4

医学和研究领域的辐射源和替代技术

本章讨论放射源在医学和研究领域的一些主要应用以及替代技术的现状。引用特定技术以及在某些情况下对特定商业产品和制造商的引用并不一定构成或暗示委员会对其认可。

4.1 血液辐照

血液照射是美国最常用的预防输血相关移植物抗宿主病 (TA-GvHD) 的方法。TA-GvHD 当含有来自免疫活性供体的 T 细胞的细胞血液成分输注给免疫功能不全的接受者（宿主）时，就会发生 TA-GvHD。输入的供体细胞会与受体的组织发生反应，并对皮肤、肝脏和胃肠道造成损害。最重要的是，在 TA-GvHD 中，供体免疫活性白细胞也会攻击宿主的骨髓并产生致命的发育不良或再生障碍性骨髓衰竭状态。宿主经常因败血症而死于感染。当供者和受者人类白细胞抗原类型与一级亲属的献血相似时，也会发生 TA-GvHD。在这些情况下，接受者的免疫系统无法将供体淋巴细胞识别为外来细胞并摧毁它们（Bahar 和 Tormey，2018 年）。由于一旦 TA-GvHD 发生，几乎没有有效的治疗干预措施，唯一的方法是提前防止发生。

降低 TA-GvHD 的风险是通过在输给易感患者前处理细胞血液制品来阻止 T 细胞复制。在美国和欧洲，只有用于治疗已确定风险的患者的血液成分才需要进行放射治疗等治疗。2017 年，美国大约 16% 的红细胞和 52% 的血小板单位接受了伽马或 X 射线源的预防性照射，以防止易感受体发生 TA-GvHD（Sapiano 等，2020）。根据 TA-GvHD 的风险，经过处理的血液成分的百分比因国家/地区而异。与具有更大程度异质性的人群（如许多非洲国家的人群）相比，基因更同质的人群（如日本）的风险更高。

以下部分讨论了不同技术在预防 TA-GvHD 方面的能力。这些内容的总结请参见表 4.1。

表 4.1 不同技术在预防 TA-GvHD 和减少病原体方面的能力

备注：（是）表示在美国不可用。TA-GvHD = 输血相关移植物抗宿主病；UVA = 紫外线 A；UVB = 紫外线 B。

来源：采用自 NSTC 2016 并更新。

4.1.1 放射性同位素技术

以消除白细胞(WBC) 增殖能力的剂量对血液成分进行伽马照射是预防 TA-GvHD 的主要方法。血液成分的伽马辐射灭活淋巴细胞是预防 TA-GvHD 的主要方法（见图 4.1a）。几十年来，专用的铯 137 血液辐照器（包含密封在不锈钢包膜中的压制氯化铯 (CsCl) 粉末；在本章中称为铯辐照器）一直是辐照血液成分以灭活淋巴细胞和预防 TA-GvHD 的标准方法。血液辐照是使用铯 137 的最常见应用，其次是研究辐照器（见第4.2 节）。铯辐照器是基于 International Atomic Energy Agency 分类系统的 1 类放射源，在购买时通常包含总计 1,000–5,000 Ci (37–185 TBq) CsCl 的多个放射源。大约 5% 的血液辐照器使用高活度钴 60（NRC，2008 年）。放射源完全包含在铅屏蔽罩中，因此血液辐照器被称为“自屏蔽”辐照器。包括其屏蔽罩，这些辐照器非常重，重量超过一公吨。National Nuclear Security Administration (NNSA) 估计，美国大约有 400 个铯血液辐照器（Itamura 等，2018 年）。

对于 TA-GvHD 预防，Food and Drug Administration (FDA) 的当前指南建议必须将 25 格雷 (Gy) 照射到照射罐的中平面，罐内的剂量不得低于 15 Gy（FDA，1993 年）。铯辐照器的设计使得当装有血液制品的罐子移入辐照室时，操作员会自动受到屏蔽罩的保护。辐照罐在转盘上旋转以确保剂量均匀。罐内的剂量变化通常不会超过 20%，除罐顶部和底部的一小部分外（NRC，2008 年）。由于自然放射性衰变，铯和钴辐照器每年进行剂量映射，并重新计算暴露时间（Moroff 和 Luban，1997 年），以确保将 FDA 推荐的剂量应用于血液成分。除非血液辐照器接近或超过其使用寿命（超过约 30 年），否则暴露时间通常为约 5 分钟。目前购买铯辐照器的成本从 200,000 美元到 350,000 美元不等。

4.1.2 替代技术

铯辐照器有两种替代方案：用于所有血液成分的 X 射线辐照器和用于某些血液成分的病原体减少方法。这些将在以下各节中讨论。

X 射线辐照器

X 射线血液辐照器于 1999 年首次被 FDA 批准作为铯辐照器的替代品。在实施的早期阶段，由于 X 射线管或电源故障，X 射线辐照器与伽马辐照器相比更容易出现频繁故障。一些血库购买了备用 X 射线辐照器或与附近的机构签订合作协议以在故障情况下使用（NRC，2008 年）。

2009 年 2 月，FDA 批准了 Rad Source Technologies 的 RS3400 X 射线血液辐照器，该产品重新设计了X 射线管 (FDA, 2021b)。新的射线管更长，并配有一个线性阵列的阴极灯丝，周围环绕着一个由金 (Au) 制成的 X 射线可透射同轴靶阳极，金 (Au) 是一种具有更高原子序数的靶材料。与传统的 X 射线管相比，阳极的更大表面积实现更好的散热。使用多个短阴极灯丝和更高原子序数的靶，在灯丝周围 360 度产生更大的辐射输出，电压更低，延长了 X 射线管的寿命（Ausburn，2016 年）。血样围绕单管同轴旋转，以提供均匀的照射。靶损坏的射线管可以由制造商整修而不是被处理掉。由于更低的电压要求和更好的散热，使用重新设计的 X 射线管（本报告中称为第二代 X 射线管）的设备可以使用封闭的水循环系统进行冷却，而不必连接公共用水（第一代 X 射线设备的要求）。在过去 10 年中部署的第二代 X 射线血液辐照器技术已被广泛接受为铯辐照器的可靠且具有成本效益的替代品。图 4.1b 是 X 射线血液辐照器的示意图。

目前，至少有四家制造商生产或分销 X 射线辐照器：Rad Source Technologies 生产 RS3400 辐照器；日立生产 Sangrey 辐照器；R3 X-Ray LLC 经销 RadGil2 美国；和 Best Theratronics 生产 Raycell MK2。在这些

产品中，RS3400 使用的是本节前面描述的第二代射线管，其他产品使用第一代射线管。设备配置各不相同，但第一代 X 射线辐射器通常使用传统的 X 射线管系统，该系统由封闭在铅屏蔽容器中的两个管组成。为了确保在没有靶旋转情况下辐射剂量均匀，该设备可以使用两个相对的 X 射线管，在放置靶容器的腔室的每一侧各一个，基于中心剂量率，通过设置和监测辐射时间来控制剂量输送。

X 射线设备的通量可与铯辐照器相当，常规暴露时间约为 5 分钟。X 射线设备的尺寸与伽马辐射器大致相同，但重量略轻。购买 X 射线血液辐照器的成本与铯辐照器相当，约为 270,000 美元(NTI, 2018a)。

Stellarray 是 NNSA 小企业创新研究 (SBIR) 和小企业技术转让奖的小企业获得者，正在开发一系列基于称为平板 X 射线源 (FPXS) 的新型 X 射线源架构的同位素替代辐照器，包括一个独立的血液辐照器 (SCBI)。与传统的 X 射线系统不同，在传统的 X 射线系统中，X 射线是从倾斜或弯曲的阳极上的小点产生的，而FPXS 可在平坦阳极表面上更广泛的区域产生 X 射线。将阳极的一侧暴露于外部环境进行冷却，不存在 X 射线管的跟部效应，以及使放射源通量区域与辐射目标区域相同的能力在功率效率和热管理方面具有优势。图 4.2 显示了 FPXS 面板的横截面图。其他地方详细介绍了技术配置（Eaton 等，2019 年）。

FPXS 的设计始于 10 多年前，当时血液辐照 X 射线源的可靠性问题阻碍了其在此应用中的使用。SCBI 旨在为血袋和其他血液制品提供 25 Gy 的均匀剂量，并在任何轴上实现不超过 10% 的剂量变化，这是目前市场上的 X 射线机通常可以实现的。该系统的一个可能的优点是可以在不到 4 分钟的时间内照射血液，非常适合在繁忙的血库和医院使用。此外，这些辐照器的机柜尺寸约为目前可用的使用 X 射线或伽马射线的辐照器的四分之一。除了这些可能的优势外，Stellarray 的技术似乎并没有为市场上已有的血液照射 X 射线

系统提供明显的好处，除非其价格具有吸引力。¹ 然而，这项预计将于 2021 年上市的新技术将加剧产品市场的竞争。两种类型的研究辐照器和昆虫不育辐照器也正在开发中，使用的是相同的基本系统架构。

使用医用直线加速器（直加）照射血液成分的可行性已在多项研究中得到证实（Butson 等，2000 年；Olivo 等，2015 年；Pinnarò 等，2011 年），但探索这个选项仅在因资源有限而无法选择专用血液辐照器的环境中才有意义。这些研究中的挑战主要是建立剂量学计划以实现均匀的剂量分布。几家公司已尝试开发下一代低能量紧凑型加速器，专用于替代铯血液辐照器中的放射性同位素。例如，2010 年，RadiaBeam Systems 为直线加速器开发了一种新颖的制造工艺，旨在降低成本和尺寸，使其适用于这些应用。他们将这种加速器称为MicroLiinac，是在 Department of Energy (DOE) 的斯坦福直线加速器中心开发的。这款加速器由市售的 x 波段磁控管射频 (RF) 源供电。同样建造和测试过一台用于自给式辐射器的 2-MeV 直线加速器样机，但被认为应用成本太高。² 自 2016 年以来，RadiaBeam 一直在追求分离式直线加速器制造方法，因为组件更少，因此能够显著降低制造成本。RadiaBeam 在该领域的发展范围从用于便携式射线照相的 0.2 到 1.0-MeV 加速器到用于辐照应用的更强大的 6-MeV 系统。

病原体减少方法

病原体减少（或病原体灭活）是一个过程，在这个过程中，血液成分在收集后立即进行处理，以灭活任何残留的传染原，包括病毒、已知会污染血小板的细菌³和寄生虫。除了白细胞（包括 T 细胞）中所含的外，人类血液中不应有任何用于输血的基因组核酸（DNA 或 RNA）。收集的血液中存在的任何此类 DNA 或 RNA 都与病原体有关。病原体减少是通过改变不同血液成分中病原体的核酸的方法来实现的。⁴ 制造减少病原体的血液成分的需求因成分而异。例如，制造减少病原体的血小板的需求高于制造减少病原体的血浆的需求。这是因为血小板是在室温下储存的，因此如果组件单元受到污染，细菌生长的风险就会增加。血浆冷冻保存，在冷冻保存的组件中不太可能发生细菌污染。

在本报告的背景下，已发现使用病原体减少方法治疗某些血液成分可有效抑制淋巴细胞增殖，因此可有效预防 TA-GvHD。这使得病原体减少方法成为铯和钴 60 辐照器的替代品或可能的替代品，用于治疗某些（但不是全部）血液成分。尽管一些减少病原体的方法可以替代伽马辐射，但据报道伽马辐射是减少病原体的无效替代方法（Bello-López 等，2016 年）。

2014 年，FDA 批准了一家制造商的两种紫外线 (UV) 系统，用于治疗血小板和血浆，以减少血液病原体。用于减少红细胞病原体或全血治疗的系统尚未获得 FDA 的批准。

第一种涉及补骨脂素、amotosalen 和紫外线 A (UVA) 光的血小板和血浆病原体减少方法已获得 Cerus 公司的许可（FDA，2014 年），自 2000 年代初以来已在欧洲的一些国家/地区使用。该治疗通过在核酸中产生amotosalen 加合物来灭活病毒、细菌、寄生虫和淋巴细胞，阻断病原体和淋巴细胞的复制，同时保留血液成分的治疗功能（Castro 等，2018 年；Grass 等，1998 年）（见图 4.3）。由 amotosalen 和 UVA 产生的淋巴细胞 DNA

___________________

¹ 根据 CISA (2019)，目标价为 175,000 美元至 275,000 美元。

² RadiaBeam Technologies, LLC 的 Salime Boucher 于 2020 年 12 月 17 日向委员会作介绍。

³ FDA 于 2020 年 12 月更新了其细菌风险控制策略指南。新指南要求采取额外的安全措施，可能会导致美国增加病原体减少方法的使用（FDA，2020 年）。

⁴ 已经观察到经过病原体减少的红细胞和血小板的质量受到一些破坏，但根据监管机构的批准，认为减少是可以接受的。

中的加合物密度（大约为 37 个碱基对中的 1 个）显著大于由 25 Gy γ 或 X 射线照射引起的 DNA 断裂密度（37,000 个碱基对中的 1 个），证明复制抑制更大，从而使淋巴细胞失活更多（Castro 等，2018 年）。

在血小板中，amotosalen 和 UVA 治疗被认为是降低 TA-GvHD 风险的预防措施，并于 2016 年成为AABB（前身为美国血库协会）标准的一部分（Regan 和 Markowitz，2016 年），目前在许多血液中心实践采用。截至 2021 年 4 月，大约 50% 的 American Red Cross 单采血小板收集物使用该技术进行处理，目标是到2023 年使用该技术减少单采血小板收集物中 100% 的病原体。

Cerus 有一个类似的系统，适于血浆病原体灭活 (FDA, 2021a) 和生产来自血浆的病原体减少的冷沉淀纤维蛋白原复合物（FDA，2020 年），该系统被许可用于治疗和控制与纤维蛋白原缺乏相关的大出血。冷冻血浆的 T 细胞白细胞污染鲜少被认为是 TA-GvHD 的危险因素，并且很少使用伽马辐射；然而，一些 T 细胞在冷冻后仍能保持活力。从未冷冻的液体血浆被输给部分患者，且很少用伽马辐射治疗。用于血浆的amotosalen-UVA 技术获得了 FDA 的预期用途指示，以降低输血传播感染的风险，并作为伽马辐射的替代方案，用于预防冷冻和液体血浆的 TA-GvHD。然而，虽然获得 FDA 批准，但通过该技术减少的血浆病原体在美国并不可用，部分是因为是制造困难，另一部分是因为血液中心的资源限制。

血小板的第二个病原体减少系统利用的是核黄素和 UVB 光。该方法在美国进行了 3 期临床试验（NLM，2017 年），但因为无法达到主要研究终点而结束试验。然而，自 2000 年代初以来，该方法已被批准在欧洲使用。该治疗导致病原体中的核酸碱基修饰和链断裂（Mundt 等，2014 年）并使淋巴细胞失活（Fast 等，2011 年）。在临床前研究和临床试验中，同样研究了核黄素和 UVB 在全血病原体灭活中的作用（Yonemura 等，2017 年）。通过标准血库离心方法，全血病原体减少可能会产生血小板和红细胞灭活的血液成分。

已成功研究单独使用 UVC 光（不含光敏剂）减少病原体和使血小板成分中的白细胞失活，包括在动物模型中预防 TA-GvHD（Pohler 等，2015 年；Seltsam 和 Muller，2011 年）。UVC 方法，名为 THERAFLEX UVPlatelets 系统（MacoPharma，Mouvaux，法国），仍在进行临床开发，目前尚未在任何市场获得许可。

如前所述，用于减少红细胞病原体的系统尚未获得 FDA 的批准。紫外线方法更难应用于红细胞灭活，因为红细胞中的血红蛋白 A 吸收 UVA 并抑制补骨脂素处理的红细胞中发生的交联。在过去的十年中，Cerus 一直在研究使用核酸靶向烷化吖啶衍生的不稳定烷化剂 amustaline (S-303) 灭活红细胞中的病毒、细菌、寄生虫和淋巴细胞（Henschler 等，2011 年；North 等，2011 年）。Amustaline 红细胞产品已在美国的 2 期临床试验（Cancelas 等，2017 年）和欧洲的两项 3 期临床试验中进行了研究（Aydinok 等，2019 年；Brixner 等，2018 年）。欧洲 CE 标志注册正在审核中。Amustaline 红细胞目前正在美国进行两项 3 期试验。有望在未来 3 至 4 年内获得这些试验的结果。

4.1.3 替代技术采用注意事项

随着 Cesium Irradiator Replacement Project (CIRP) 的实施（见侧栏 1.2），X 射线辐照器被广泛用于血液辐照，并且仍在继续广泛采用。CIRP 为新的非放射性同位素装置的购买价格以及铯辐照器的拆除和处置提供经济激励。迄今为止，CIRP 已帮助拆除了 165 台铯辐照器，另有 150 台辐照器正计划拆除。在 CIRP 之外，在国家层面对铯辐照器替代技术采用率的跟踪有限。一项调查表明，2017 年照射的血液成分中约有 75% 是使用铯辐照器完成的，其余部分使用 X 射线技术（Sapiano 等，2020 年）。

X 射线血液辐照器被认为是伽马辐照的合适且经济的替代品。Bakken 及其同事（2013 年）对铯和 X 射线血液辐照器进行了成本效益分析。根据每年照射的血液单位数，在照射器的三个利用率水平上进行成本比较。这些比较考虑了保护和处置铯源所产生的成本、运营和维护成本以及社会成本。该研究得出的结论是，在大多数情况下，为此应用切换到 X 射线技术具有成本效益（Bakken 等，2013 年）。

纽约市 Mount Sinai Hospital 是采用 X 射线技术替代铯血和研究辐照器的领先机构，其代表向委员会介绍了该机构的成本效益分析，该分析还证明过渡到 X 射线辐照器可以节约经济成本。截至 2018 年 1 月，Mount Sinai 完全迁移到 X 射线辐照器，并通过 CIRP 处置了其铯辐照器（Kamen 等，2019 年）。这项工作耗时 9 年才完成。德克萨斯州 Christus Spohn Hospital 这家规模较小的医疗中心进行的一项类似的成本效益分析也表明，改用 X 射线辐照器可节省资金。⁵

美国最大的血液处理和供应组织 American Red Cross 于 2017 年开始用 X 射线辐照器替换其铯辐照器。当时，American Red Cross 有 33 台血液辐照器。截至 2021 年 4 月，已拆除 27 个铯辐射器。该组织在 34 个地点共安装了 37 个 X 射线辐照器，以替换铯辐照器和老化的 X 射线辐照器。尽管每天大量使用，但很少需要对 X 射线设备进行大修。

其他地方也广泛采用 X 射线技术进行血液照射。日本 20 年前开始更换铯血辐照器，其中 80% 已被 X 射线辐照器取代。根据一份报告，福岛第一核电站事故后日本公众的监管负担和对放射性的恐惧是加速使用 X 射线照射血液的因素（Bieniawski 等，2017 年）。在挪威，2011 年 7 月针对政府和公共基础设施的恐怖袭击推动了挪威当局加强高风险设施的安全，并颁布了一项政策，要求所有医院使用 X 射线技术（Saxebøl 和 Øvergaard，2013 年）。2015 年，挪威通过更换所有 13 台伽马辐照器并将铯 137 源返还给制造商，完成淘汰工作。

2013 年，欧洲辐射防护机构网络对欧洲国家使用铯血辐照器的使用情况以及 X 射线技术在可靠性、成本、维护和其他因素方面的经验进行了调查。在对调查作出回应的⁶九个国家中，至少有 100 个基于伽马的辐

___________________

⁵ Sandia 的 Michael Itamura 和 Jodi Lieberman 于 2020 年 4 月 29 日向委员会介绍。

⁶ 比利时、捷克共和国、法国、德国（仅巴伐利亚州）、卢森堡、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典和瑞士。

照器和大约 20 个基于 X 射线的辐照器。受访者提到，总体而言，X 射线技术运作良好，但缺点包括将此类辐照器安装在温暖地区时会出现更多故障；相对昂贵的设备维护；并且需要为设备提供稳定的电压和频率的持续供电。此外，有人指出，与基于伽马的辐照器相比，基于 X 射线的辐照器需要相对较长的辐照时间，但并未提及实际额外的时间量（Saxebøl 和 Øvergaard，2013 年）。

自 2013 年调查以来，一些欧洲国家在逐步淘汰基于伽马的辐照器并用 X 射线技术取而代之方面取得了显著进展。到 2016 年底，法国已经更换了所有 30 台基于伽马的铯辐照器（Bieniawski 等，2017 年）。2017 年 6 月，丹麦禁止使用基于伽马的辐照器，芬兰和瑞典一直在鼓励使用 X 射线技术（Dalnoki-Veress 和Pomper，2017 年）。IAEA 提出不再向发展中成员国提供用于血液和研究辐照器的铯源 (IAEA, 2019c)。

如第 1 章所述，印度是第一个报告使用笔束玻璃化铯的国家（BARC，2017 年）。Bhabha Atomic Research Centre (BARC) 的研究人员开发了一种硼硅酸盐玻璃基质，将纯化的铯 137 嵌入到不可分散的形式中，然后将玻璃混合物倒入不锈钢笔中。截至 2021 年春季，BARC 报告已生产了 220 支铯玻璃笔，用于血液辐照和谷物辐照。⁷ 玻璃化铯形式的比活度为 2.5 Ci/g (92.5 GBq/g) 和 5 Ci/g (185 Gbq/g)；相比之下，氯化铯 137 的比活度为 87 Ci/g (3,220 GBq/g)，这意味着印度玻璃化铯笔不能用于现有的血液辐照器，必须重新设计以适应更低的比活度材料。

对于某些血液成分，使用病原体减少方法是另一种有希望的替代伽马辐射的方法。尽管血库可以通过对血小板单位采用病原体减少方法来避免使用伽马射线和 X 射线辐射器来预防 TA-GvHD，但还没有任何红细胞病原体减少方法得到监管机构的批准。在获得用于减少红细胞病原体的许可方法之前，医院和血库仍需要使用伽马射线或 X 射线照射。即使红细胞灭活方法获得监管部门的批准，也不是每个单采血小板都可以减少病原体，因为装置必须满足体积和血小板含量规范才能获得治疗资格。因此，在不久的将来，对伽马或 X 射线设备的依赖可能会继续存在。

4.2 研究用辐照器

研究用辐照器用于各种涉及细胞或小型实验室动物以及非生物材料的研究。具体包括：

• 辐照体外培养的细胞以提供“饲养细胞”从而支持特定细胞类型的生长；
• 辐照细胞为免疫反应提供刺激细胞；
• 用于放射生物学研究的细胞辐照，包括细胞周期抑制；
• 照射实验动物治疗肿瘤；
• 辐照实验动物以消耗或消融造血系统并促进骨髓移植或肿瘤植入以进行研究；
• 对实验动物进行辐照以研究不同剂量、剂量率和施加辐射能量后的辐射相关疾病；和
• 辐照具有不同总剂量、剂量率和能量的材料（聚合物、生物制品、食品、微电子和其他材料），以了解辐射对这些材料的影响。

___________________

⁷ Kaushik, C. P. 2021 年。通过 HLLW 分区回收放射性同位素的最新进展。Indian Nuclear Society.INS Newsletter.2021 年 5 月。

在研究机构、大学、政府和商业实验室中进行使用研究辐照器的研究。与血液辐照器相比，FDA 提供辐照血液规范，研究涉及的规范可能会因实验需求和研究终点而有显著差异。

4.2.1 放射性同位素技术

使用伽马源的研究辐照器在设计上与血液辐照器相似。第 1 类和第 2 类钴 60 或铯 137 辐射源的典型活度约为 1,200–3,000 Ci (44.4–111.0 TBq)。与铯 137 相比，钴 60 的半衰期较短，因此需要更频繁地更换辐射源。然而，来自钴 60 的更高能量的伽马射线和可从等量放射性核素获得的相对较高的活度使其成为一种有吸引力的放射性同位素，可用于提供某些研究协议所需的更高剂量率。

目前美国大约有 300 台伽马研究辐照器在运行中（CISA，2019 年）。在世界范围内，已经安装了 2,000 多台铯研究辐照器和约 500 台钴 60 辐照器 (IAEA, 2019c)。

4.2.2 替代技术

铯 137 和钴 60 研究辐照器的最可行替代品是 X 射线辐照器。研究中使用的市售 X 射线辐照器可产生具有合理辐射场几何形状和整体剂量均匀性的辐射束（Poirier 等，2020 年）。这些辐照器可在 120 到 350 kV 的各种不同能量下运行，以满足不同的实验需求。此外，X 射线辐射器在连续能谱上产生光子。因此，X 射线照射结果更多地取决于所使用的特定 X 射线设备的峰值能量、剂量分布、深度剂量、光束过滤和其他参数。辐照器的价格随着电压的增加而增加，辐照器的整体尺寸也是如此。

审核已报告了为评估用 X 射线技术替代伽马辐照器而进行的实验过程和结果。一般来说，较高能量的X 射线辐照器 (220–350 kV) 更有可能成为进行动物研究的合适替代品，而较低能量 (160 kV) 的 X 射线辐照器更适合用于体外细胞研究（Murphy 和 Kamen，2019 年）。这些审核还指出，在某些但不是所有情况下可能实现可比较的相对生物有效性 (RBE) 值（MacKenzie 等，2020 年）。了解所需的深度剂量有助于确定合适的 X 射线辐射器和所需的设置（Murphy 和 Kamen，2019 年）。320 kV X 射线辐照器的深度剂量曲线与铯 137 辐照器的深度剂量曲线几乎相同，直到组织深度为 4 厘米，但 160 kV X 射线辐照器只能产生与铯 137 的深度剂量相似的深度剂量，直到组织深度小于 2 厘米（MacKenzie 等，2020 年）。

由于较浅的深度剂量曲线和皮肤灼伤的风险，低能 X 射线辐照器不利于动物研究。由于需要使用更高能量的 X 射线辐射器才能获得足够的组织穿透力，因此必须使用适当的能量过滤来阻挡较低能量的光子，从而在保护表面组织的同时实现良好的组织穿透。如第 4.1 节所述，Stellarray 正在开发一系列基于新 X 射线源架构 FPXS 的同位素替代辐照器。这种新系统可以在研究中提供改善剂量均匀性的优势，但需要在等效实验中得到证明。

人们普遍认为 X 射线技术可以代替铯辐照器，但有一些例外，例如，当需要非常高的辐射剂量时。研究辐照器的某些用途需要更高的 X 射线穿透性和良好的剂量均匀性，因此需要更高的能量。与铯 137 相比，X 射线的穿透深度更短，这将对某些研究产生影响，尤其是那些使用比小鼠大的实验动物进行的研究。这个问题实际上可以通过努力实现尽可能高的束能量和穿透力的 X 射线来解决（Poirier 等，2020 年）。尽管直线加速器因为可用于产生具有相同平均能量的辐射场而成为具有吸引力的伽马辐照替代方案，但建造和运营设施的额外成本使其不太可能成为替代方案，因此 X 射线辐照器则是更实用的选择 (IAEA, 2019c)。

4.2.3 替代技术采用注意事项

许多研究机构、大学和政府实验室已经开始从使用铯 137 和钴 60 研究辐照器过渡到使用 X 射线辐照器。与替代血液辐照器一样，CIRP 促进了 X 射线技术在美国用于研究目的。自 CIRP 成立以来，美国大约25% 的研究辐照器已被更换（CISA，2019 年）。然而，这个过程面临诸多挑战，主要是因为研究人员必须单独进行比较研究，以证明伽马和 X 射线辐照器之间的等效性或校准实验参数。他们还必须制定新的协议和程序，以便可以合理确定地决定特定类型的 X 射线辐照器是否与以前使用的辐照器完全等效，或确定转换系数（例如 RBE）以说明结果的差异，并确保遗留实验和未来结果之间的连续性。

从 X 射线和铯 137 获得相同生物效应的需要取决于实验问题。尽管在某些情况下需要提供一对一的剂量替代，但在其他一些情况下，一个简单的转换系数可能就足够了（Andersen 等，2020 年）。Public Health England 最近发布了一份综合报告，其中包括一个决策树，以帮助指导选择用于研究（和血液）应用的铯辐照器的替代技术（Barnard 等，2020 年；见图 4.4）。

在此过程中，研究人员必须解决与所使用的生物模型和能谱相关的问题。除了上述技术挑战之外，尽管

CIRP 提供了激励措施（见侧边栏 1.2），但考虑更换铯 137 和钴 60 研究辐照器的大学和研究中心仍然经常面临物流和财务挑战，因为这些比较实验会消耗研究机构通常稀缺的资源。

在评估替代技术时，研究人员在一定程度上依赖于其他研究人员发表的相关比较研究和制造商提供的信息。然而，这些比较研究大多针对细胞类型或动物模型（Afrough 等，2020 年；Andersen 等，2020 年；Belley 等，2015 年；Gibson 等，2015 年；Gott 等，2020 年），因此将知识从一种细胞类型或动物模型或终点外推会带来不确定性。如果在辐照条件的描述中没有披露实验细节，也可能难以复制其他人的研究。例如，Gibson 及其同事（2015 年）的工作表明，与暴露于等效剂量的铯 137 γ 射线的小鼠相比，暴露于低能 X 射线 (130 kVp) 的小鼠的发病率增加。然而，研究人员没有指定包括使用的过滤在内的许多实验参数。

来自 University of California 系统的代表在向委员会通报情况时指出，采用 X 射线辐照器进行研究吸取到的一个教训就是务必要让高级管理人员和研究人员参与决策过程，并在等效铯 137 到 X 射线无法建立时，允许例外情况。他们还指出需要通过大学或医院确定额外的资金资源，以支持等效研究。⁸

如第 4.1 节所述，一些政府的举措旨在消除铯 137 在商业应用中的使用。在 2019 年 Nuclear Defense Authorization Act 第 3141 节中，国会制定了一个雄心勃勃的目标，即到 2027 年在美国逐步淘汰所有铯血液和研究辐照器（美国国会，众议院，2018 年）。实现这一目标的一个障碍是更换研究中使用的伽马辐照器。然而，该目标可以通过通常资助研究以帮助促进等效性研究的联邦机构内部的协调来实现。

4.3 外束放射治疗

外束放射治疗是治疗实体瘤和血液系统恶性肿瘤最常见的放疗形式。这种治疗是分段的，即通常以每天一次，每周 5 天，持续数周的疗程进行。包含伽马发射源（钴 60）以用于外束放射治疗的治疗设备称为远程治疗机。

在高收入国家，通常可以充足获取到放疗服务，但在可及性和结果方面确实存在区域和人口差异。新治疗技术在不断创新和发展以及放射治疗实践也在转变，旨在提供更有针对性的治疗，以提高肿瘤控制并保留正常组织。其中一些技术创新已证明可以改善患者的健康情况，但在某些情况下，仅提供剂量学优势，可能无法改善患者的长期健康结果。在美国，一个拥有公共和私营、营利性和非营利性保险公司和医疗保健提供者混合的高收入国家，关于提供放射治疗的决定相当复杂，并且涉及保险报销和投资回报等财务方面的考虑。关于放疗的决定也反映了患者在癌症控制与副作用和成本之间权衡的倾向。

低收入和中等收入国家 (LMIC) 通常没有足够的能力来应对日益增长的癌症负担。50% 以上需要放射治疗的患者无法获得治疗，而收入最低的国家的统计数据更糟，未接受治疗的人口超过 90%（Zubizarreta 等，2015 年）。一些中低收入国家完全缺乏放射治疗设备和专业知识。

4.3.1 放射性同位素技术

钴 60 是目前唯一可用于临床远程治疗的商业放射性核素。钴 60 远程治疗于 1950 年代初发明，多年来钴装置始终处于放疗的最前沿。钴 60 远程治疗源通常是一个焊接的、密封的圆柱形不锈钢胶囊，其中包含数百个微小的、高活度的钴金属颗粒。双焊接密封用于防止放射性物质从源容器泄漏（NRC，2008 年）。圆柱

___________________

⁸ 2020 年 9 月 9 日，加州大学洛杉矶分校的 Kei Iwamoto 和加州大学旧金山分校的 Byron Hann 向委员会作了介绍。

形远距治疗源的常规直径在 1 到 2 厘米之间，圆柱体的高度约为 2.5 厘米。这些圆柱体在购买时通常含有5,000 到 15,000 Ci (185–555 TBq) 的钴 60，通常高于第 1 类阈值。钴 60 远程治疗源在距源 80 厘米处提供 1 到 2 Gy/min 数量级的正常剂量率。通常，远程治疗机的输出以 RMM（1 米处的伦琴每分钟）表示，作为源强度的粗略指南（NRC，2008 年）。对于给定的活动水平，较小的源直径会产生较小的物理半影，从而形成更锐利的光束边缘。放射源通常是等心安装的，允许光束以固定的源轴距离 (SAD) 围绕患者旋转。现代远程治疗机的 SAD 为 80 厘米或 100 厘米（见图 4.5）。

为了安全起见，远程治疗装置使用两种方法之一将设备的源从光束“关闭”移动到光束“打开”位置并返回：滑动抽屉中的放射源和旋转圆柱体中的放射源。两种方法均含一个安全功能，可在电源故障或紧急情况下自动终止光束（即，将放射源移动到“关闭”位置）。即使放射源处于光束“关闭”位置，设备会逸出一些辐射。在距离源 1 米处，这种源头泄漏通常小于 0.01 毫西弗每小时 (mSv/hr) （每小时 1 毫雷姆 [mR/hr]）国际法规要求远程治疗机放射头在距源 1 米处的平均泄漏量小于 0.02 mSv/hr (2 mR/hr) （NRC，2008 年）。

钴 60 远程治疗设备相对便宜（约 300,000 美元）且易于使用。远程治疗源通常在安装后的一个钴 60 半衰期（5.3 年）内更换。更换放射源相当简单，由训练有素的技术人员完成，无需将机器转移到制造商进行补充。

大多数高收入国家正在逐步停止使用钴 60 远程治疗，并且几乎已完全过渡到使用医疗直线加速器提供外束放射治疗。在美国，大约有 3,000 个放射治疗中心为大约 3.25 亿人口提供服务。远程治疗机的数量很少（大约 140 台）。相比之下，这些中心安装了 3,400 多台直线加速器。在非洲，大约有 230 个放射治疗中心，

为超过 12 亿的人口提供服务。⁹这些中心大约有 410 台远程治疗机和 350 台直线¹⁰加速器，这表明钴 60 远程治疗仍然是放射治疗的必要条件。

4.3.2 替代技术

医用直线加速器是一种广泛使用的钴 60 远程治疗替代品。在 1950 年代，在发明了钴 60 远程治疗机的同时，直线加速器在放射治疗中的应用潜力变得明显。随着时间的推移，直线加速器成为最广泛使用的放射治疗形式。正如本章前面提到的，直线加速器的使用是美国和其他高收入国家和许多中等收入国家的标准做法。根据 IAEA 的放射治疗中心目录，美国大约有 3,400 台直线加速器，全球大约有 12,300 台。根据同一目录，LMIC 中可用的不到 750 个。国际癌症专家团 (ICEC) 预测，在未来两到三年内，LMIC 将需要 5,000 到10,000 台直线加速器，以满足现有和预期的癌症治疗需求。¹¹

与仅提供能量为 1.173 MeV 和 1.333 MeV 的两种伽马射线的钴 60 装置相比，医用直线加速器可将电子加速到 4 MeV 至 25 MeV 的兆伏动能，并且可以产生两种类型的辐射束，可用于外部束疗法：电子束（电子射束）和 X 射线束。X 射线束放射治疗将加速的电子束引导至金属靶标，然后将一些电子的动能转化为光子。这些光子，称为轫致辐射 X 射线，随后在平坦滤波器和特殊准直器的帮助下形成临床 X 射线束（NRC，2008 年）。产生兆电压 X 射线束的直线加速器通常用于治疗深部病变，可以到达脑干等复杂区域。兆电压电子束通常用于治疗浅表（皮肤）病灶。直线加速器提供 3 到 6 Gy/min 数量级的正常剂量率。

与钴 60 远程治疗机相比，直线加速器较为复杂，因为其多模式功能已经得到发展并且可在大多数现代机器上使用。复杂的软件和硬件允许高剂量率模式、多叶准直、电子弧治疗、动态准直器运动和立体定向放射外科手术（NRC，2008 年）（见第 4.4 节）。

直线加速器通常等心安装，机器的操作系统分布在五个部分：机架、机架底座或支架、调频器机柜、患者支撑组件（治疗床）和控制台（见图 4.6）。直线加速器的成本在 200 万美元到 400 万美元之间，与钴 60 远程治疗机相比要高得多。由于复杂的电气组件以及更高的人员配备和培训要求，直线加速器的基础设施和维护要求也更加苛刻（Healy 等，2017 年）。

直线加速器 X 射线和电子束应用的渐进式进步正在不断发展。取得积极临床结果的应用迅速转变为“最先进的”手段。比如调强放射治疗 (IMRT)、容积调制弧光治疗 (VMAT) 和图像引导放射治疗 (IGRT)。每项技术进步似乎都提高了治疗计划和剂量递送的精确度，但对患者健康结果的影响很小且缓慢，而治疗成本却显著增加。在某些情况下，制造商推动的理论成本效益改进与从业者实现的成本效益改进之间存在显著差异（Bruner 等，2015 年；Kale 等，2016 年）。

___________________

⁹ 至少有 10 个非洲国家没有放射治疗中心。

¹⁰ 信息存储在 IAEA 的放射治疗中心目录 (DIRAC) 中。详见 dirac.iaea.org。

¹¹ C. Norman Coleman，国际癌症专家团，于 2020 年 8 月 18 日向委员会作介绍。

替代技术的进一步发展

外束放射治疗医疗技术的进步不断发展，包括新技术甚至新粒子。本委员会的工作范围不涵盖关于开发中的技术的详细说明，因为这类技术不能直接桥接从钴 60 远程治疗运用到非放射性同位素技术的过渡。因此，这些发展中的技术仅在以下段落中简要描述。

质子和离子束疗法使用高能正离子（质子或碳离子）来治疗癌症。它们可以更精确地向肿瘤传递辐射剂量，同时肿瘤边缘的能量急剧下降，这意味着对正常组织的辐射暴露更少。粒子束的 RBE 与光子束不同，需要在治疗计划中进行调整（Baumann 等，2020 年）。质子和离子束疗法比基于光子的疗法更具优势，尤其是与继发性恶性肿瘤的风险相关，这对治疗包括儿科癌症在内的多种癌症具有重要意义。然而，在成人中，对于相同给定的总剂量，肿瘤控制类似于标准放疗，但由于设备成本较高，治疗成本可能高出 10 倍（Peeters 等，2010 年）。

碳离子疗法使用高能重离子杀死癌细胞。这种放射治疗方式的高线性能量转移 (LET) 和其他特性可能对传统上对标准光子放射治疗无效的肿瘤具有适应症。与质子束疗法相比，碳离子疗法原则上具有改进的RBE 和更低的氧增强比。这可能意味着它可以提高抗辐射肿瘤（如肉瘤和恶性黑色素瘤）以及具有高致死率的肿瘤（如肝癌和胰腺癌）的结果。缺点是碳离子疗法的治疗成本远高于标准放射疗法，大约是质子疗法的两倍（Pompos 等，2016 年）。可能受益于碳离子治疗提供的肿瘤控制逐步改善的患者比例估计约为符合放射治疗条件的患者的 2%（Blakely 等，2019 年）。目前全世界有 13 个碳离子设施在运行中（Malouff 等，2020 年）。

目前处于早期发展阶段的放射治疗技术是超高剂量率 (FLASH) 放射治疗。与传统放射治疗相比，FLASH 放射治疗首次于 2014 年被描述为以超高剂量率 (> 40 Gy/s) 进行放射治疗。早期的实验室研究表明，FLASH 放疗可能会进一步减少超出目前光子治疗所见的正常组织不良反应（Favaudon 等，2014 年）。FLASH 放射治疗的临床试验于 2020 年 10 月启动，目前仍处于患者招募阶段（NLM，2020 年）。试验的目标是评估 FLASH 放射治疗在临床环境中的工作流程可行性，以及用于治疗骨转移时的毒性和缓解疼痛。如

果证明可行，该技术的实施将需要先进的辅助设备，如电离室、辐射变色膜和半导体探测器（Esplen 等，2020 年）。

解决直线加速器成本和复杂性的技术开发

至少有两家大公司，即放射治疗医疗设备制造商，已经投资于设备的研发，这些设备可以解决中低收入国家通常妨碍直线加速器的正常运行的基础设施挑战。例如，瓦里安最近推出了直线加速器 Halcyon，该公司表示，该直线加速器将增加全球放射治疗的可及性，同时降低屏蔽、人员配备、可靠的电力需求以及成本。本机用户在尼日利亚和危地马拉的使用体验见 4.3.3 节。

Best Automation & Robotics 是 TeamBest 集团公司的成员，正在开发一个系统，以应对在中低收入国家运营直线加速器的挑战。据说该系统的电源要求更加灵活和具有弹性，因此可以承受波动的电力供应。委员会并不清楚这项技术何时可用。

较小的公司同样投资于机器的研发，以解决中低收入国家的基础设施挑战。Euclid Techlabs LLC 是NNSA SBIR 奖的小企业获得者，正在开发一种流程来改进直线加速器的组件，以保持质量并降低成本。该公司的目标是通过消除钎焊步骤（金属复合熔合）并使用不锈钢部件而不是铜来降低直线加速器的成本。此外，该公司的目标是减轻直线加速器机器的重量和占地面积（见图 4.7）。该公司对 1-MeV 交钥匙系统的估计成本约为 100,000 美元。同样处于早期开发阶段的是同一家公司的第二个项目，旨在展示基于 1-MeV 介电加速器的手提箱 X 射线源，并生产具有成本效益的紧凑型中等能量 (~4 MeV) 设计。4 到 6 MeV 之间的 X 射线束具有与钴 60 源相当的穿透剖面。如果这样的系统能够以类似于钴 60 远程治疗机的成本获得并且具有灵活、弹性的电源，那么就可能成为中低收入国家远程治疗的可行替代品。Euclid Techlabs LLC 的两个项目都处于开发的早期阶段，面临着将新想法推向市场的标准挑战和不确定性。

另一位获得 SBIR 奖 (TibaRay) 的小企业也旨在设计一种经济实惠的多 MeV 直线加速器。该公司开发的设计包括腔体设计、电源和电源中的几个新颖元素，旨在降低制造成本并提高系统在具有挑战性的操作环境中的弹性。TibaRay 旨在使这些直线加速器经济地广泛采用和使用。TibaRay 的主要目标是生产一个排列在患者周围的 16 个加速器系统（见图 4.8），以非常高的剂量率向患者提供治疗，相当于本章前面描述的FLASH 放射治疗，并以相当于现有的单加速器系统价格提供。该设备的成功开发和部署取决于直线加速器组件成本的显著降低。

除了研发，美国政府还支持基础科学研究。2019 年，DOE 科学办公室在 NNSA、Department of Defense、Department of Homeland Security 和 National Institutes of Health 的支持下举办了一次研讨会，总体目标是在不久的将来推进和部署最先进的紧凑型加速器技术。重点放在了具有前景的加速器技术上，这些技术可以在未来 5 年内的技术准备水平 (TRL) 达到 5，即在相关环境中进行验证（DOE，2019 年）。研讨会参与者确定了五个关键的研究重点：

1. 革新加速器设计以生产模块化、可互操作、稳健的系统；
2. 开发在困难环境下产生预期效果的“智能加速器”；
3. 超越目前的技术限制；
4. 超出现有技术限制的控制效果和结果；及
5. 改变大小以实现新的和新兴的应用。

DOE 科学办公室的这些努力可能会改进直线加速器的设计，并进一步支持其在中低收入国家的采用。

4.3.3 替代技术采用注意事项

如本节开头所述，采用钴 60 放射治疗替代技术的讨论与中低收入国家相关，因为钴 60 远程治疗在美国和其他高收入国家和许多中等收入国家几乎已完全淘汰并已被使用直线加速器的外束放疗所取代。

钴 60 源和直线加速器都是临床可接受的，并且在成功治疗癌症患者方面有着悠久的历史；然而，使用直线加速器的外束放疗被认为优于钴60 远程治疗。钴 60 装置使用更简单，对基础设施资源需求的依赖更少，而且据说机器停机时间更少。然而，与直线加速器相比，由于剂量率较低，使用钴 60 的治疗通常需要更长的时间。直线加速器可以更好地定位肿瘤的辐射剂量并限制对邻近组织的损伤。直加通常是更昂贵和更复杂的机器，对技术操作人员的要求更高，对维护的需求更高，这可能导致停机时间延长和服务成本高。机器同样需要可靠的电力供应，这也是许多中低收入国家面临的问题。许多非洲国家报告称，在常规的月份会停电多个小时。尼日利亚报告的数字最高（2015 年约为 33 小时）。亚洲国家也报告了大量时间的停电情况。例如，巴基斯坦在 2013 年报告了 72 小时，印度在 2014 年报告了 14 小时。除了一个国家（圭亚那，2010 年为 8.5 小时）外，中美洲和南美洲国家报告的停电时间不到 3 小时（见图 4.9）。

尽管直线加速器系统的复杂精密性得到了公认，但有人认为钴 60 远程治疗可能是中低收入国家放疗的合适解决方案（Healy 等，2017 年）。其他人认为，出于放射安全和安保原因，直线加速器是满足中低收入国家放射治疗需求的最有效解决方案（Coleman 等，2017 年）。

高收入和许多中等收入国家几乎完全采用直线加速器，这在钴 60 远程治疗技术进步方面造成了差距。直线加速器的一些功能，如多叶准直器、动态楔块和动态操作，也可以安装在钴 60 远程治疗机上以改善治疗。然而，由于在高收入和许多中等收入国家没有市场，钴 60 机器制造商在采用这些现代功能方面进

展缓慢，即使在世界上操作钴 60 远程治疗机更简单、更实用的地区也同样是让直线加速器制造商占据优势（NRC，2008 年）。

除了技术延迟之外，高收入国家和许多中等收入国家几乎完全采用直线加速器，进而导致制定和更新放射治疗设备使用和安全指南的专业放射肿瘤学组织忽视了钴 60 远程治疗作为治疗选择。这种对更先进但资源密集程度更高的治疗方式的关注使人们对钴 60 远程治疗的看法处于不利地位，即使在远程治疗可能是治疗癌症患者的唯一可行放射治疗方式的低收入国家也是如此。此外，今天只有少数医疗专业人员接受了操作远程治疗机的培训，这可能会导致在不久的将来出现技能差距。

IAEA 目前有几个计划，旨在通过支持选择和购买放射治疗机、机器设置和培训的决定，帮助 LMIC 成员国获得放射治疗。例如，1990 年，IAEA 制定了《非洲核科学技术研究、开发和培训地区合作协定》(AFRA)。AFRA 是非洲成员国为加强和扩大核科学技术对非洲大陆社会经济发展的贡献而建立的政府间协议。IAEA 还于 2004 年制定了《癌症治疗行动计划》，致力于将放射治疗纳入综合癌症控制计划，并与 World Health Organization (WHO) 等其他国际组织合作，以综合方式解决癌症控制问题。IAEA 与 WHO、International Agency for Research on Cancer (IARC)、Union for International Cancer Control (UICC) 和许多其他组织密切合作，以应对低收入和中等收入成员国的癌症护理挑战。IAEA 还与中低收入国家就辐射安全和安保问题进行磋商，尽管为这些活动提供资金是一个挑战。

实例探究：在中低收入国家将钴 60 远程治疗过渡到直线加速器

委员会收到来自非洲和拉丁美洲国家代表的信息，以更好地了解埃塞俄比亚、加纳、危地马拉、尼日利亚、塞内加尔和赞比亚采用直线加速器进行放射治疗的现状。以下各节概述了所收到的信息。这些案例研究揭示了在平衡采用更复杂的癌症治疗技术的愿望和考虑安全风险问题迁移到更安全的技术与维持放射性同位素技术以确保中低收入国家癌症患者获得充分医疗的需要之间的困难。具体而言，案例研究强调了在中低收入国家采用直线加速器技术面临的以下挑战：

• 直线加速器经常在完成设施改造和人员培训之前购买或部署，并且在某些情况下多年未使用；
• 最相关的利益相关者（即医疗专业人员，包括医学物理学家）并不总是参与为保证机器规格满足操作要求的决策过程；
• 缺乏可靠的电源会导致直线加速器长时间停机，从而延误患者的癌症治疗；
• 缺乏可持续的设备维修和维护途径导致直线加速器的停机时间更长；及
• 被直线加速器取代的钴 60 远程治疗机并不总是立即进行处理。

根据这些案例研究，至少在可预见的未来，钴 60 远程治疗可能由于成本较低、设计简单、可靠性和操作方便而在中低收入国家的癌症治疗中发挥重要作用。

埃塞俄比亚

埃塞俄比亚有一台正在运行的钴 60 远程治疗机，为 1.05 亿人口提供服务。2009 年，埃塞俄比亚政府与IAEA 合作，启动了一个旨在扩大该国放射治疗和核医学服务的国家项目。作为国家项目的一部分，政府为六个参与的医疗中心购买了六台直线加速器。Ministry of Health 负责决定直线的选择和购买，并没有咨询肿瘤学家和医疗团队以及包括 IAEA 在内的其他专家。虽然政府领导层可能已经开始真诚地努力将最新技术带给公民，但这样做并没有考虑到劳动力和其他运行直线加速器所需的资源基础设施需求现实，例如可靠的电力供应。委员会从这些中心之一，埃塞俄比亚首都和最大城市亚的斯亚贝巴的 Black Lion Hospital 收到相关信息。Black Lion 于 2018 年收到了其第一台直线加速器，但仍在尝试进行调试，主要是由于在安装前缺乏适当的人员培训。此外，要牢固地容纳机器的拱顶结构也存在困难，因此机器和零件仍留在安装前的运输集装箱中，已有 2 年。除了这些挑战之外，埃塞俄比亚直线加速器的调试还受到该国频繁停电的影响。这些中断不仅会导致机器停机，还会导致重新启动和检查其输出所需的大量额外时间。医院计划购买一台发电机来协助解决停电问题。向委员会提供信息的埃塞俄比亚专家建议，保留钴 60 远程治疗机对于确保患者能够接受放射治疗进行癌症治疗很重要。

加纳

加纳有五台正在运行的放射治疗机（三台直线加速器和两台钴 60 机）位于三个放射治疗中心，为 2900 万人口提供服务。直线加速器的采用始于 2008 年，当时 OPEC 国际发展基金批准向加纳政府提供 1430 万美元的贷款，用于扩建阿克拉 Korle Bu Teaching Hospital (KBTH) 和库马西 Komfo Anokye Teaching Hospital (KATH) 的放射治疗中心。扩建涉及在每家医院建造一座额外的建筑，以容纳包括直线加速器在内的全套现代诊断和癌症治疗设备。直线加速器于 2012 年购买和交付，但容纳直线加速器的建筑直到 2016 年在 KBTH 和 2019 年在 KATH 才完工。结果，直线加速器组件多年来一直留在肿瘤科走廊的箱子里。在 KBTH，停电导致直线加速器的组件出现故障，进而延迟调试。治疗终于在 2020 年第三季度开始（KBTH，2020 年）。

危地马拉

危地马拉有六个直线加速器，位于四个放射治疗中心，为约 1700 万人口提供服务。Washington University in St. Louis 医学院与危地马拉的 Liga Nacional Contra El Cancer (LIGA)/Instituto Nacional De Cancerologia (INCAN) 合作，帮助该国实现放射治疗现代化。该研究所每天治疗大约 140 名癌症患者，其中大部分是妇科癌症。该中心目前拥有三台直线加速器；两个是在 2014 年推出的，第三个是在 2019 年推出的。最新的直线加速器是瓦里安 Halcyon，也是目前使用最广泛的（每月大约 80% 的患者就诊）。由于所涉及的各个实体作出的承诺，Halcyon 的采用取得了成功（Velarde 等，2020 年）：

• 美国 International Development/American Schools and Hospitals Abroad (USAID/ASHA) 提供了购买Halcyon 的赠款；
• Varian 以较低的成本提供机器，并支持从指定的基坑中移除钴 60 源、直线加速器的安装、调试和培训；
• LIGA/INCAN 支持将现有的钴 60 治疗室改造为直加系统并获得监管批准；和
• Washington University in St. Louis 支持拆除钴 60 远程治疗机并提供技术支持和培训。

2017 年 5 月，在 Halcyon 市场发布之前，向 USAID/ASHA 提交了拨款申请。该赠款于 2018 年夏季授予，并于 2019 年 4 月开始从基坑中拆除钴 60 机器。Halcyon 治疗于 2019 年 11 月开始，提高了治疗能力，并将等待时间从 3-9 个月缩短到 2 周。即使在正式支持 Washington University in St. Louis 与 LIGA/INCAN 合作的 USAID 赠款（2020 年 10 月）结束后，这两个组织的专家仍继续每周举行电话会议，讨论剩余的挑战和新举措。

与许多非洲国家相比，危地马拉拥有可靠的电力供应。由于硬件和软件成本高昂，Halcyon 和一般直线加速器的预期挑战是维护成本。与会者指出，在低资源国家维护直线加速器需要负担得起，以实现高质量放射治疗的可持续性。另一个问题是废弃钴 60 远程治疗源的处置。该研究所已经与 NNSA 合作了大约 18 个月，处理遣返三个源中的两个并通过场外源回收计划处置其所需的文书工作。预计这两个放射源将在 2021 年被移除。第三个钴源最终将在危地马拉处置。NNSA 还将协助该钴 60 源的退役和拆除。

尼日利亚

尼日利亚目前拥有 9 台放射治疗机（6 台直线加速器和 3 台钴 60 机），分布在 6 个放射治疗中心，为1.9 亿人口提供服务。委员会要求阿布贾 National Hospital 的一名联系人提供有关采用 Halcyon 的经验信息，Halcyon 是一款直线加速器（根据其制造商 Varian 的说法）有可能增加全球放射治疗的可及性，同时降低屏蔽、人员配备、电力需求，和成本。Halcyon 机器位于拉各斯的 NSIA-LUTH Cancer Centre (NLCC)，并于2018 年在尼日利亚联邦政府干预基金的帮助下购买。大约 18 个月后安装完成。购买这台特定机器的主要驱动因素是其可以安装在医院钴 60 远程治疗机的现有基坑中，并提供高通量、图像引导的放射治疗。医院目前没有遇到机器的任何重大问题，也没有报告大量停机时间。

塞内加尔

塞内加尔有四台放射治疗机（四台直线加速器）位于三个放射治疗中心，为 1600 万人口提供服务。塞内加尔之前一直依赖一台钴 60 远程治疗装置，直到 2016 年装置发生故障，所有人都没有治疗选择。在这次故障后，关于无法获得放射治疗服务和国外昂贵治疗的公开辩论成为一个全国性的问题。最终促使政府采取行动和作出购买三台直线加速器的决定。最终用户参与并咨询以确保机器规格满足操作需求。其他参与过渡过程的还有卫生部、监管机构、财政部、医院和国际组织。直线加速器的患者治疗于 2018 年 3 月开始。

尽管塞内加尔向直线加速器平稳过渡，但该国仍面临阻碍其同样顺利运行的挑战。其中包括直线加速器设备的高昂成本以及保持直线加速器运行所需的高成本维护合同。

赞比亚

赞比亚的放射治疗中心拥有三台放射治疗机（一台直线加速器和两台钴 60 远程治疗机），该中心为1,700 万人口提供服务。赞比亚政府于 2007 年委托赞比亚卢萨卡的 Cancer Diseases Hospital 购买了一台钴60 远程治疗机和一台直线加速器。第二台钴 60 远程治疗机于 2015 年安装。IAEA 或具有采用直线加速器技术经验和直线加速器市场知识的其他机构均未参与购买。因此，据一位向委员会提供信息的专家称，赞比亚可能没有为直线加速器谈判获得最佳服务合同。根据问题的严重程度，直线加速器操作可能会中断 2 周（小

问题）到 6 到 8 周（更严重的问题）。2019 年，直线加速器的正常运行时间为 80%。该医院计划在大约 5 年内逐步淘汰钴 60 远程治疗。赞比亚计划在不久的将来将放射治疗服务扩展到该国其他地区。

4.4 立体定向放射外科

尽管从钴 60 远程治疗过渡到用于外束放疗的直线加速器，但许多基于放射性同位素的设备仍在用于称为立体定向放射外科 (SRS) 的放射治疗亚组。SRS 是一种放射疗法，它集中高功率能量来治疗大脑的小肿瘤和其他大脑异常，例如血管形成和各种神经外科疾病，包括癫痫。当治疗脊柱下部或身体其他部位的肿瘤时，该技术通常被称为立体定向消融放疗/立体定向放疗 (SBRT)。SRS 不是传统意义上的手术，因为没有切口。相反，使用 3D 成像将高剂量辐射瞄准受影响的区域。

用于治疗脑肿瘤和转移瘤的 SRS 具有与常规放疗相似的存活率，但有一些证据表明治疗后神经认知功能逐渐改善。然而，与治疗相关的并发症（如症状性放射坏死）被认为高于常规放疗（Lawrence 等，2010 年；Milano 等，2020 年；Remic 等，2020 年）。

4.4.1 放射性同位素技术

由 Elekta 制造的 Gamma Knife^® 是一种基于伽马的技术，可在 SRS 期间提供辐射，用于治疗脑肿瘤和其他功能异常。Gamma Knife^® 包含大约 200 种钴 60 源。新装载的 Gamma Knife^® 的总活度约为 6,000 Ci (222 TBq)，并以约 3 Gy/min 的剂量率，0.3 毫米的精度提供治疗。该剂量率将随着钴 60 源在 5.26 年左右的半衰期衰减而降低。

Gamma Knife^® 是一种机架设计的系统，其中患者躺在一张滑入机器的床上。一旦患者对齐，围绕单个等中心点排列的钴 60 源会同时从多个角度治疗目标区域并提供高度适形的剂量分布。传统上，患者会在治疗过程中安装一个固定的治疗头，以帮助将光束引导到准确的治疗位置并保护周围的健康组织（见图 4.10a）。最新的系统之一 Leksell Gamma Knife^® 提供有框和无框的设置选项（见图 4.10b 和 c），从而提供更大的治疗灵活性。Varian Medical Systems 和 Huiheng Medical, Inc. 还生产提供基于伽马的 SRS 的设备。基于伽马的 SRS 设备的成本约为 300 万至 400 万美元（Capala 等，2015 年），另外还有 100 万至 200 万美元与屏蔽和场地准备相关的设置成本。维护成本也很高，每台每年约 10,000 美元。Gamma Knife^® 等基于伽马的 SRS 设备的预期使用寿命约为 10 年。

最近的一项审查估计，美国有 113 台基于伽马的 SRS 设备（Dean 等，2019 年），比大约 10-15 年前的104 台（NRC，2008 年）略有增加。与讨论的其他放射治疗设备一样，在可及性方面存在差异。高收入国家有300 万至 1500 万人可使用一台伽马 SRS 设备，但中低收入国家的人口仅为 1.32 亿至 3.7 亿分之一（Fezeu 等，2014 年）。

一家中国公司 GammaStar^® Medical Group, Ltd. 销售一款名为 Gyro Knife 的钴 60 SRS 设备，该设备包含 190 个放射源，总活度为 6,000–7000 Ci (260 TBq)。该设备的功能等同于专用于 SRS 的等心直线加速器，如第 4.4.2 节所述。陀螺刀治疗头在轴上旋转放射源，使用多叶准直器将辐射束引导到肿瘤处，而机架则围绕患者身体旋转治疗头（NRC，2008 年）。与用于治疗脑肿瘤和其他脑功能异常的 Gamma Knife^® 不同，该设备

可用于治疗身体任何部位的肿瘤。另一种设备 GammaPod 由 Xcision Medical Systems 制造，旨在提供 SBRT 来治疗乳腺癌。GammaPod 于 2017 年获得 FDA 批准，使用 36 个旋转放射性钴 60 源的数千束聚焦辐射束。¹²

4.4.2 替代技术

目前，伽马 SRS 的非放射性同位素替代品有三种选择：配有标准等心直线加速器的 SRS；配有专用等心直线加速器的 SRS；和机械臂上的微型直线加速器 (CyberKnife^®)。

配有标准等心直线加速器的 SRS 可用于治疗身体任何部位的肿瘤。用于 SRS 的标准直线加速器所需的调整已在别处详细描述（NRC，2008 年）。

用于 SRS 的直线加速器提供类似于 Gamma Knife^® 的临床结果。某些直线加速器使用立体定向框架，而其他（例如 Novalis^®、BrainLab）使用面罩进行固定和内部结构的在线 X 射线成像（NRC，2008 年）。这些复杂的无框技术使用微多叶准直器来塑造不规则的视野，并允许颅内和颅外立体定向照射，其设备和操作成本与Gamma Knife^®相似。用于提供 SRS 的 15-MeV 直线加速器的价格估计为 200 万美元（Pannullo 等，2019 年）。

CyberKnife^® SRS 系统提供了一种不同的图像引导剂量输送方法。利用安装在机械臂上的紧凑型直线

___________________

¹² 请参阅 https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-clears-stereotactic-radiotherapy-system-use-treating-breast-cancer。

加速器产生的 6 MeV 光子束。机械臂具有用于空间光束引入的六个平移和旋转自由度（NRC，2008 年）。在立体定向上，CyberKnife^® 依靠 IGRT 在空间和时间上跟踪其目标。因此，CyberKnife^® 允许无框 SRS，也就是说，可以在没有刚性和侵入性立体定向框架的情况下进行操作，从而提高患者的舒适度（见图 4.11）。该设备将辐射束从 1,300 个位置引导到目标，报告的剂量传递精度为 1 毫米。CyberKnife^® 可以通过使用身体骨骼或手术植入的基准标记作为目标参考框架，向颅外目标（如脊柱、肺和前列腺）提供放射外科手术剂量（NRC，2008 年）。CyberKnife^® 的成本约为 3 至 400 万美元，安装成本约为 $0.5–$0.75 百万美元（Pannullo 等，2019 年）。CyberKnife^® 的估计使用寿命约为 10 年。

至少有一家公司（加州圣卡洛斯 ZAP Surgical Systems, Inc.）正在开发一种专用于 SRS 的低成本 2.7 MeV 直线加速器系统，旨在降低设置成本并扩大在资源匮乏国家的可及性（Weidlich 等，2017 年）。该系统标记为 Zap-X，以自屏蔽形式销售，因此通常不需要辐射掩体。该系统受设计限制，无法将 SRS 传递到大脑和头颈部肿瘤。

4.4.3 替代技术采用注意事项

关于 Gamma Knife^® 与基于直线加速器的 SRS 的相对优点存在争议。基于直线加速器的 SRS 的明显好处是不使用放射性物质；用途更广，可用于治疗多个肿瘤部位；使用标准或专用直线加速器系统时，治疗成本更低（Griffiths 等，2007 年）。持续创新可能会降低采购、安装和维护基于直线加速器的 SRS 系统的成本。尽管存在这些好处，但使用 Gamma Knife^® 对单个和多个颅内病变进行放射治疗的准确性仍然优于任何基于直线加速器的 SRS 系统（Ma 等，2014 年）。

最近的一项回顾性研究通过设施类型、位置和其他因素查看了美国伽马 SRS 与直线加速器 SRS 使用的实践模式，发现尽管伽马 SRS 是单组分 SRS 最常用的方式，但直线加速器 SRS 的使用却逐步在增加。

该研究将直线加速器 SRS 的使用增加归因于可用性（特别是在社区医疗中心而不是学术医疗中心）和位置（非西部州与西部州相比）。作者还指出，缺乏数据来比较两种治疗方式的疗效和毒性。在美国，选择 Gamma Knife^® 还是基于直线加速器的 SRS 在某种程度上取决于所治疗的病症，但也取决于非临床因素，例如用户偏好、可用性和成本（Park 等，2016 年）。

在短短十多年时间里（从 2007 年到 2017 年），美国的 SRS 装置增加了四倍多。这一增长主要是由于基于直线加速器的 SRS 系统的广泛采用。到 2017 年，大约有 428 个专用 SRS 系统，其中基于直线加速器的系统最为常见 (39%)，其次是 CyberKnife^® (35%) 和 Gamma Knife^® (26%) （Dean 等，2019 年）。与伽马 SRS 相比，在更广泛采用直加 SRS 系统方面也出现了类似的趋势。总体而言，在美国，每 80 万人安装 1 台 SRS，而欧洲每 410 万人安装 1 台，南美洲每 3500 万人安装 1 台（Pannullo 等，2019 年）。据制造商称，在非洲，有 12 亿人口的整个非洲大陆只有 5 台 Gamma Knife^® 设备，但没有直线加速器 SRS 装置。

中低收入国家的神经外科医生、放射肿瘤学家和物理学家人数不足，加上 SRS 装置的高昂成本，是解决SRS 装置相对于患者稀缺的重大障碍。这些障碍因补充（对于伽马 SRS）、维护和维修（需要与制造商签订昂贵的维修合同）的成本而更加困难。

小组建议称与 Gamma Knife^® 相比，基于直线加速器的 SRS 有可能更容易被中低收入国家采用，因为经济性和相对容易准备患者和操作设备。尽管仍然需要一支由技术高超的神经外科医生、放射肿瘤学家和物理学家组成的团队，但该小组建议专家可以远程提供支持，允许不太专业的本地护理提供者提供现场服务。这种安排类似于已有的其他远程医疗模式（Datta 和 Rajasekar，2004 年）。

4.5 高剂量率近距离治疗

近距离放射治疗是放射治疗的一种形式，其中放射线通过导管（也称为施放器）在内部传递到肿瘤部位。传统上，近距离放射治疗是使用放射性物质进行的，这些放射性物质可分为永久性或暂时性以及低剂量率（0.4 至 2.0 Gy/hr）、中剂量率（2 至 12 Gy/hr）或高剂量率（HDR，大于 12 Gy/hr），具体取决于所选的技术和放射性核素。HDR 仅用于远程后装治疗机；即先放置导管，然后插入（装载）放射源。市售的 HDR 系统通常以100 到 300 Gy/hr 的剂量率进行处理，并且必须安装在屏蔽良好的房间内。

通过计算机断层扫描 (CT) 或磁共振成像实施 3D 成像改进了近距离放射治疗的计划，并使其成为许多癌症类型的高度准确和可靠的治疗选择，尤其是宫颈癌和阴道癌等妇科癌症（Holschneider 等，2019 年；WHO，2014 年）。此外，当需要进行部分乳房照射时，HDR 近距离放射治疗是治疗乳腺癌的有效方法（Shah 等，2018 年）。与传统放射治疗相比，HDR 近距离放射治疗的主要优势在于，由于从体内进行放射治疗具有针对性和精确性，因此将副作用风险降至最低。

自 2000 年代初（Gill 等，2014 年；Han 等，2013 年；Mahmood 等，2014 年）以来，HDR 近距离放射治疗在美国和其他地方的使用率有所下降，其中 IMRT、SBRT 和质子等外束放射技术疗法越来越多地取而代之。这种与制定的治疗指南（Chino 等，2020 年）出现偏差的情况是多种可能原因导致的，包括 IMRT 和 SBRT 的补偿比更高；由于转诊模式的变化，HDR 近距离放射治疗的机会减少；由于转诊率较低，导致对放射肿瘤学住院医师的培训不足以及难以维持近距离放射治疗技能。HDR 近距离放射治疗在治疗宫颈癌中的使用减少引起了人们的关注，因为其与这种癌症的总生存率降低有关（ASTRO，2019 年）。

4.5.1 放射性同位素技术

HDR 近距离放射治疗中最常用的放射性同位素是铱 192。根据所治疗癌症的类型及其位置，将一根或多根细塑料导管放置在肿瘤旁边的间隙或腔内。通过计算机控制并基于特定的治疗计划，小的放射性颗粒或种子通过导管被推到肿瘤处，随后在特定的时间段内（通常为 5 到 20 分钟）提供辐射。一旦定时治疗完成，放射源和导管被移除。虽然大多数 HDR 近距离放射治疗需要几个疗程才能完成整个规定的治疗，但通常是在门诊环境中进行，患者在周期间可离开设施。

与过去用于近距离放射治疗的钴 60 和铯 137 相比，铱 192 具有较高的比活度，这使得相同的活度可以使用更小的源和更低的光子能量，需要更少的屏蔽。铱 192 的缺点之一是半衰期较短（74 天），需要每 3 到4 个月补充一次放射源。相比之下，钴 60 源最多可以使用 5 年，意味着在单个钴 60 放射源的推荐使用寿命期间，必须进行大约 20 次铱 192 源的交换。HDR 放射源只能由经过专门培训的人员补充。在一些国家，海关文书工作和放射源清关可能导致放射源补充严重延迟，导致放射源的大部分有用活动衰减（Mailhot Vega 等，2018 年）。

在美国，典型的远程后装机使用 10 Ci (370 GBq) 的铱 192 源，因此 HDR 近距离放射治疗源是 U.S. NRC 3 类放射源。然而，在其他地方，根据 IAEA 的分类系统，HDR 近距离放射治疗源被视为 2 类放射源。

4.5.2 替代技术

与传统近距离放射治疗相比，电子近距离放射治疗提供了几个独特的功能，包括与基于同位素的治疗相比能量更低（通常小于 120 kVp）的光子，因此降低了屏蔽需求。然而，基于现有数据，American Brachytherapy Society 表示，“对于乳腺癌、非黑色素瘤性皮肤癌或需要阴道断端近距离放射治疗的子宫内膜癌或宫颈癌患者，不建议在前瞻性注册或试验之外使用电子近距离放射治疗”（Tom 等，2019 年）。

目前有三种设备能够以电子方式产生腔内近距离放射治疗；Xoft Axxent 系统 (Xoft/iCAD Inc.)、INTRABEAM 系统 (Carl Zeiss Meditec) 和 Papillon (Ariane Medical)。这些系统使用 X 射线而不是放射性核素来产

生治疗辐射。每个系统都有独特的特点：Xoft 系统用于腔内和表面近距离放射治疗；INTRABEAM 最常用于术中近距离放射治疗；Papillon 可用于直肠、术中和浅表治疗。Eaton (2015) 对不同系统进行了全面审查。

Xoft Axxent 系统于 2006 年首次发布，在电缆末端使用一个微型 X 射线管，用于向位于患者体内的 X 射线管输送电力和冷却水（见图 4.12）。每个 X 射线管系统的使用寿命有限，估计为 12 小时或 30-50 次治疗，之后必须更换。该系统随附用于特定治疗区域（例如子宫、子宫颈、子宫内膜）的各种涂药器。旨在用于门诊环境，就像传统的 HDR 近距离放射治疗一样。一项小型临床试验的结果证明使用 Xoft 系统进行电子近距离放射治疗在传统 HDR 可能无法选择的地方可能有希望治疗癌症（Lozares-Cordero 等，2019 年）。

INTRABEAM 的术中放射治疗 (IORT) 能够在手术期间对某些肿瘤进行靶向治疗。使用低能 X 射线，可以将高剂量的术中放射精确地照射到肿瘤中，或者在肿瘤切除后，照射到剩余的肿瘤床中。在美国，INTRABEAM 已获得 FDA 510(k) 批准，专门¹³用于脑、乳腺、胃肠系统、头颈部区域、脊柱转移瘤和某些皮肤癌的 IORT。

INTRABEAM 系统在电子加速器和位于患者体内的目标之间有一个刚性通道。电子枪将电子发射到加速器部分。光束（最大能量为 50 keV）通过一个偏转器，该偏转器将其导向金靶，并在线路末端产生球形剂量分布。INTRABEAM 系统可用于颅内和使用紧密贴合的无菌导管治疗头颈部病变，也可使用球形涂药器治疗乳房病变。因为 INTRABEAM 治疗是在术中进行的，所以不是 HDR 近距离放射治疗最常见用途的可行替代方案，HDR 近距离放射治疗适于在门诊环境中治疗妇科癌症。

Papillon 系统已用于治疗直肠癌和浅表（皮肤）癌以及提供术中近距离放射治疗。与 INTRABEAM 类似，Papillon 目前无法治疗妇科癌症，因此不适合直接替代 HDR 近距离放射治疗。

4.5.3 替代技术采用注意事项

妇科癌症，包括宫颈癌，给中低收入国家带来了重大的健康负担。与高收入国家（北美 60%；Denny 和Anorlu，2012 年）相比，非洲宫颈癌的 5 年生存率非常低（15% 至 30%）反映出患者无法获得治疗。由于中低收入国家的 HDR 近距离放射治疗系统数量较少但对此类资源的需求量很大，因此这些国家的 HDR 近距离放射治疗系统数量在不久的将来可能会增加（Grover 等，2015 年）。IAEA 还认识到全球需要更多 HDR 近距离放射治疗系统 (IAEA, 2015a,d)。

一些非洲国家正在实施新的近距离放射治疗计划，其他国家正在扩大现有的近距离放射治疗基础设施。Radiating Hope 是一家非营利组织，其使命是为资源匮乏的国家提供放射治疗设备，于 2013 年为塞内加尔达喀尔 Institut Curie 癌症中心提供了一个 HDR 近距离放射治疗装置，使成千上万的塞内加尔宫颈癌妇女得以接受治疗（Einck 等，2014 年）。必须克服诸多挑战，包括缺乏安装设备的专用空间、周围无 CT 模拟机、无法在治疗室进行有意识的镇静以及无法让治疗计划系统在现有计算机上工作等基础设施。最终，通过协同创新思维，开发了一系列解决方案，使 HDR 系统得以应用。

Elekta 和 Varian 等近距离放射治疗系统制造商认识到扩大近距离放射治疗能力的必要性，并制定了实现该目标的举措。Elakta 开发了一个名为 BrachyAcademy 的项目，旨在促进¹⁴全球近距离放射治疗的使用。

___________________

¹³ 请参阅第 2 章中的过程描述。

¹⁴ 请参阅 https://www.brachyacademy.com。

同样，Varian 在宫颈癌研究网络（Gynecologic Cancer InterGroup 附属网络）中发挥着积极作用，该网络专注于增加临床试验的可及性，以改善中低收入国家妇科癌症妇女的预后。

虽然做出了这些努力，HDR 近距离放射治疗仍然存在挑战。其中包括治疗室屏蔽费用、频繁更换放射源的要求以及对后装机组件的特定培训和知识的要求。这在中低收入国家尤其重要，因为那里并不总是可以获得技术专长。在资源匮乏的国家，Xoft 系统有可能成为铱 192 HDR 近距离放射治疗的可行替代方案，因为不需要掩体并且可以移动。谨慎使用 Xoft Axxent 系统与在繁忙的诊所中每天更换 X 射线管系统的持续成本以及基于可用涂药器治疗的妇科癌症类型的限制有关。

4.6 第 4 章调查结果和建议

调查结果 11：在采用替代技术方面最显著的进展是在全球范围内采用 X 射线技术进行血液和研究照射。在美国，政府通过 Cesium Irradiator Replacement Project 提供的财政激励是从铯辐照器向 X 射线技术过渡以及逐步淘汰以氯化铯形式存在于医疗和研究应用领域的铯 137 的主要推动因素。通过协助研究界设计和资助等效性研究，替换研究中使用的铯辐照器可以取得更多进展。

X 射线血液辐照器被认为是铯 137 和钴 60 辐照的合适且经济的替代品。随着 CIRP 的实施，X 射线辐照器被广泛用于血液辐照。本项目为新的非放射性同位素装置的购买以及铯 137 和钴 60 辐照器的拆除和处置提供经济激励。迄今为止，CIRP 已帮助拆除了 165 台铯 137 辐照器，另有 150 台辐照器正计划拆除。其他地方也广泛采用 X 射线技术进行血液照射。

与更换血液辐照器类似，CIRP 促进了 X 射线技术在美国用于研究目的。自 CIRP 成立以来，美国大约25% 的研究辐照器已被更换。然而，这个过程面临挑战，主要是因为研究人员必须单独校准实验参数并为替代辐照模式建立新协议。通过这种方式，他们可以合理确定地确定特定类型的 X 射线辐照器是否与他们之前使用的辐照器具有足够的等效性，或确定加权因子以说明结果的差异，并确保遗留实验和未来结果之间的连续性。这些比较研究消耗了研究机构通常稀缺的资源。

在 2019 年 Nuclear Defense Authorization Act（第 3141 节）中，国会制定了一个雄心勃勃的目标，即到2027 年在美国逐步淘汰所有铯血和研究辐照器（美国国会，众议院，2018 年）。实现这一目标的一个障碍是更换研究中使用的铯 137 和钴 60 辐照器。然而，该目标可以通过通常资助研究以帮助促进等效性研究的联邦机构内部的协调来实现。NNSA 和联邦合作伙伴可以通过授予支持等效性研究的赠款来支持研究人员采用替代技术；资助旨在收集比较数据的国家实验室和行业之间的合作项目（参见第 5.2.3 节关于可用作比较研究模型的 Team Nablo 项目的讨论）；定义等效性证明的实质性证据，以帮助指导研究人员；简化涉及等效性决定的申请中的证据评估流程。

调查结果 12：替代技术不能提供“一刀切的解决方案”，这在高收入、低收入和中等收入国家的医疗应用中尤为明显，因为在获得医疗保健和资源方面存在巨大差异。在一些低收入和中等收入国家，癌症治疗替代技术的采用对患者护理产生了意想不到的负面影响，因为缺乏让该类替代技术成为可行选择的经培训工作人员、所需资源和基础设施。

医疗直线加速器是一种广泛使用的钴 60 远程治疗装置的替代品，并且是美国和其他高收入国家及许多中等收入国家的标准做法。与钴 60 远程治疗机相比，直线加速器复杂且具有更高的培训、基础设施和维护要求，使之在许多中低收入国家不太适合进行放射治疗。

在 IAEA 等组织的技术专家援助下，非洲和其他中低收入国家的多国政府正在建设或扩大癌症治疗中心。中心设备的采购和调试计划往往与可用的基础设施和资源不一致，而是由政府获得最先进设备的愿望所驱动。因此，通常选择更复杂的直线加速器而不是更简单的钴 60 远程治疗机。尽管国际社会希望逐步停止使用钴 60 远程治疗，但频繁的停电导致一些非洲国家的直线加速器运行中断。此外，为直线加速器请求技术和维护支持的内部流程缓慢，缺乏提供这种支持的本地能力，以及无法获得替换零件，这些都增加了癌症治疗交付的延迟。根据委员会案例研究，至少在可预见的未来，钴 60 远程治疗可能在中低收入国家的癌症治疗中发挥重要作用。

中低收入国家对癌症治疗能力的需求越来越大。国际技术援助需要采取整体方法协助中低收入国家建设涉及解决特定卫生需求的放射治疗能力和能力；支持培训医务人员使用直线加速器技术；并提供足够的技术资源，包括修理直线加速器机器和提高电力供应的可靠性。在无法使用直线加速器技术替代钴 60 远程治疗的国家或医疗中心，应努力提供援助以改善放射源的安全和安保。

委员会还观察到，对于替代技术制造商而言，LMIC 的市场机会越来越大，这些替代技术无需频繁维修且完全依赖不稳定电网的电力即可有效运作。至少有两家大公司，即放射治疗医疗设备制造商，已经投资于设备的研发，这些设备可以解决中低收入国家通常妨碍直线加速器的正常运行的基础设施挑战。在美国，小公司在 NNSA 的支持下，也投资于机器的研发，以应对中低收入国家的基础设施挑战。