臨床診斷的新科技──體內瞬發＆＆＆活化分析術


1985年09月189期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1985、09 ＃期號：0189 ＃專欄：＃標題：臨床診斷的新科技──體內瞬發γ活化分析術＃作者：張寶樹‧鍾堅．體內瞬發γ活化分析．鎘元素的測定．體內瞬發γ活化分析的發展現況．結語．表一：體內瞬發γ活化分析的診斷元素＊IVPGAA可測低限係參考資料所得。．表二：世界各國的體內瞬發γ活化分析核子設施一覽表＊居里（Ci）為放射活性單位，1居里等於每秒有3.7×10¹⁰個衰變。．表三：體內瞬發γ活化分析指標值一覽表＊不具移動性或輕便型的核子設施。＃從參考資料中估算的數值。．圖一：瞬發γ射線的產生。靶核捕獲中子後形成激發過渡核，釋出瞬發γ射線後變成放射性核種，放射性核種進行β衰變而釋出衰變γ射線，然後形成穩定核種。．圖二：我國首次測量成功的瞬發γ射線能譜。圖中γ射線尖峰的來源為：511千電子伏特，係γ射線與物質作用的成對發生效應；鍺為高純度的鍺偵檢器；氫來自假體的水分子；鋁係核反應器的鋁製燃料桶；碳為石墨反射體；鐵是構成反應器內層材料；鉛是鉛屏蔽。又圖中的(S)係代表單一逃逸尖峰，(D)代表雙逃逸尖峰。．圖三：腦部CT掃描圖。．圖四：9.4毫克的鎘在假體內左腎的瞬發γ射線能譜。．圖五：美國布海汶國家實驗室的BNL-MAUIVPGAA核子設施。．圖六：民國六十五年國人完成的自製的移動式教學反應器（THMER）的透視圖。 1 反應器 7 空調系統 2 控制中心 8 配電盤 3 吊車 9 緊急通風裝置 4 γ偵測器 10 發電機 5 分裂產物監視器 11 變壓器 6 實驗儀器架 12 資料櫃．圖七(a)：我國IVPGAA實驗前的儀器裝置 1.空冷室（裝液態氮） 4.鉛磚 2.高純度鍺偵檢器ぁ 5.碳酸鋰(Li₂CO₃)粉末 3.氟化鋰(⁶LiF)粉末 6.中子射柱出口．圖七(b)：我國IVPGAA實驗中的假體裝置 1.假體的入水口 2.肝假體 3.腎假體 4.內裝碳酸鋰粉末的塑膠箱子 5.軀幹假體．圖八：移動性教學反應器切面圖。 1 核心 10 核心及中子源驅動機構 2 石墨反射體（內） 11 控制板驅動機構 3 核心鉛桶 12 中子偵測器 4 石墨反射體（外） 13 水平感控器 5 鉛屏蔽 14 水位及水溫感探器 6 水平中心穿通管 15 水位指示器 7 熱中子柱 16 車底屏蔽 8 水平側面穿通管 17 硼酸水 9 控制板 18 中子源		臨床診斷的新科技──體內瞬發γ活化分析術【摘要】一種新穎的核子科技，能夠直接應用於臨床診斷，並具有正確、快速、安全等優點，可作為工業衛生管制的依據。我國工業發展迅速，同時也帶來嚴重的工業污染問題。工業污染降低環境品質，直接威脅到每個人的生存空間。其產生的各種有毒物質、重金屬等進入人體後，會造成體內新陳代謝機制失調，而使人生病；因此，如何對這些物質作迅速而準確地分析，乃成為工業衛生的重要課題。本文介紹一種新穎的核子科技，能夠直接應用於醫學，為臨床診斷的有效工具，可提供迅速、準確的分析結果，其譯名為體內瞬發γ活化分析（in vivo prompt gamma activation analysis，縮寫為IVPGAA）。活化分析須利用中子。中子為構成核子的基本粒子之一，不帶電，質量為1.67492×10^-27千克。產生中子源的核子設施有核反應器、加速器和放射性同位素等。中子活化為靶核捕獲一個中子，形成一個激發過渡核。激發過渡核在10^-8秒到10^-24秒的極短時間內釋出瞬發γ射線（prompt gammaray）後，變成放射性核種。由於放射性核種含有過多的中子，所以遂行β衰變（beta decay），釋出衰變γ射線（decay gamma-ray），形成穩定核，如圖一所示。上述過程可以核反應表示如下：瞬發γ射線來自中子捕獲（neutron capture）過程，故瞬發γ射線又稱為捕獲γ射線。瞬發γ活化分析的原理並不深奧難懂，僅在某些靶物質，如氫、硼、鎘、氮、鈉、鋁、矽、硫、鈣、鉀、鐵、氯、錳、鈦以及汞等元素受到中子撞擊後才會產生。亦即沒有中子源就沒有瞬發γ射線，圖二則顯示各種活化元素瞬發γ射線的能譜圖。由於瞬發γ射線釋出時間極短，所以瞬發γ分析的發展一直到1970年代初期才由歐美先進國家的核子專家完成度量，我國亦於1984年首次測量成功，正式開拓此項核子科技在國內的發展。體內瞬發γ活化分析醫學上首次應用瞬發γ活化分析是1972年，所測量的元素是鎘，於是體內瞬發γ活化分析開拓了醫學診斷的新領域，尤其是對於工業污染的元素，如鎘、矽、汞、錳、鈦、硼等。醫學治療過程，首先必須有正確的診斷，才能獲得治療上預期的效果。現代醫學和我國傳統醫學（中醫）的區別在於前者主要為科學醫學，而後者主要為經驗醫學。科學醫學就靠著許多醫療器材以求得正確診斷的結果，例如最簡單的聽診器到最進步的電腦斷層X光攝影機〔computerized x-ray tomographic machine，俗稱電腦斷層掃描機（CT scanner）〕。在醫學診斷技術上，有體內分析（in vivo analysis）和體外分析（in vitro analysis）之分。體外分析包括一般的生檢法（biopsy）、細菌顯微鏡檢查（bacterioscopy）和病理切片檢查等，為現行醫療領域裏最基本的醫學檢驗項目。體內分析包括一般的X光攝影診斷、超音波診斷、CT掃描攝影和核子醫學掃描攝影等。科技的進步，使得現有的體內分析診斷技術，能夠提供醫師判定正確的病灶位置；例如腦部CT掃描攝影的結果，可以提供腦神經外科醫師判定病患腦部何處出血，如第四腦室出血（quartus-ventricular hemorrhage）、第三腦室出血（tertius-ventricular hemorrhage）、兩側腦室出血（lateralis-ventricular hemorrhage）、視丘出血（thalamic hemorrhage）、顳頂葉內血塊（temporal-partietal lobes hematoma）、或硬膜外血塊（epidural hematoma）等（見圖三）。前雖有新穎的醫療器材，能夠提供迅速並正確的體內分析診斷依據，但卻無法滿足基礎醫學研究者對於病因學（aetiology）的需要。而現有的體外分析診斷技術所提供的僅為局部性、間接性或暫存性的生理狀況資料，因此對於發展體內瞬發γ活化分析應用於醫學上的臨床診斷、病因學的探討和工業公共衛生學的研究均極有價值。表一所示為目前體內瞬發γ活化分析應用於醫學研究的元素種類，其中鎘、矽和汞均為工業污染的產物，而氮、鈣雖為人體構成的基本元素，但若新陳代謝失調，則致使氮、鈣含量的失衡，也會造成疾病。鎘元素的測定受工業污染而吸入或食入有毒或有害物質，然後產生的疾病，是很不容易治癒的。例如多氯聯苯污染了米糠油所造成的中毒事件，足以讓我們了解工業污染的嚴重性和可怕程度。多年來，國內對於工業污染的防治工作僅止於環境試樣或檢體的分析而已，無法了解一般民眾或職業勞工體內積存了多少工業污染物質。例如桃園縣大園鄉某工廠排放含鎘的廢水而污染了農田，致使生產含鎘的稻米，雖然已證實「鎘米」的存在，但卻無法追蹤食用「鎘米」的民眾，和在含鎘的工作環境下工作的工人，其體內到底積存了多少的鎘？是否足以影響身體健康？雖然目前尚無法了解鎘進入人體內之後的新陳代謝機制，但根據現有的醫學文獻資料顯示，鎘最後是集中於肝和腎。鎘是高血壓的可能病因之一，著名的痛痛病（itai-itai disease）就是鎘在體內聚積過量所造成的。此外，鎘在體內積存多量時亦可能造成急性胃腸炎、急性肺水腫、急性間質肺炎、肺氣腫和胺基酸尿等。以體內瞬發γ活化分析測定體內鎘含量的基本原理是：自然界金屬鎘含有12.2％的¹¹³Cd。¹¹³Cd的熱中子（n_th）反應截面高達20,000邦（1邦＝10^-24厘米²）。¹¹³Cd 吸收熱中子後變為¹¹⁴Cd，隨即釋出瞬發γ射線，其能量為559千電子伏特（1電子伏特＝1.602 ×10^-19焦耳），然後以鍺（Ge）偵檢器偵測出559千電子伏特的γ尖峰（gamma-ray peak）。圖四所示為我國首次以純鍺偵檢器〔hyperpure germanium（HPGe）detector〕偵測繪出的鎘瞬發γ能譜。當中子撞及人體器官內的污染金屬時，如肝和腎內的鎘元素，則中子和污染物的原子核產生（n﹐γ）的捕獲反應而釋出瞬發γ射線，如以偵檢器在人體附近收集了瞬發γ能譜並作定量分析，就可以判讀出被照射器官內污染物質的含量，進而可作為醫學上臨床診斷的依據。經核反應後的同位素產物，並不一定具有放射性，而瞬發γ射線僅在中子擊中污染物時才出現，如¹¹³Cd(n,γ)¹¹⁴Cd，能量為559千電子伏特的瞬發γ射線也只有在被照射器官內含有鎘元素才產生。因此沒有中子照射或器官內不含鎘污染物時，就沒有瞬發γ射線產生，所以對人體組織而言，體內瞬發γ活化分析並不產生放射性物質殘留於體內。體內瞬發γ活化分析的發展現況 1970年代初期，體內瞬發γ活化分析首先使用核反應器來進行實驗與研究，然後才有以加速器作為中子源或以放射性同位素中子源的發展與應用於醫學診斷。表二為世界各國體內瞬發γ活化分析的核子設一覽表，其中我國於1983年開始著手設計，於1984年首次以假體（phantom）為研究對象的體內瞬發γ活化分析實驗。表二的體內瞬發γ活化分析的核子設施，包括了核反應器、加速器和放射性同位素中子源，其中以放射性同位素中子源使用為最多。美、英、日等，科技先進國家均擁有這些核子設施，甚至連伊拉克也奮起直追。國外的核反應器和加速器固然很多，當然也都可以用來支持體內瞬發γ活化分析的實驗與研究，但由於核反應器和加速器幾乎全為固定型，不能隨便移動，使得1970年代中期以後，體內瞬發γ活化分析所用的中子源均將放射性同位素中子源置於拖車上，使之具有移動性。移動性的核子設施首先由美國布海汶國家實驗室（Brookhaven National Laboratory﹐BNL）於1980年建造成功，以 ²³⁸Pu-Be 為中子源，測量熔煉工人和電鍍工人的腎、肝內鎘含量。結果發現暴露於含鎘的工作環境中的勞工，其腎和肝內的鎘含量遠高於一般民眾。圖五所示美國布海汶國家實驗室的移動性照射設施BNL-MAU的結構圖。可移動性的核子設施用來執行體內瞬發γ活化分析體內照射實驗的好處很多，其中最重要的是它照射處理速度快，平均每人只需10分鐘即可取得結果，故可以在很短的時間內替一大群人服務，而具有機動性的核子設施，就可隨時開赴特定地點為人展開服務。我國係利用先進國家發展成功的體內瞬發γ活化分析的技術與觀念，以自製的移動教學反應器（Tsing Hua Mobile Educational Reactor﹐ THMER，見圖六）所提供的中子源對生物體行照射分析，期以在最少的輻射劑量下，獲知人體受鎘或其他重金屬污染物等沈積的情況，以作為診斷的依據。（見圖七、八）體內瞬發γ活化分析係以中子源照射人體，以測知人體器官內重金屬含量，所以在考慮輻射安全與實驗條件下，就必須使人體受照射時間愈短愈好，且可測知器官內的重金屬含量值愈小愈靈敏。目前我國進行體內瞬發γ活化分析努力的目標是，縮短人體照射時間與降低可測值。假若以可測低限（detection limit, DL）和皮膚所受等效劑量（skin dose equivalent, DE）的乘積為分母，以g值為分子，定義體內瞬發γ活化分析指標（IVPGAA Index）為： IVPGAA Index＝g/DL‧DE其中肝的g值為0.68，腎為1。體內瞬發γ活化分析指標可做為研究體內瞬發γ活化分析的能力比較，各國的指標值均列於表三。其中我國的指標值最高，顯示我國對於體內瞬發γ活化分析的研究潛力不輸於歐美核子科技先進國家。亦即目前我國研究此一新的核子科技，其可測值相當地低，且皮膚所受的等效劑量也十分合乎輻射安全規定。結語要有效地治療受工業污染的人體，首先需要了解其體內受到污染物侵襲有多嚴重，體內瞬發γ活化分析提供了一項新的分析技術，能迅速、正確和安全地測知人體器官受到有害元素污染的程度，以供臨床診斷和基礎醫學的研究。我國由於經濟的快速發展與工業升級，國人的生活水準不斷地提升，幾可與已開發國家並列；然而，生活水準的不斷提高，卻使得生活的品質日漸降低；國人所吸入的空氣，攝取的水和食物，在在都受到工業污染的威脅。雖然揭發與報導工業污染的消息日益增多，但是工業污染依舊，重金屬、鎘、汞的污染都直接間接地經由生態循環系統侵入人體，因此發展體內瞬發γ活化分析的核子科技，直接應用於醫學所需，不但有其急迫的需求性，事實上已到了刻不容緩的地步了。我國從事體內瞬發γ活化分析的研究歷史雖短，但是目前以假體為實驗材料的研究成果，不僅在國外獲得肯定，在國內亦顯示發展應用此項核子科技於臨床診斷的可行性。所以在未來的幾年內，必可促使此法走出實驗室而直接用於服務社會大眾，以提升工業衛生醫學的研究和應用層次。最後值得再提的是體內瞬發γ活化分析的研究發展，將替國內引進新的觀念、新的技術，亦替原子能和平用途開闢了嶄新的一頁，使得核子科技和環境保護、污染防治、民眾健康與醫學診斷相連結，而促使原子能更廣泛、更積極地造福國民生活。作者感謝清華大學原子科學研究所翁寶山先生的指導、袁立基先生的協助，亦感謝所裏同仁的熱心幫忙，得以完成初步的實驗結果。同時也感謝高雄醫學院謝獻臣先生和放射科何耀輝先生的支持。參考資料 1. H. C. Biggin, N. S. Chen, K. V. Eitigner, J. H. Fremlin, W. D. Morgan, R. Nowotny, M. J. Chamberlain and T. C .Harvey, J. Radioanal. Chem., 19 : 207, 1974. 2. J. S. McLelian, B. J. Thomas, J. H. Fremlin and T. C. Harvey, Phys. Med. Biol., 20 : 88, 1975. 3. D. Vartsky, K. J. Ellis, N. S. Chen and S. H. Cohn, Phys. Med. Biol., 22 : 1085, 1977. 4. K. Al-Hiti, S. Slaibi and T. Al-Kayat, Int. J. Appl. Radiat. Isotopes, 30 : 55, 1979. 5. I. K. Al-Haddad, D. R. Chettle, J. H. Fremlin and T. C. Harvey, J. Radioanal. Chem., 53 : 203, 1979. 6. B. J. Thomas, T. C. Harvey, D. R. Chettle, J. S. McLelian and J. H. Fremlian, Phys. Med. Biol., 24 : 432, 1979. 7. J. B .Krauel, M. A. Speed, T. H. Baddeley and B. J. Thomas, Int. J. Appl. Radiat. Isotopes, 31 : 101, 1980. 8. W. D. Morgan, K. J. Ellis, D. Vartsky, Yasumura and S. H. Cohn, Phys. Med. Biol., 26:577, 1981. 9. M. S. Kitao, Isotopes News, 355 : 10, 1984. 張寶樹就讀於高雄醫學院研究所博士班，鍾堅任教於清華大學原子科學所
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1985年09月189期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1985、09 ＃期號：0189 ＃專欄：＃標題：臨床診斷的新科技──體內瞬發γ活化分析術＃作者：張寶樹‧鍾堅．體內瞬發γ活化分析．鎘元素的測定．體內瞬發γ活化分析的發展現況．結語．表一：體內瞬發γ活化分析的診斷元素＊IVPGAA可測低限係參考資料所得。．表二：世界各國的體內瞬發γ活化分析核子設施一覽表＊居里（Ci）為放射活性單位，1居里等於每秒有3.7×10¹⁰個衰變。．表三：體內瞬發γ活化分析指標值一覽表＊不具移動性或輕便型的核子設施。＃從參考資料中估算的數值。．圖一：瞬發γ射線的產生。靶核捕獲中子後形成激發過渡核，釋出瞬發γ射線後變成放射性核種，放射性核種進行β衰變而釋出衰變γ射線，然後形成穩定核種。．圖二：我國首次測量成功的瞬發γ射線能譜。圖中γ射線尖峰的來源為：511千電子伏特，係γ射線與物質作用的成對發生效應；鍺為高純度的鍺偵檢器；氫來自假體的水分子；鋁係核反應器的鋁製燃料桶；碳為石墨反射體；鐵是構成反應器內層材料；鉛是鉛屏蔽。又圖中的(S)係代表單一逃逸尖峰，(D)代表雙逃逸尖峰。．圖三：腦部CT掃描圖。．圖四：9.4毫克的鎘在假體內左腎的瞬發γ射線能譜。．圖五：美國布海汶國家實驗室的BNL-MAUIVPGAA核子設施。．圖六：民國六十五年國人完成的自製的移動式教學反應器（THMER）的透視圖。 1 反應器 7 空調系統 2 控制中心 8 配電盤 3 吊車 9 緊急通風裝置 4 γ偵測器 10 發電機 5 分裂產物監視器 11 變壓器 6 實驗儀器架 12 資料櫃．圖七(a)：我國IVPGAA實驗前的儀器裝置 1.空冷室（裝液態氮） 4.鉛磚 2.高純度鍺偵檢器ぁ 5.碳酸鋰(Li₂CO₃)粉末 3.氟化鋰(⁶LiF)粉末 6.中子射柱出口．圖七(b)：我國IVPGAA實驗中的假體裝置 1.假體的入水口 2.肝假體 3.腎假體 4.內裝碳酸鋰粉末的塑膠箱子 5.軀幹假體．圖八：移動性教學反應器切面圖。 1 核心 10 核心及中子源驅動機構 2 石墨反射體（內） 11 控制板驅動機構 3 核心鉛桶 12 中子偵測器 4 石墨反射體（外） 13 水平感控器 5 鉛屏蔽 14 水位及水溫感探器 6 水平中心穿通管 15 水位指示器 7 熱中子柱 16 車底屏蔽 8 水平側面穿通管 17 硼酸水 9 控制板 18 中子源		臨床診斷的新科技──體內瞬發γ活化分析術【摘要】一種新穎的核子科技，能夠直接應用於臨床診斷，並具有正確、快速、安全等優點，可作為工業衛生管制的依據。我國工業發展迅速，同時也帶來嚴重的工業污染問題。工業污染降低環境品質，直接威脅到每個人的生存空間。其產生的各種有毒物質、重金屬等進入人體後，會造成體內新陳代謝機制失調，而使人生病；因此，如何對這些物質作迅速而準確地分析，乃成為工業衛生的重要課題。本文介紹一種新穎的核子科技，能夠直接應用於醫學，為臨床診斷的有效工具，可提供迅速、準確的分析結果，其譯名為體內瞬發γ活化分析（in vivo prompt gamma activation analysis，縮寫為IVPGAA）。活化分析須利用中子。中子為構成核子的基本粒子之一，不帶電，質量為1.67492×10^-27千克。產生中子源的核子設施有核反應器、加速器和放射性同位素等。中子活化為靶核捕獲一個中子，形成一個激發過渡核。激發過渡核在10^-8秒到10^-24秒的極短時間內釋出瞬發γ射線（prompt gammaray）後，變成放射性核種。由於放射性核種含有過多的中子，所以遂行β衰變（beta decay），釋出衰變γ射線（decay gamma-ray），形成穩定核，如圖一所示。上述過程可以核反應表示如下：瞬發γ射線來自中子捕獲（neutron capture）過程，故瞬發γ射線又稱為捕獲γ射線。瞬發γ活化分析的原理並不深奧難懂，僅在某些靶物質，如氫、硼、鎘、氮、鈉、鋁、矽、硫、鈣、鉀、鐵、氯、錳、鈦以及汞等元素受到中子撞擊後才會產生。亦即沒有中子源就沒有瞬發γ射線，圖二則顯示各種活化元素瞬發γ射線的能譜圖。由於瞬發γ射線釋出時間極短，所以瞬發γ分析的發展一直到1970年代初期才由歐美先進國家的核子專家完成度量，我國亦於1984年首次測量成功，正式開拓此項核子科技在國內的發展。體內瞬發γ活化分析醫學上首次應用瞬發γ活化分析是1972年，所測量的元素是鎘，於是體內瞬發γ活化分析開拓了醫學診斷的新領域，尤其是對於工業污染的元素，如鎘、矽、汞、錳、鈦、硼等。醫學治療過程，首先必須有正確的診斷，才能獲得治療上預期的效果。現代醫學和我國傳統醫學（中醫）的區別在於前者主要為科學醫學，而後者主要為經驗醫學。科學醫學就靠著許多醫療器材以求得正確診斷的結果，例如最簡單的聽診器到最進步的電腦斷層X光攝影機〔computerized x-ray tomographic machine，俗稱電腦斷層掃描機（CT scanner）〕。在醫學診斷技術上，有體內分析（in vivo analysis）和體外分析（in vitro analysis）之分。體外分析包括一般的生檢法（biopsy）、細菌顯微鏡檢查（bacterioscopy）和病理切片檢查等，為現行醫療領域裏最基本的醫學檢驗項目。體內分析包括一般的X光攝影診斷、超音波診斷、CT掃描攝影和核子醫學掃描攝影等。科技的進步，使得現有的體內分析診斷技術，能夠提供醫師判定正確的病灶位置；例如腦部CT掃描攝影的結果，可以提供腦神經外科醫師判定病患腦部何處出血，如第四腦室出血（quartus-ventricular hemorrhage）、第三腦室出血（tertius-ventricular hemorrhage）、兩側腦室出血（lateralis-ventricular hemorrhage）、視丘出血（thalamic hemorrhage）、顳頂葉內血塊（temporal-partietal lobes hematoma）、或硬膜外血塊（epidural hematoma）等（見圖三）。前雖有新穎的醫療器材，能夠提供迅速並正確的體內分析診斷依據，但卻無法滿足基礎醫學研究者對於病因學（aetiology）的需要。而現有的體外分析診斷技術所提供的僅為局部性、間接性或暫存性的生理狀況資料，因此對於發展體內瞬發γ活化分析應用於醫學上的臨床診斷、病因學的探討和工業公共衛生學的研究均極有價值。表一所示為目前體內瞬發γ活化分析應用於醫學研究的元素種類，其中鎘、矽和汞均為工業污染的產物，而氮、鈣雖為人體構成的基本元素，但若新陳代謝失調，則致使氮、鈣含量的失衡，也會造成疾病。鎘元素的測定受工業污染而吸入或食入有毒或有害物質，然後產生的疾病，是很不容易治癒的。例如多氯聯苯污染了米糠油所造成的中毒事件，足以讓我們了解工業污染的嚴重性和可怕程度。多年來，國內對於工業污染的防治工作僅止於環境試樣或檢體的分析而已，無法了解一般民眾或職業勞工體內積存了多少工業污染物質。例如桃園縣大園鄉某工廠排放含鎘的廢水而污染了農田，致使生產含鎘的稻米，雖然已證實「鎘米」的存在，但卻無法追蹤食用「鎘米」的民眾，和在含鎘的工作環境下工作的工人，其體內到底積存了多少的鎘？是否足以影響身體健康？雖然目前尚無法了解鎘進入人體內之後的新陳代謝機制，但根據現有的醫學文獻資料顯示，鎘最後是集中於肝和腎。鎘是高血壓的可能病因之一，著名的痛痛病（itai-itai disease）就是鎘在體內聚積過量所造成的。此外，鎘在體內積存多量時亦可能造成急性胃腸炎、急性肺水腫、急性間質肺炎、肺氣腫和胺基酸尿等。以體內瞬發γ活化分析測定體內鎘含量的基本原理是：自然界金屬鎘含有12.2％的¹¹³Cd。¹¹³Cd的熱中子（n_th）反應截面高達20,000邦（1邦＝10^-24厘米²）。¹¹³Cd 吸收熱中子後變為¹¹⁴Cd，隨即釋出瞬發γ射線，其能量為559千電子伏特（1電子伏特＝1.602 ×10^-19焦耳），然後以鍺（Ge）偵檢器偵測出559千電子伏特的γ尖峰（gamma-ray peak）。圖四所示為我國首次以純鍺偵檢器〔hyperpure germanium（HPGe）detector〕偵測繪出的鎘瞬發γ能譜。當中子撞及人體器官內的污染金屬時，如肝和腎內的鎘元素，則中子和污染物的原子核產生（n﹐γ）的捕獲反應而釋出瞬發γ射線，如以偵檢器在人體附近收集了瞬發γ能譜並作定量分析，就可以判讀出被照射器官內污染物質的含量，進而可作為醫學上臨床診斷的依據。經核反應後的同位素產物，並不一定具有放射性，而瞬發γ射線僅在中子擊中污染物時才出現，如¹¹³Cd(n,γ)¹¹⁴Cd，能量為559千電子伏特的瞬發γ射線也只有在被照射器官內含有鎘元素才產生。因此沒有中子照射或器官內不含鎘污染物時，就沒有瞬發γ射線產生，所以對人體組織而言，體內瞬發γ活化分析並不產生放射性物質殘留於體內。體內瞬發γ活化分析的發展現況 1970年代初期，體內瞬發γ活化分析首先使用核反應器來進行實驗與研究，然後才有以加速器作為中子源或以放射性同位素中子源的發展與應用於醫學診斷。表二為世界各國體內瞬發γ活化分析的核子設一覽表，其中我國於1983年開始著手設計，於1984年首次以假體（phantom）為研究對象的體內瞬發γ活化分析實驗。表二的體內瞬發γ活化分析的核子設施，包括了核反應器、加速器和放射性同位素中子源，其中以放射性同位素中子源使用為最多。美、英、日等，科技先進國家均擁有這些核子設施，甚至連伊拉克也奮起直追。國外的核反應器和加速器固然很多，當然也都可以用來支持體內瞬發γ活化分析的實驗與研究，但由於核反應器和加速器幾乎全為固定型，不能隨便移動，使得1970年代中期以後，體內瞬發γ活化分析所用的中子源均將放射性同位素中子源置於拖車上，使之具有移動性。移動性的核子設施首先由美國布海汶國家實驗室（Brookhaven National Laboratory﹐BNL）於1980年建造成功，以 ²³⁸Pu-Be 為中子源，測量熔煉工人和電鍍工人的腎、肝內鎘含量。結果發現暴露於含鎘的工作環境中的勞工，其腎和肝內的鎘含量遠高於一般民眾。圖五所示美國布海汶國家實驗室的移動性照射設施BNL-MAU的結構圖。可移動性的核子設施用來執行體內瞬發γ活化分析體內照射實驗的好處很多，其中最重要的是它照射處理速度快，平均每人只需10分鐘即可取得結果，故可以在很短的時間內替一大群人服務，而具有機動性的核子設施，就可隨時開赴特定地點為人展開服務。我國係利用先進國家發展成功的體內瞬發γ活化分析的技術與觀念，以自製的移動教學反應器（Tsing Hua Mobile Educational Reactor﹐ THMER，見圖六）所提供的中子源對生物體行照射分析，期以在最少的輻射劑量下，獲知人體受鎘或其他重金屬污染物等沈積的情況，以作為診斷的依據。（見圖七、八）體內瞬發γ活化分析係以中子源照射人體，以測知人體器官內重金屬含量，所以在考慮輻射安全與實驗條件下，就必須使人體受照射時間愈短愈好，且可測知器官內的重金屬含量值愈小愈靈敏。目前我國進行體內瞬發γ活化分析努力的目標是，縮短人體照射時間與降低可測值。假若以可測低限（detection limit, DL）和皮膚所受等效劑量（skin dose equivalent, DE）的乘積為分母，以g值為分子，定義體內瞬發γ活化分析指標（IVPGAA Index）為： IVPGAA Index＝g/DL‧DE其中肝的g值為0.68，腎為1。體內瞬發γ活化分析指標可做為研究體內瞬發γ活化分析的能力比較，各國的指標值均列於表三。其中我國的指標值最高，顯示我國對於體內瞬發γ活化分析的研究潛力不輸於歐美核子科技先進國家。亦即目前我國研究此一新的核子科技，其可測值相當地低，且皮膚所受的等效劑量也十分合乎輻射安全規定。結語要有效地治療受工業污染的人體，首先需要了解其體內受到污染物侵襲有多嚴重，體內瞬發γ活化分析提供了一項新的分析技術，能迅速、正確和安全地測知人體器官受到有害元素污染的程度，以供臨床診斷和基礎醫學的研究。我國由於經濟的快速發展與工業升級，國人的生活水準不斷地提升，幾可與已開發國家並列；然而，生活水準的不斷提高，卻使得生活的品質日漸降低；國人所吸入的空氣，攝取的水和食物，在在都受到工業污染的威脅。雖然揭發與報導工業污染的消息日益增多，但是工業污染依舊，重金屬、鎘、汞的污染都直接間接地經由生態循環系統侵入人體，因此發展體內瞬發γ活化分析的核子科技，直接應用於醫學所需，不但有其急迫的需求性，事實上已到了刻不容緩的地步了。我國從事體內瞬發γ活化分析的研究歷史雖短，但是目前以假體為實驗材料的研究成果，不僅在國外獲得肯定，在國內亦顯示發展應用此項核子科技於臨床診斷的可行性。所以在未來的幾年內，必可促使此法走出實驗室而直接用於服務社會大眾，以提升工業衛生醫學的研究和應用層次。最後值得再提的是體內瞬發γ活化分析的研究發展，將替國內引進新的觀念、新的技術，亦替原子能和平用途開闢了嶄新的一頁，使得核子科技和環境保護、污染防治、民眾健康與醫學診斷相連結，而促使原子能更廣泛、更積極地造福國民生活。作者感謝清華大學原子科學研究所翁寶山先生的指導、袁立基先生的協助，亦感謝所裏同仁的熱心幫忙，得以完成初步的實驗結果。同時也感謝高雄醫學院謝獻臣先生和放射科何耀輝先生的支持。參考資料 1. H. C. Biggin, N. S. Chen, K. V. Eitigner, J. H. Fremlin, W. D. Morgan, R. Nowotny, M. J. Chamberlain and T. C .Harvey, J. Radioanal. Chem., 19 : 207, 1974. 2. J. S. McLelian, B. J. Thomas, J. H. Fremlin and T. C. Harvey, Phys. Med. Biol., 20 : 88, 1975. 3. D. Vartsky, K. J. Ellis, N. S. Chen and S. H. Cohn, Phys. Med. Biol., 22 : 1085, 1977. 4. K. Al-Hiti, S. Slaibi and T. Al-Kayat, Int. J. Appl. Radiat. Isotopes, 30 : 55, 1979. 5. I. K. Al-Haddad, D. R. Chettle, J. H. Fremlin and T. C. Harvey, J. Radioanal. Chem., 53 : 203, 1979. 6. B. J. Thomas, T. C. Harvey, D. R. Chettle, J. S. McLelian and J. H. Fremlian, Phys. Med. Biol., 24 : 432, 1979. 7. J. B .Krauel, M. A. Speed, T. H. Baddeley and B. J. Thomas, Int. J. Appl. Radiat. Isotopes, 31 : 101, 1980. 8. W. D. Morgan, K. J. Ellis, D. Vartsky, Yasumura and S. H. Cohn, Phys. Med. Biol., 26:577, 1981. 9. M. S. Kitao, Isotopes News, 355 : 10, 1984. 張寶樹就讀於高雄醫學院研究所博士班，鍾堅任教於清華大學原子科學所
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