利用18F 开展超 25 kg/m2铅屏蔽无损检测的创新方法及重要意义

研究人员针对铅屏蔽超 25 kg/m2的无损检测（NDT）方法局限，用18F 源研究，得出相关方程和结论，助力 NDT。

　　在医院等使用辐射进行医学成像或治疗的场所，辐射安全至关重要。为确保辐射安全，在设施建设前会设计辐射屏蔽计划，而建设后对安装的屏蔽材料及其面密度（厚度）进行验证也十分关键，这是最佳实践，在部分地区甚至是强制要求。

目前，无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是常用的验证方法，它能在不损坏产品的情况下分析材料的成分和特性。在辐射屏蔽领域，通常是将已知放射性源放置在屏蔽体一侧，在另一侧放置探测器，通过测量辐射传输特性来确定材料的面密度（厚度）。现有使用57Co源的 NDT 方法，适用于标准屏蔽（最高 25 kg/m2），但对于一些需要评估高于 25 kg/m2铅屏蔽的医疗设施（如进行核医学程序，使用高能光子，包括正电子发射体18F以及治疗性同位素131I的设施），这种方法就无法满足需求。

为了解决这一问题，昆士兰健康（Queensland Health）的研究人员开展了一项研究，旨在开发一种可重复的方法，利用氟 - 18（18F）源对超过 25 kg/m2的铅屏蔽进行现场无损检测。研究成果发表在《Physical and Engineering Sciences in Medicine》上。

在研究方法上，研究人员主要运用了蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）模拟和实证验证两种关键技术。MC 模拟方面，利用 Pengeom 二次几何系统和 PENELOPE Pendbase 元素及成分库对测量装置进行建模，在真空状态下运行模拟以减少不必要的相互作用，降低计算工作量。实证验证则通过两个独立实验，使用不同的源到探测器距离（Source-to-Detector Distance，SDD），分别为 38.1 ± 0.05 cm 和 52.7 ± 0.05 cm ，使用 Ludlum Model 44 - 2 伽马闪烁探测器和 Ludlum Model 2241 - 2 数字定标器 - 速率计进行测量。

在研究结果部分，首先通过 MC 模拟确定了合适的 SDD。模拟结果显示，在 SDD 小于 23 cm 时，散射贡献较大，而在 SDD 达到 23 cm 时，对于 138.0 kg/m2的铅屏蔽，模拟的能量沉积（ED）数据与通过平方反比定律（Inverse Square Law，ISL）预测的 ED 数据偏差在 ±3% 以内，对于 24.6 kg/m2的铅屏蔽，偏差在 + 0.3% 以内 。基于此，后续模拟使用大于 30 cm 的 SDD 生成传输因子（Transmission Factor，TF）曲线。通过模拟数据得出用于 NDT 的方程为TF=e?0.1637x，进而得到计算铅厚度的方程xlead?(mm)=0.1637ln(1/TF)?mm。

在实证验证实验中，使用 38.1 ± 0.05 cm SDD 和 52.7 ± 0.05 cm SDD 分别进行测量，并与模拟数据对比。结果表明，在较低衰减时，模拟数据与实证测量数据相关性良好。但当铅屏蔽面密度超过一定值时（使用 38.1 ± 0.05 cm SDD 时约为 162.4 kg/m2 ，使用 52.7 ± 0.05 cm SDD 时约为 138.0 kg/m2 ），测量值与模拟值出现偏差，测量得到的 TF 高于模拟值。

研究结论和讨论部分指出，该研究开发了一种新颖的无损检测方法，利用 PET 设施中常见的设备进行现场计算。通过 MC 模拟和实证验证，得到了用于现场无损检测铅屏蔽（超过 25 kg/m2）的方程，虽然在高衰减区域存在偏差，但在 PET 设施常见的屏蔽厚度（约 100 kg/m2）范围内，该方法具有一定的实用性和稳健性。研究中发现的偏差可能与铅板的不确定性、探测器的局限性、环境散射以及源的穿透能力等因素有关。如果需要在高衰减屏蔽中获得更高的精度，可以考虑使用初始活度大于 180 MBq 的18F源，但这还需要进一步研究验证。

总的来说，这项研究为超 25 kg/m2铅屏蔽的无损检测提供了新的方法和思路，对保障使用高能光子的医疗设施的辐射安全具有重要意义，为相关领域的发展做出了重要贡献。