)行相關規(guī)定，PET/MR場所建設施工前須通過“環(huán)境影響評價”及“職業(yè)病危害放射防護預評價”，因此，初步完成場所布局及每個功能單元和防護設施的屏蔽厚度估算后，醫(yī)療機構(gòu)應委托有相關資質(zhì)的環(huán)評機構(gòu)(環(huán)境生態(tài)行政部門認可)和放射衛(wèi)生技術(shù)服務機構(gòu)(衛(wèi)生健康行政部門認可)對該場所的建設進行“環(huán)境影響評價”和“職業(yè)病危害放射防護預評價”，通過這兩個評價后方可對該場所進行建設施工。

場地完成建設后，安裝PET/MR設備。PET/MR安裝調(diào)試完成后，醫(yī)療機構(gòu)應委托有相關資質(zhì)的放射衛(wèi)生技術(shù)服務機構(gòu)(通常是進行上述職業(yè)病危害放射防護預評價的機構(gòu))，對PET/MR設備進行驗收測試；驗收測試通過后，委托有相關資質(zhì)的放射衛(wèi)生技術(shù)服務機構(gòu)進行“職業(yè)病危害放射防護控制效果評價”，并由衛(wèi)生行政部門對場所進行驗收；驗收通過后，將該場所涉及到的新增放射診療項目、新增放射性核素及新增放射源(PET校正源)增加到醫(yī)療機構(gòu)的《放射診療許可證》上。同時要進行環(huán)境影響評價驗收，并且將新的放射性核素及新的放射源(PET校正源)增加到在醫(yī)療機構(gòu)的《輻射安全許可證》。還要在藥監(jiān)行政部門獲得《放射性藥品使用許可證》(3類或以上)[4]。上述3個許可證齊全后，方可用于臨床。

3.2 射頻屏蔽和靜磁場屏蔽

3.2.1 射頻屏蔽

人體組織受射頻場共振激發(fā)后所產(chǎn)生的射頻信號強度很弱，只有微伏級，外界的電磁信號極易對其產(chǎn)生干擾，影響MR的信號接收。因此，射頻環(huán)境是影響MR正常工作的重要因素，為了免受外來信號干擾，PET/MR掃描室需進行射頻屏蔽防護。

(1)PET/MR掃描室墻體、頂及地板的屏蔽。射頻屏蔽通常采用導電率高、磁通率低、不易氧化以及易于加工的銅板為主材料[13]。貼著PET/MR掃描室內(nèi)墻壁做成六面屏蔽體，接縫處的銅板需彎曲搭扣。當外界的電磁信號傳到屏蔽體時，大部分被反射回去，其余部分在屏蔽體內(nèi)被吸收。屏蔽金屬在電磁場中會產(chǎn)生感應電流，需要將屏蔽體接地，將感應電流引入地下。PET/MR掃描室屏蔽效能要求：頻率在l～150 MHz的射頻范圍內(nèi)，屏蔽體的衰減要＞100 dB。理論上，構(gòu)建一個完全密封的六面屏蔽罩，無任何缺失和縫隙，形成一個法拉第籠，可以避免外部任何電磁信號的干擾。但是實際應用中，PET/MR掃描室須有門、觀察窗、風道、電纜和失超管等出入口，這些出入口也應有電磁屏蔽。

(2)PET/MR掃描室觀察窗的屏蔽。由于同時屏蔽PET/MR掃描室內(nèi)的γ射線和射頻信號，觀察窗的屏蔽需要2層。操作間一側(cè)為γ射線防護層，采用鉛玻璃，其厚度按照前述計算方法獲得，通常10 mm Pb左右；掃描間一側(cè)為射頻屏蔽層，屏蔽材料采用雙層紫銅網(wǎng)，其中一層傾斜一定角度，以消除干涉紋，保證良好的清晰度。

(3)PET/MR掃描室患者門的屏蔽。PET/MR掃描室屏蔽門大小通常≥1.2 m(寬)×2.2 m(高)，以保證液氦灌裝通過。屏蔽門須外開，不要安裝電動氣密門或內(nèi)開門，因為存在液氦失超危險，一旦失超，液氦迅速從容器中噴出，由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，掃描室壓力急劇上升，此時外開屏蔽門可以自行彈開。由于同時屏蔽γ射線和射頻信號，屏蔽門同樣也需要2層屏蔽。一層為銅板射頻屏蔽，一層為鉛屏蔽，鉛屏蔽的厚度按照前述的方法計算獲得，通常10 mmPb左右。

3.2.2 靜磁場屏蔽

MR的靜磁場會與周圍的設施及人員相互作用，應遠離，當無法遠離時，用硅鋼、純鐵等高磁通的特種材料改變靜磁場的布局和強度，將強磁場分布壓縮到適當范圍，保證不影響MR本身工作磁場的均勻性、穩(wěn)定性和安全性及周圍設施的正常工作和公眾的安全。

4 結(jié)語

PET/MR檢查時需要使用放射性藥物，又要使用強磁場和微弱射頻信號，其場所選址與布局設計不同于PET/CT及MR成像設備場所，因此醫(yī)療機構(gòu)在PET/MR選址與布局設計中除了考慮其工作特點及流程外，還要考慮放射防護及MR的強磁場及微弱射頻工作的特殊要求，合理進行PET/MR場所選址和布局設計；同時，要滿足我國現(xiàn)行相關法規(guī)及標準的要求，保證PET/MR合理合法應用于臨床。