这个体内流淌着放射性原子的人看起来很平静。他移动到一张轮床上，静静地躺着，轮床滑入温哥华综合医院一台嗡嗡作响的甜甜圈形扫描仪中。他的脚很痛——非常痛——机器通过对这些原子成像来拍摄骨骼和软组织的清晰 3D 快照，辐射在损伤部位血流量增加的地方最亮。
这种明亮的信标不仅仅照亮脚部。在全球范围内，每年超过 3000 万次的扫描使用这些原子来追踪受损心脏的不规则跳动，发现致命的癌症，并探索遭受中风破坏的大脑。这些图像依赖于一种名为锝 99m 的鲜为人知的同位素，用于一种称为单光子发射计算机断层扫描的成像过程。注射的锝为医生提供了一个无与伦比的身体窗口，使他们能够精确定位损伤或疾病，从而挽救患者的生命。这些图像可以显示比其他测试更精细的细节，并且辐射剂量极低且安全。
现在，这些珍贵的图像正面临危险。流经这位患者脚部的放射性原子起源于安大略省乔克河数千公里外的一个旧核反应堆。2016 年 10 月 31 日，该反应堆停止生产这种同位素的源材料。那一刻，北美失去了这种至关重要的医疗工具的国内来源，全球 20% 的产量消失了。乔克河将在几年后完全关闭。而且问题变得更糟。
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世界上几乎所有的供应都来自仅有的六个研究反应堆。其中四个已经运行了 50 多年，并且越来越容易发生故障。比利时和荷兰的两个反应堆目前占全球产能的一半，并将在未来十年内关闭。新的核电站正在计划中，但可能需要十多年的时间才能建成。去年 9 月，美国国家科学、工程和医学院发布报告，敲响了响亮的警钟，称近期“很有可能”出现短缺。
医生们很担心。“这是我们每天都需要的东西，”魁北克舍布鲁克大学的核医学专家埃里克·图尔科特说。这些测试对于检测骨癌或骨折（这位脚部患者的医生正在寻找小骨折）以及揭示心脏病患者动脉阻塞尤其有用。它们通常用于胸痛或其他血管疾病迹象的人。其他技术产生的图像更模糊、不太精确，或者使用更高剂量的辐射，从而带来更大的危害风险。渥太华心脏研究所的心脏病专家本杰明·周说，短缺将迫使医生退回到不太准确的方法，增加患者风险，或者完全跳过测试。
更糟糕的是，削减到仅有的几个生产基地会创建一个容易被破坏的供应链。几乎所有的同位素都在一天内衰变，无法储存。患者的每个短寿命剂量都必须从装有其来源的长寿命同位素钼 99 的容器中新鲜提取。该材料的供应需要每隔几天从制造它的反应堆空运过来，远在地球的另一端。恶劣的天气和航班取消可能意味着无法进行扫描。“如果一个机场关闭，想想我们有多么脆弱，”不列颠哥伦比亚省癌症机构的临床科学家弗朗索瓦·贝纳德忧心忡忡地说。
同位素的生产周期提出了另一个问题：核恐怖主义。为了制造钼 99，大多数反应堆使用武器级高浓缩铀 (HEU)。全球都在推动到 2020 年停止使用 HEU，因为危险分子和流氓国家想要窃取它。但是，将反应堆转换为使用低浓缩铀 (LEU) 意味着更多的停机时间，而且 LEU 反应堆最终产生的钼 99 更少。
为了避免这场迫在眉睫的危机，美国和加拿大的研究人员一直在竞相开发彻底的新技术，以生产钼 99 和锝 99m，而无需核反应堆，而是使用更灵活的粒子加速器和其他机器。这些技术不仅可以避免短缺，还可以更便宜，并产生更少的放射性废物。现在，随着全球产能急剧下降，研究人员即将 выяснить 他们的替代方案是否能够应对挑战。
即将短缺
医生们已经对钼 99 用完时会发生什么有了痛苦的经历。早在 2009 年和 2010 年，加拿大和荷兰的反应堆都离线了很长时间，导致全球短缺，让医生们不得不争先恐后地寻找替代诊断测试。“2009 年的危机是对所有人的警钟，”核医学和分子影像学会主席莎莉·施瓦茨说。“诊断测试无法进行，患者遭受痛苦。我们不想再次陷入那种境地。”
例如，一种常见的锝 99m 心脏测试的替代方案是使用另一种名为铊 201 的放射性同位素。但密歇根大学的心脏成像专家文卡特什·L·穆尔蒂说，这种同位素产生的图像更模糊，患者的辐射剂量增加一倍。而其他非放射性方法，如超声心动图，则不够精确。他说，锝 99m 在分辨率、安全性和成本之间取得了平衡点。
加拿大政府因短缺的影响而感到清醒，此后不久启动了 4500 万美元的同位素技术加速计划 (ITAP)，以开发制造锝 99m 的替代方法。其领先项目可能在今年年底前上线。
该技术没有使用庞大的反应堆工厂，而是使用了一种称为回旋加速器的小型粒子加速器，它可以安装在医院的地下室中。回旋加速器将质子撞击由不同同位素钼 100 制成的靶，碰撞在现场产生锝 99m。同位素的短半衰期意味着单个回旋加速器只能服务于有限的区域。但加拿大大多数大城市已经拥有类似的机器，因此在全国范围内推广该解决方案应该是可行的，加拿大旗舰回旋加速器中心 TRIUMF 的副实验室主任兼核医学部门前负责人保罗·沙弗说，该中心开发了这种方法。TRIUMF 位于温哥华，进行了试点测试，以证明它可以在六小时的回旋加速器运行中制造足够的锝 99m，以满足不列颠哥伦比亚省（人口近 500 万）的需求，每天约 500 次扫描。
图表作者：阿曼达·蒙塔内斯；来源：加拿大自然资源部。提交给众议院自然资源常务委员会，2009 年 6 月 2 日
目前，这台两米宽的回旋加速器位于不列颠哥伦比亚省癌症机构温哥华设施的一个厚钢门后面的金库中。两根细金属管从机器中伸出，携带以大约五分之一光速的速度行进的质子束。另一端是靶：一块约 10 厘米长的薄平板，表面涂有钼 100，装在一个铝制圆筒中。平板被轰击六个小时，将一部分钼 100 转化为锝 99m。然后，它通过气压管被射入另一个房间的铅衬工作舱，称为热室，操作员在其中分离和纯化锝 99m。结果是一小瓶透明液体，其中含有足够的同位素用于数百次测试。
温哥华综合医院和癌症机构刚刚完成一项临床试验，在患者的真实测试中使用这种锝。生成过程通常在凌晨开始，患者可以预约从下午 1 点开始注射。到目前为止，试验结果表明，回旋加速器锝与使用钼 99 容器制造的同位素一样安全有效。
TRIUMF 和其他 ITAP 合作伙伴去年成立了一家公司，向其他回旋加速器供应该技术。目前，全球约有 500 台医用回旋加速器具有足够强大的光束，可以以这种方式制造锝 99m，此外还可以执行其当前的任务，例如生产用于正电子发射断层扫描的同位素。沙弗说，现有的基础是一个很大的优势：一台新的医用回旋加速器的价格可能为 500 万美元，但改造现有机器的成本仅为十分之一。2014 年，英国核医学学会建议将这种方法作为供应锝 99m 的最合适方法，沙弗估计，12 到 24 台回旋加速器可以满足加拿大的全部需求。
产生进步
然而，在加拿大边境以南的美国，回旋加速器并没有产生同样的热情——或锝。问题在于，美国的医院是最早建造医用回旋加速器的医院之一，而这些较旧的型号无法达到现在所需Higher 的光束能量，沙弗说。
相反，美国能源部国家核安全管理局正在支持拥有不同机器的公司。一家公司，位于威斯康星州麦迪逊市的 NorthStar Medical Radioisotopes，希望使用电子直线加速器 (LINAC) 来产生高能 X 射线。这些射线可以从钼 100 中敲出一个中子，将其转化为钼 99，后者将衰变为锝。加拿大国家研究委员会的线性加速器退休物理学家卡尔·罗斯说，LINAC 比核反应堆更容易获得许可，成本低于回旋加速器，并且基本上可以“现成购买”。（Canadian Isotope Innovations 是在 ITAP 资助的研究中衍生出来的，也采用了类似的方法，但进展较慢。）
然而，尽管线性加速器有诸多优点，但它们产生的钼 99 浓度低于反应堆。因此，NorthStar 开发了一种全新的系统，用于从其 LINAC 产生的钼同位素混合物中分离锝 99m。该系统被称为“RadioGenix”，它将混合物泵入一个树脂柱，该树脂柱仅吸收锝。然后可以将钼同位素回收以进行另一次生产运行，并且可以使用盐水洗涤从柱中剥离纯锝。该公司希望该系统今年获得临床使用批准。
另一种解决方案，也许是最激进的方法，来自位于威斯康星州莫诺纳的 SHINE Medical Technologies，该公司希望通过用中子轰击低浓缩铀的液体混合物来制造钼 99。这些中子来自 LINAC，它将氘撞击氚。两者都是氢的重同位素，它们融合形成另一种元素，氦。这种融合释放出一个中子。这些中子然后可以引发 LEU 靶中的裂变反应，形成钼 99。该公司表示，该过程产生的钼 99 浓度与现有系统兼容，可用于运输同位素和分离或“挤奶”锝 99m。（由于挤奶过程，这些罐子被诙谐地称为“钼奶牛”。）2016 年 2 月，SHINE 获得了美国核管理委员会的批准，可以建造其生产设施，并希望在 2020 年开始供应。
价格点
但智能技术并不能保证成功。成本将发挥重要作用。“您需要以具有竞争力的价格制造产品，才能被医院接受，”贝纳德说。
使用当前方法，锝 99m 在北美的价格约为每剂量 20 至 25 美元。这远低于真正的生产成本，部分原因是政府为核反应堆燃料、废物处理和建造反应堆的原始价格支付了很大一部分。“我们已经习惯了政府补贴其运营的事实，”沙弗说。“这种模式是不可持续的。”
借助新技术和更多私人的国内供应链控制，生产商和政府计划将锝 99m 定价以涵盖维护整个链条的费用。沙弗说，不列颠哥伦比亚省的医院正准备迎接未来几年 40% 的价格上涨。
基于全成本回收的定价可能有助于初创公司起步并保持发展。但他们也面临着相互矛盾的市场预测。一方面，发达国家人口老龄化应该会增加对锝 99m 擅长的心脏测试的需求，而中国市场正在迅速增长。
另一方面，经济合作与发展组织 (OECD) 的数据显示，近年来，许多国家对锝 99m 的需求实际上有所下降。原因是什么？2009-2010 年的短缺促使医院减少每剂锝的用量。由于更智能的成像软件，图像质量仍然很高。因此，经合组织预测，如果新的反应堆和新方法上线，到 2021 年可能会出现供应过剩和价格下降。
但该领域的许多人仍然不相信替代反应堆产能将按计划到位。“如果我们只依赖反应堆，我们最终会再次陷入困境，”不列颠哥伦比亚省癌症机构的贝纳德说。他认为，为了保持图像的持续供应，新技术必须进入视野。