這個體內流淌著放射性原子的人看起來很平靜。他移動到一張輪床上，靜靜地躺著，輪床滑入溫哥華綜合醫院一臺嗡嗡作響的甜甜圈形掃描器中。他的腳很痛——非常痛——機器透過對這些原子成像來拍攝骨骼和軟組織的清晰 3D 快照，輻射在損傷部位血流量增加的地方最亮。
這種明亮的信標不僅僅照亮腳部。在全球範圍內，每年超過 3000 萬次的掃描使用這些原子來追蹤受損心臟的不規則跳動，發現致命的癌症，並探索遭受中風破壞的大腦。這些影像依賴於一種名為鎝 99m 的鮮為人知的同位素，用於一種稱為單光子發射計算機斷層掃描的成像過程。注射的鎝為醫生提供了一個無與倫比的身體視窗，使他們能夠精確定位損傷或疾病，從而挽救患者的生命。這些影像可以顯示比其他測試更精細的細節，並且輻射劑量極低且安全。
現在，這些珍貴的影像正面臨危險。流經這位患者腳部的放射性原子起源於安大略省喬克河數千公里外的一箇舊核反應堆。2016 年 10 月 31 日，該反應堆停止生產這種同位素的源材料。那一刻，北美失去了這種至關重要的醫療工具的國內來源，全球 20% 的產量消失了。喬克河將在幾年後完全關閉。而且問題變得更糟。
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世界上幾乎所有的供應都來自僅有的六個研究反應堆。其中四個已經運行了 50 多年，並且越來越容易發生故障。比利時和荷蘭的兩個反應堆目前佔全球產能的一半，並將在未來十年內關閉。新的核電站正在計劃中，但可能需要十多年的時間才能建成。去年 9 月，美國國家科學、工程和醫學院釋出報告，敲響了響亮的警鐘，稱近期“很有可能”出現短缺。
醫生們很擔心。“這是我們每天都需要的東西，”魁北克舍布魯克大學的核醫學專家埃裡克·圖爾科特說。這些測試對於檢測骨癌或骨折（這位腳部患者的醫生正在尋找小骨折）以及揭示心臟病患者動脈阻塞尤其有用。它們通常用於胸痛或其他血管疾病跡象的人。其他技術產生的影像更模糊、不太精確，或者使用更高劑量的輻射，從而帶來更大的危害風險。渥太華心臟研究所的心臟病專家本傑明·周說，短缺將迫使醫生退回到不太準確的方法，增加患者風險，或者完全跳過測試。
更糟糕的是，削減到僅有的幾個生產基地會建立一個容易被破壞的供應鏈。幾乎所有的同位素都在一天內衰變，無法儲存。患者的每個短壽命劑量都必須從裝有其來源的長壽命同位素鉬 99 的容器中新鮮提取。該材料的供應需要每隔幾天從製造它的反應堆空運過來，遠在地球的另一端。惡劣的天氣和航班取消可能意味著無法進行掃描。“如果一個機場關閉，想想我們有多麼脆弱，”不列顛哥倫比亞省癌症機構的臨床科學家弗朗索瓦·貝納德憂心忡忡地說。
同位素的生產週期提出了另一個問題：核恐怖主義。為了製造鉬 99，大多數反應堆使用武器級高濃縮鈾 (HEU)。全球都在推動到 2020 年停止使用 HEU，因為危險分子和流氓國家想要竊取它。但是，將反應堆轉換為使用低濃縮鈾 (LEU) 意味著更多的停機時間，而且 LEU 反應堆最終產生的鉬 99 更少。
為了避免這場迫在眉睫的危機，美國和加拿大的研究人員一直在競相開發徹底的新技術，以生產鉬 99 和鎝 99m，而無需核反應堆，而是使用更靈活的粒子加速器和其他機器。這些技術不僅可以避免短缺，還可以更便宜，併產生更少的放射性廢物。現在，隨著全球產能急劇下降，研究人員即將 выяснить 他們的替代方案是否能夠應對挑戰。
即將短缺
醫生們已經對鉬 99 用完時會發生什麼有了痛苦的經歷。早在 2009 年和 2010 年，加拿大和荷蘭的反應堆都離線了很長時間，導致全球短缺，讓醫生們不得不爭先恐後地尋找替代診斷測試。“2009 年的危機是對所有人的警鐘，”核醫學和分子影像學會主席莎莉·施瓦茨說。“診斷測試無法進行，患者遭受痛苦。我們不想再次陷入那種境地。”
例如，一種常見的鎝 99m 心臟測試的替代方案是使用另一種名為鉈 201 的放射性同位素。但密歇根大學的心臟成像專家文卡特什·L·穆爾蒂說，這種同位素產生的影像更模糊，患者的輻射劑量增加一倍。而其他非放射性方法，如超聲心動圖，則不夠精確。他說，鎝 99m 在解析度、安全性和成本之間取得了平衡點。
加拿大政府因短缺的影響而感到清醒，此後不久啟動了 4500 萬美元的同位素技術加速計劃 (ITAP)，以開發製造鎝 99m 的替代方法。其領先專案可能在今年年底前上線。
該技術沒有使用龐大的反應堆工廠，而是使用了一種稱為迴旋加速器的小型粒子加速器，它可以安裝在醫院的地下室中。迴旋加速器將質子撞擊由不同同位素鉬 100 製成的靶，碰撞在現場產生鎝 99m。同位素的短半衰期意味著單個迴旋加速器只能服務於有限的區域。但加拿大大多數大城市已經擁有類似的機器，因此在全國範圍內推廣該解決方案應該是可行的，加拿大旗艦迴旋加速器中心 TRIUMF 的副實驗室主任兼核醫學部門前負責人保羅·沙弗說，該中心開發了這種方法。TRIUMF 位於溫哥華，進行了試點測試，以證明它可以在六小時的迴旋加速器執行中製造足夠的鎝 99m，以滿足不列顛哥倫比亞省（人口近 500 萬）的需求，每天約 500 次掃描。
圖表作者：阿曼達·蒙塔內斯；來源：加拿大自然資源部。提交給眾議院自然資源常務委員會，2009 年 6 月 2 日
目前，這臺兩米寬的迴旋加速器位於不列顛哥倫比亞省癌症機構溫哥華設施的一個厚鋼門後面的金庫中。兩根細金屬管從機器中伸出，攜帶以大約五分之一光速的速度行進的質子束。另一端是靶：一塊約 10 釐米長的薄平板，表面塗有鉬 100，裝在一個鋁製圓筒中。平板被轟擊六個小時，將一部分鉬 100 轉化為鎝 99m。然後，它透過氣壓管被射入另一個房間的鉛襯工作艙，稱為熱室，操作員在其中分離和純化鎝 99m。結果是一小瓶透明液體，其中含有足夠的同位素用於數百次測試。
溫哥華綜合醫院和癌症機構剛剛完成一項臨床試驗，在患者的真實測試中使用這種鎝。生成過程通常在凌晨開始，患者可以預約從下午 1 點開始注射。到目前為止，試驗結果表明，迴旋加速器鎝與使用鉬 99 容器製造的同位素一樣安全有效。
TRIUMF 和其他 ITAP 合作伙伴去年成立了一家公司，向其他迴旋加速器供應該技術。目前，全球約有 500 臺醫用迴旋加速器具有足夠強大的光束，可以以這種方式製造鎝 99m，此外還可以執行其當前的任務，例如生產用於正電子發射斷層掃描的同位素。沙弗說，現有的基礎是一個很大的優勢：一臺新的醫用迴旋加速器的價格可能為 500 萬美元，但改造現有機器的成本僅為十分之一。2014 年，英國核醫學學會建議將這種方法作為供應鎝 99m 的最合適方法，沙弗估計，12 到 24 臺迴旋加速器可以滿足加拿大的全部需求。
產生進步
然而，在加拿大邊境以南的美國，迴旋加速器並沒有產生同樣的熱情——或鎝。問題在於，美國的醫院是最早建造醫用迴旋加速器的醫院之一，而這些較舊的型號無法達到現在所需Higher 的光束能量，沙弗說。
相反，美國能源部國家核安全管理局正在支援擁有不同機器的公司。一家公司，位於威斯康星州麥迪遜市的 NorthStar Medical Radioisotopes，希望使用電子直線加速器 (LINAC) 來產生高能 X 射線。這些射線可以從鉬 100 中敲出一箇中子，將其轉化為鉬 99，後者將衰變為鎝。加拿大國家研究委員會的線性加速器退休物理學家卡爾·羅斯說，LINAC 比核反應堆更容易獲得許可，成本低於迴旋加速器，並且基本上可以“現成購買”。（Canadian Isotope Innovations 是在 ITAP 資助的研究中衍生出來的，也採用了類似的方法，但進展較慢。）
然而，儘管線性加速器有諸多優點，但它們產生的鉬 99 濃度低於反應堆。因此，NorthStar 開發了一種全新的系統，用於從其 LINAC 產生的鉬同位素混合物中分離鎝 99m。該系統被稱為“RadioGenix”，它將混合物泵入一個樹脂柱，該樹脂柱僅吸收鎝。然後可以將鉬同位素回收以進行另一次生產執行，並且可以使用鹽水洗滌從柱中剝離純鎝。該公司希望該系統今年獲得臨床使用批准。
另一種解決方案，也許是最激進的方法，來自位於威斯康星州莫諾納的 SHINE Medical Technologies，該公司希望透過用中子轟擊低濃縮鈾的液體混合物來製造鉬 99。這些中子來自 LINAC，它將氘撞擊氚。兩者都是氫的重同位素，它們融合形成另一種元素，氦。這種融合釋放出一箇中子。這些中子然後可以引發 LEU 靶中的裂變反應，形成鉬 99。該公司表示，該過程產生的鉬 99 濃度與現有系統相容，可用於運輸同位素和分離或“擠奶”鎝 99m。（由於擠奶過程，這些罐子被詼諧地稱為“鉬奶牛”。）2016 年 2 月，SHINE 獲得了美國核管理委員會的批准，可以建造其生產設施，並希望在 2020 年開始供應。
價格點
但智慧技術並不能保證成功。成本將發揮重要作用。“您需要以具有競爭力的價格製造產品，才能被醫院接受，”貝納德說。
使用當前方法，鎝 99m 在北美的價格約為每劑量 20 至 25 美元。這遠低於真正的生產成本，部分原因是政府為核反應堆燃料、廢物處理和建造反應堆的原始價格支付了很大一部分。“我們已經習慣了政府補貼其運營的事實，”沙弗說。“這種模式是不可持續的。”
藉助新技術和更多私人的國內供應鏈控制，生產商和政府計劃將鎝 99m 定價以涵蓋維護整個鏈條的費用。沙弗說，不列顛哥倫比亞省的醫院正準備迎接未來幾年 40% 的價格上漲。
基於全成本回收的定價可能有助於初創公司起步並保持發展。但他們也面臨著相互矛盾的市場預測。一方面，發達國家人口老齡化應該會增加對鎝 99m 擅長的心臟測試的需求，而中國市場正在迅速增長。
另一方面，經濟合作與發展組織 (OECD) 的資料顯示，近年來，許多國家對鎝 99m 的需求實際上有所下降。原因是什麼？2009-2010 年的短缺促使醫院減少每劑鎝的用量。由於更智慧的成像軟體，影像質量仍然很高。因此，經合組織預測，如果新的反應堆和新方法上線，到 2021 年可能會出現供應過剩和價格下降。
但該領域的許多人仍然不相信替代反應堆產能將按計劃到位。“如果我們只依賴反應堆，我們最終會再次陷入困境，”不列顛哥倫比亞省癌症機構的貝納德說。他認為，為了保持影像的持續供應，新技術必須進入視野。