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114年:核醫診療(2)

子核種⁹⁰Y與母核種⁹⁰Sr在⁹⁰Sr/⁹⁰Y孳生器（ generator ）中達到何種平衡狀態？

A永久平衡
B暫態平衡
C不連續平衡
D不平衡

詳細解析

本題觀念：

放射性同位素孳生器（Radioisotope Generator）中，母核種（Parent nuclide）與子核種（Daughter nuclide）之間的平衡狀態，取決於兩者半衰期（Half-life, T1/2T_{1/2}）的相對長短。 衰變平衡狀態主要分為以下三種：

  1. 永久平衡（Secular equilibrium）：母核種的半衰期遠大於子核種的半衰期（T1/2,parent≫T1/2,daughterT_{1/2, parent} \gg T_{1/2, daughter}，通常相差超過 100 倍以上）。在這種狀態下，母核種活度幾乎不隨時間改變，經過一段時間後，子核種的活度會增加至與母核種活度完全相等。
  2. 暫態平衡（Transient equilibrium）：母核種的半衰期大於子核種的半衰期，但兩者相差不大（T1/2,parent>T1/2,daughterT_{1/2, parent} > T_{1/2, daughter}，通常相差約 10 到 100 倍以內）。此時子核種活度會先上升至最高點後，再以與母核種相同的半衰期一起衰變，且子核種活度會略高於母核種。
  3. 不平衡（No equilibrium）：母核種的半衰期小於子核種的半衰期（T1/2,parent<T1/2,daughterT_{1/2, parent} < T_{1/2, daughter}）。子核種活度會不斷累積，無法與母核種達到任何平衡比例。

選項分析

  • A. 永久平衡 (Secular equilibrium)：正確。母核種鍶-90（90Sr^{90}\text{Sr}）的半衰期約為 28.8 年，子核種釔-90（90Y^{90}\text{Y}）的半衰期約為 64 小時（2.67 天）。母核種 90Sr^{90}\text{Sr} 的半衰期遠大於子核種 90Y^{90}\text{Y} 的半衰期（相差接近 4000 倍）。根據放射物理學定義，當母核半衰期遠大於子核半衰期時，系統將達到「永久平衡」。
  • B. 暫態平衡 (Transient equilibrium)：錯誤。暫態平衡發生在母核種半衰期「稍微大於」子核種時。臨床上最經典的例子為 99Mo/99mTc^{99}\text{Mo}/^{99m}\text{Tc} 孳生器（母核種 99Mo^{99}\text{Mo} 半衰期 66 小時，子核種 99mTc^{99m}\text{Tc} 半衰期 6 小時）。90Sr/90Y^{90}\text{Sr}/^{90}\text{Y} 的半衰期差距過大，不屬於暫態平衡。
  • C. 不連續平衡：錯誤。在核醫學與放射物理學的衰變動力學中，並無「不連續平衡」這個專有名詞或狀態。
  • D. 不平衡 (No equilibrium)：錯誤。不平衡是當「母核種半衰期小於子核種」時才會發生。由於 90Sr^{90}\text{Sr} 半衰期大於 90Y^{90}\text{Y}，故並非不平衡狀態。

答案解析

90Sr/90Y^{90}\text{Sr}/^{90}\text{Y} 孳生器是獲得高純度放射性釔（90Y^{90}\text{Y}）的重要設備。90Sr^{90}\text{Sr} 會經歷貝他（β−\beta^-）衰變成為 90Y^{90}\text{Y}。由於 T1/2(90Sr)=28.8 年≫T1/2(90Y)=64 小時T_{1/2}(^{90}\text{Sr}) = 28.8\text{ 年} \gg T_{1/2}(^{90}\text{Y}) = 64\text{ 小時}，經過約 5 到 6 個子核種的半衰期（約兩週的生長時間）後，90Y^{90}\text{Y} 的活度將會與 90Sr^{90}\text{Sr} 的活度達到相等，這種極端半衰期差異所形成的平衡狀態即為「永久平衡」（Secular equilibrium）。因此，正確答案為 (A)。

核心知識點

醫事放射師國家考試中，常見放射性孳生器（Generator）的配對及平衡種類為必考重點，考生必須熟記以下常見組合與定義：

  1. 永久平衡（Secular equilibrium） (T1/2,parent≫T1/2,daughterT_{1/2, parent} \gg T_{1/2, daughter})：

    • 90Sr^{90}\text{Sr} (28.8 年) →\rightarrow 90Y^{90}\text{Y} (64 小時)
    • 68Ge^{68}\text{Ge} (271 天) →\rightarrow 68Ga^{68}\text{Ga} (68 分鐘) (近年正子造影極熱門考點)
    • 82Sr^{82}\text{Sr} (25.5 天) →\rightarrow 82Rb^{82}\text{Rb} (1.27 分鐘) (心肌灌注 PET 考點)
    • 226Ra^{226}\text{Ra} (1600 年) →\rightarrow 222Rn^{222}\text{Rn} (3.82 天)

  2. 暫態平衡（Transient equilibrium） (T1/2,parent>T1/2,daughterT_{1/2, parent} > T_{1/2, daughter})：

    • 99Mo^{99}\text{Mo} (66 小時) →\rightarrow 99mTc^{99m}\text{Tc} (6.02 小時)

  3. 不平衡（No equilibrium） (T1/2,parent<T1/2,daughterT_{1/2, parent} < T_{1/2, daughter})：

    • 131mTe^{131m}\text{Te} (30 小時) →\rightarrow 131I^{131}\text{I} (8.02 天)

臨床重要性

在臨床核子醫學中，90Y^{90}\text{Y} 是一種純貝他射出體（Pure β−\beta^- emitter），因為沒有釋放加馬（γ\gamma）射線，其游離能量完全集中於病灶局部。90Y^{90}\text{Y} 具有很強的組織穿透力及殺傷力（最大能量達 2.28 MeV，組織內平均射程約 2.5 mm），常被製成放射性微球（如 SIR-Spheres 或 TheraSphere），配合介入性放射線學執行經動脈放射栓塞治療（TARE）以精準打擊肝細胞癌（HCC）。90Sr/90Y^{90}\text{Sr}/^{90}\text{Y} 孳生器的永久平衡特性，為藥廠或核藥局提供了生命週期長且能穩定萃取 90Y^{90}\text{Y} 供治療的便利性。

參考資料

  1. Therapeutic Radionuclide Generators: 90Sr/90Y and ... - IAEA (https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1394_web.pdf)
  2. 醫學影像暨放射科學系 - 放射物理與輻射安全教學講義 (https://techwww.csmu.edu.tw/ezfiles/25/1025/img/281/181517435.pdf)
  3. 專技高考放射師 - 輻射安全與游離輻射防護歷屆試題解析 (https://yamol.tw/item.php?id=3207914)
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