核医学物理简介
核医学复习重点总结
第一章总论核医学定义：是一门研究核素和核射线在医学中的应用及其理论的学科。
主要任务是用核技术进行诊断、治疗和疾病研究。
核医学三要素：研究对象放射性药物核医学设备一、核物理基础（一）基本概念：元素---凡质子数相同的一类原子称为一种元素核素---质子数、中子数、质量数及核能态均相同的原子称为一种核素。
放射性核素----能自发地发生核内结构或能级变化，同时从核内放出某种射线而转变为另一种核素，这种核素称为放射性核素。
（具有放射性和放出射线）稳定性核素----能够稳定地存在，不会自发地发生核内结构或能级的变化。
不具有放射性的核素称为稳定性核素。
（无放射性）同位素----具有相同的原子序数（质子数相同），但质量数（中子数）不同的核素互为同位素。
同质异能素----- 核内质子数、中子数相同，但处在不同核能态的一类核素互为同质异能素。
（质量数相同，能量不同，如99mTc和99Tc）（二）核衰变类型四种类型五种形式α衰变释放出α粒子的衰变过程，并伴有能量释放。
β衰变放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变。
β衰变后，原子序数可增加或减少1，质量数不变。
•β－衰变•β＋衰变•电子俘获（EC）γ衰变核素由激发态或高能态向基态或低能态跃迁时，放射出γ射线的衰变过程γ衰变后子核的质量数和原子序数均不变，只是核素的能态发生改变。
放射性核素的原子核不稳定，随时间发生衰变，衰变是按指数规律发生的。
随时间延长，放射性核素的原子核数呈指数规律递减。
N=N0e-λtN0：t＝0时原子核数N：t时间后原子核数e：自然对数的底(e≈2.718）λ：衰变常数（λ=0.693/T1/2）物理半衰期（T1/2）生物半衰期（Tb）有效半衰期（Te）1/Te=1/T1/2+1/ Tb放射性活度描述放射性核素衰变强度的物理量。
用单位时间内核衰变数表示，国际制单位：贝可（Becquerel，Bq）定义为每秒1次衰变(s-1），旧制单位：居里（Ci）、毫居里（mCi）、微居里（μCi）换算关系：1Ci=3.7×1010Bq比活度单位质量物质内所含的放射性活度。
核医学PPT课件 核医学绪论及物理基础
Becquerel
History look back
1896年法国物理学家 Becquerel发现了铀的放射 性，第一次认识到放射现象。 他在研究铀盐时，发现铀能 使附近黑纸包裹的感光胶片 感光，由此断定铀能不断地 发射某种看不见的，穿透力 强的射线。
1903年与Curie夫人共获 Nobel物理学奖。
radiopharmaceutical β粒子或α粒子 抑制或破坏病变组织
8
核素治疗
131I 甲亢、甲癌转移灶
核素标记单克隆抗体 131I-抗AFP抗体
90Y-抗CD20抗体（Zevalin）
89锶治疗骨转移Ca
原发性肝癌 淋巴瘤
9
高度选择性
放射免疫靶向治疗 受体介导的靶向治疗 放射性核素基因治疗
42
略
History look back
临床核医学之父
1926年美国Boston内科医师Blumgart首先应用 放射性氡研究循环时间，第一次应用了示踪技 术。
将氡从一侧手臂静脉注射后，在暗室中通过云 母窗观察其在另一手臂出现的时间，以了解动 -静脉血管床之间的循环时间。
后来他又进行了多领域的生理、病理和药理学 研究。被誉为“临床核医学之父”。
41
Marie S.Curie
History look back
1898年在巴黎的波兰化学家 Curie (1867-1934)与他的 丈夫 Pierre共同发现了镭 （即88号元素），他们从30 吨沥青铀矿中提取了2mg镭。 此后，又发现了Pu和Th天然 放射性元素。
1903年Curie与 Bequerel共 获Nobel物理学奖，1911年 又获得Nobel化学奖。
Nuclear Medicine
最新核医学 总论(物理、仪器、药物、防护)-药学医学精品资料
我国临床核医学现状
1956年创建，培训师资。
60年代普及推广。 70年代缓步提高，1977年核医学必修课。 80年代加速发展。仪器，药物的引进和研制
及广泛应用。
天津医科大学第二医院核医学教研 室
医用核物理基础
原子结构：
+
K L M N O
2n2 质子 Proton (Z)
原子核
自然界中有109种元素：93种天然，16种人工合成。
核素有2000余种，分为稳定核素和放射性核素。
稳定核素：能够稳定的存在，不会自发地变化。
274种，属于81种元素。
放射性核素：不稳定，能自发地放出射线而转变为
另一种核素。分为天然和人工合成。
原子序数在82以下的天然放射性核素较少，原子序 数大于大于83的元素均为放射性核素。人工放射性 核素可由核反应堆、加速器和放射性核素发生器等 生产制成。
临床核医学发展史
序幕（1895～1934年）1895年 M.H.
Roentgen发现X-射线, 1896年Henri Becquerl 发 现放射性, 1898年居里(Curie)夫妇成功提取钋(Po) 和镭(Ra), 1934年人工方法获得放射性30P。
初创阶段（1935
～1945年） 初具规模阶段（1945 ～1960年）1946年核
实验核医学的概念
研究：生命现象的本质和物质代谢的变
化，并侧重实验技术的方法学探讨和在 基础医学、生物医学一些学科中的应用 研究。 包括：核测量技术；标记技术、示踪技 术、体外放射分析技术核活化分析技术 等。
临床核医学是研究核素及核射线在临床诊断和治 疗中的应用技术及其理论，是一门利用开放型放 射性核素诊断和治疗疾病的学科。 临床核医学
第五章核医学物理
A A-4Y+ 4H +Q z X→z-2 2 e
Q是母核衰变成子核时所释放出的能量，又称为衰变能。主要为 α粒子所有。该型衰变多发生在A值超过209的重核。α粒子从母 核高速飞出，有单能和多能之分，减速后会俘获2个电子而变成 一个中性氦原子，常伴有ɣ射线。如图5-2
二、β衰变 原子核释放出电子或正电子的衰变过程统称β衰变过程。其子核和母核是相邻的同量异位素。β衰变包 括β-衰变、β+衰变和电子俘获三种形式。 1、β-衰变 核内释放出β-粒子（-10e）的衰变过程。即：zAX→z+1AY+-10e+ʋe+Q ʋe是反中微子，不带电，质量几乎为零，与其它粒子几乎不发生作用，穿透力极强！可以穿透地球而能 量几乎无损失。β-衰变的本质就是核内的1个中子释放出1个电子和反中微子转变成一个质子（11P）的 过程。可以伴随ɣ射线产生。 2、β+衰变 核内释放出β+粒子（正电子+10e）的衰变过程。β+衰变时，母核X释放出一个正电子而转变
为子核Y，子核电荷数比母核的电荷数减少1，而质量数不变。在元素周期表中前移一位，这就是β+衰变
的位移定则。β+粒子是一个单位正电荷且静止质量与电子质量相等的粒子，多发生核内质子数偏多的母 核，其过程是：zAX→z-1AY++10e+ʋe+Q 正电子与电子结合后产生一个相反方向的ɣ光子。
核医学物理基础
核医学物理基础
第一节原子和原子结构 第二节放射性核衰变● 第三节射线与物质的相互作用●● 第四节辐射剂量与单位
第一节 原子和原子结构
原子由带正电荷的原子核和带负电 荷的核外电子（electron）组成
原子核由质子（proton）和中子 （neutron）组成
同位素 凡原子核具有相同的质子数而中 子数不同的元素互为同位素（isotope）
二、光子与物质的相互作用
γ射线和X射线都是中性光子 1.光电效应 2.康普顿效应 3.电子对形成
1.光电效应
γ光子与原子中内层电子相互作用，将 全部能量交给电子，使之脱离原子成为 自由的光电子的过程称为光电效应。
当光子的能量小于0.5MeV时，在高原子 序数的材料中产生光电效应的可能性最 大
当射线通过介质时会与物质发生相 互作用, 称射线的物理效应.
是了解辐射生物效应、屏蔽防护与 放射性检测、核素显像和治疗的基 础
一、带电粒子（α，β，电子， 质子）与物质的作用
1.电离作用 2.激发作用 3.散射作用 4.韧致辐射 5.吸收作用
1.电离作用
带电粒子作用于物质,使该物质原 子失去轨道电子而形成自由电子和 正离子
放射性浓度为单位体积溶液中所含的放 射性活度
（三）放射系列和放射平衡
放射系列:放出射线而形成衰变的系列 连续衰变: 放射性核素→子核放射性
核素→稳定性核素 连续衰变、放射系列、天然系列衰变
是环境中天然本底辐射来源之一
系列衰变举例
临床核医学使用的99Mo-99mTc发生器 99Mo（T1/2=67h）→99mTc（T1/2=6.02h ）
三、中子与物质的相互作用
中子不带电 中子与原子核的作用方式有弹性散射、
核医学物理基础
β 衰变
• 核衰变时放射出β 粒子或俘获轨道电子 的衰变。 • β 衰变后核素的原子序数可增加或减少 ，但质量数不变。 • 分β － 衰变、β ＋ 衰变和电子俘获三种 类型。 • β 粒子的速度为20万km/s。
2018/11/11 6
β
－衰变
• 衰变时放射出β － 粒子。核内中子过多造 成的不平衡。中子转化为质子的过程。
• 衰 变 常 数 ： 某种放射性核素的核在单位 时间内自发衰变的比率； • 它反映该核素衰变的速度和特性；λ 值 大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响 。
2018/11/11
16
衰变公式
• 衰变公式：Nt=Noe-λ t • 特性：不同的放射性核素有不同的λ ； • 共性：任何放射性核素的衰变原子核数 目随时间增长按指数规律减少；
N t
2018/11/11
logN
t
17
半衰期 half life
• 物理半衰期（physical half life，T1/2） • 在单一的放射性核素衰变过程中，放射 性活度降至原来一半所需的时间； • 长者可达1010a，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
2018/11/11
2018/11/11 3
核衰变类型（nuclear decay)
• α 衰变 • 核衰变时放射出α 粒子的衰变。 A X--A-4 Y+4 He+Q Z Z-2 2
γ
4He
2018/11/11
4
α 粒子特性
• α 粒子实质上是He原子核， • α 衰变发生在原子序数大于８２的重元素核素 。 • α 粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s， 2s绕地球１周。 • 在空气中的射程约为３－８cm，在水中或机体 内为0.06-0.16mm。 • 因其射程短，一张纸即可阻挡 • 但α 粒子的电离能力很强。 2018/11/11 5
核医学知识点汇总
核医学知识点总结绪论+第一章核物理知识1、湮灭辐射:18F、11C、13N、15O等正电子核素在衰变过程中发射（产生）正电子，正电子与原子核周围的轨道电子（负电子）发生结合，同时释放两个能量相等方向相反的γ光子(511kev)，这种现象就叫正电子湮灭辐射现象。
2、物理半衰期（T1/2）：指放射性核素数目因衰变减少到原来的一半所需的时间，如131碘的半衰期是8.04天。
3、临床核医学：是将核技术应用于临床领域的学科，是用利用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科。
4、核素：指具有特定的质子数、中子数及特定能态的一类原子。
5、放射性衰变的定义：放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发的释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程。
6、放射性活度：表示单位时间内原子核的衰变数量：单位为Ci（居里），1Ci=3.7x1010Bq7、放射性核素发射器：从长半衰期的母体分离短半衰期的子体的装置，又称为“母牛”。
8、个人剂量监测仪：是从事放射性工作人员用来测量个人接受外照射剂量的仪器，射线探测器部分体积较小，可佩戴在身体的适当部位。
9、放射性核素示踪原理：是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测仪器来检测其行踪，借此研究示踪剂在生物体内的分布代谢及其变化规律的技术。
10、阳性显像（positive imaging）是以病灶对显像剂摄取增高为异常的显像方法。
由于病灶放射性高于正常脏器、组织，故又称“热区”显像（hot spot imaging）如放射免疫显像、急性心肌梗死灶显像、肝血管瘤血池显像等。
11阴性显像（negative imaging）是以病灶对显像剂摄取减低为异常的显像方法。
正常的脏器、组织因摄取显像剂而显影，其中的病变组织因失去正常功能不能摄取显像剂或摄取减少而呈现放射性缺损或减低，故又称“冷区”显像（cold spot imaging）12放射性药物：含有放射性核素，用于临床诊断或治疗的药物。
核医学重点
1核医学（nuclear medicine）研究核技术在医学的应用及其理论的学科，是放射性核素诊断，治疗疾病和进行医学研究的医学学科。
2核素（nucliide）是指质子数.中子数均相同，并且原子核处于相同能级状态的原子称为一种核素。
3同位素（isotope）凡具有相同质子数但中子数不同的核素互称同位素4同质异能素（isomer）质子数和中子数都相同，所处的核能状态不同的原子5放射性衰变类型；a衰变；B衰变；正电子衰变；电子俘获；r衰变.6a衰变：放射性核衰变时释放出a射线的衰变；B衰变：原子核释放出B射线而发生的衰变称为B``衰变（B``衰变放射出的射线分为B`` B`+射线）；正电子衰变：原子核释放出正电子（B+射线）的衰变方式.7SPECT:单光子发射计算机断层成像术. PET:正电子发射计算机断层成像术8核探测仪器的基本原理；电子作用，荧光作用，感光作用9放射性探测仪器按探测原理可分为电离探测仪和闪烁探测仪两类10r照相机基本结构：准直器，晶体，光电倍增管，脉冲幅度分析器，信号分析和数据处理系统.11图像融合技术：是将来自相同或不同成像方式的图像进行一定的变化处理，使其之间的空间位置，空间坐标达到匹配的一种技术。
12放射性药物（radio pharmaceutical）指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一类特殊药物。
用于机体内进行医学诊断或治疗的含放射性核素标记的化合物或生物制剂。
13放射性药物具有的特点：具有放射性；具有特定的物理半衰期和有效期；计量单位和使用量；脱标及辐射自分解.14放射化学纯度：是指以特定化学形式存在的放射性活度占总放射性活度的百分比。
15化学纯度：是指以特定化学形式存在的某物质的质量占总质量的比例，与放射性无关。
16辐射生物效应（电离辐射作用于机体后，其传递的能量对机体的分子、细胞、组织和器官所造成的形态和(或)功能方面的后果）：确定性效应和随机性效应17确定性效应;是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关，有明显的阈值，剂量未超过阈值不会发生有害效应。
核医学绪论及核物理基础
α、β、γ三种射线在不同介质中的 穿行
核衰变规律
衰变常数与衰变公式
Nt=N0e-λt
半衰期
λ=0.693/T1/2
物理半衰期 （T 1/2） 生物半衰期 （T b) 有效半衰期 (T e) 放射性活度 单位：贝可（B q ) 居里（C i） 换算关系 1Ci=3.7*1010Bq 比放射性活度、放射性浓度
博士后 流动站
PET 40 PET中心 16
γ照相机 100
硕士点 30
中国大陆
湖北省ECT医院分布
3
1
1 1 1 1
1
9
1
湖北16家医院19台SPECT
北京 房山
四川 夹江
21世纪核医学发展前景
从形态学影像----功能影像 显像及体外分析设备日臻完善 分子核医学的形成及进入分子影像时代 基因显像、诊断、治疗 更多更安全的放射性药物研制使用 体外分析技术进一步发展，更多微量生物 活性物质被检测 核素治疗朝多元化、安全化方向发展
• 放射性核素数目因物理衰变减少到原来的
一半所需的时间。 • 长者可达1010y，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
0 . 693 T1 / 2
T1/2=0.693/λ
Biological half life ( 生物半衰期, Tb)
在生物体系中，某种放射性核素或其化
Becquerel
History look back
• 1896年法国物理学家
•
Becquerel发现了铀的放 射性，第一次认识到放射 现象。他在研究铀盐时， 发现铀能使附近黑纸包裹 的感光胶片感光，由此断 定铀能不断地发射某种看 不见的，穿透力强的射线。 1903年与Curie夫人共获 Nobel物理学奖。
核医学方法与仪器 第一讲 有关核医学的物理知识.
核医学方法与仪器第一讲有关核医学的物理知识金永杰本讲座撰写人金永杰先生清华大学教授中国电子学会核医学电子学专业委员会副主任委员一核医学及其技术基础核医学(Nuclear Medicine)采用放射性同位素来进行疾病的诊断治疗及研究它是核技术与医学相结合的产物放射医学也以核辐射为手段但是它使用封闭型辐射源(如X光球管加速器)从人体外进行照射核医学则将开放型放射性同位素以放射性药物的形式引入体内虽然核医学包括用核辐射的生物效应治疗疾病但是诊断疾病是临床核医学的主要内容诊断核医学可划分为两类:(1) 体外诊断将放射性核素放在试管中(In Vitro)进行放射性免疫测量或活化分析(2) 体内诊断把放射性核素引入活体内(In Vivo)进行脏器功能测量或显像后者为当代核医学最主要的工作领域核医学依据放射性示踪原理进行体内诊断放射性核素及其标记物构成了放射性药物它们保持着对应稳定核素或被标记药物的化学性质和生物学行为能够正常参与机体的物质代谢放射性药物产生的γ射线能穿透机体可以在体外测量到所以核医学能够无创伤地观察放射性药物在活体中循环扩散聚集排出的过程得到药物分子的图像提供关于机体代谢的生理学的功能方面的信息由于疾病一般先表现在生理功能方面的变化然后才有脏器形态的改变所以核医学方法有助于疾病的早期诊断核医学涉及核物理化学药学电子学计算机等学科在技术上以放射性药物和核医学仪器为基础从核素的生产标记化合物的研制到新型放射性药物的寻找没有化学人员与药理学家参与是不可能的从放射免疫分析仪功能仪扫描机γ照相机到单光子发射CT(Single Photon Emission ComputedTomography SPECT)正电子发射CT(Positron Emission Tomography PET)的设计制造没有物理人员和工程人员参与也是不可能的二关于放射性衰变的一些物理知识1. 同位素和放射性衰变一切物质都是由原子组成的原子又是由质子和中子构成的原子核以及围绕原子核运动的电子组成的质子的数量决定了原子的种类质子数相同中子数不同的核素在元素周期表中处于同一位置故称为同位素(Isotopes)它们具有相同的化学及生物性质自然界中存在的核素大多是稳定的但是它们的一些同位素是不稳定的会自发地蜕变成其他的核素或改变其能态并伴随αβγ辐射这个过程称为放射性衰变(Radioactive Decay)放射性衰变的发生是随机的我们用单位时间内平均发生衰变的次数来衡量样品的放射性衰变能力称作放射性强度或放射性活度(Activity)它的单位是贝克尔(Bq)或居里(Ci)1Bq=1次核衰变/秒1Ci=3.71010次核衰变/秒不难得出1mCi(10-3Ci)=37MBq随着衰变进行样品中放射性核素逐渐减少其放射性强度呈负指数规律下降A=A o e-t为核素的衰变常数放射性强度减弱一半所需的时间称为半衰期T可以推出T1/2=0.693/除了物理半衰期以外核医学中还有一个生物半衰1/2期的概念它是指生物体内的放射性核素由于生物代谢从体内排出一半所需的时间用T b表示假定生物代谢造成的放射性强度减少也符合指数规律A(t)=Ae-bt则生物体内的放射性强度由于放射性衰变和生物代谢共同作用造成的衰减: A(t)=Ae-t.e-bt =A o e-(b)t总衰减速度大于任何单一因素所造成的衰减速度α粒子是两个质子和两个中子构成的氦原子核β辐射就是电子流γ射线的本质是与无线电波和可见光一样的电磁波由于它的波长比可见光更短有更强烈的粒子性表现所以我们也常称之为γ光子(Photon)这些粒子所具有的能量用电子伏特(electron V olt eV)来量度1eV就是电子经过1V的电场加速所获得的能量更大的单位是千电子伏特(kilo electron V olt keV)和兆电子伏特(Mega electron V olt MeV)1keV=1000eV1MeV =1000keV2. 同质异能素与辐射核内质子数和中子数都相同而处在不同能量状态的核素互称同质异能素(Isomer)例如m 9943Tc 和9943Tc 互为同质异能素m 9943Tc 的能态比9943Tc 高它处于亚稳态(Metastable State)处于亚稳态的原子核在回到基态时会放出γ光子这种原子核能态的改变称为同质异能跃迁(Isomeric Transition IT)例如m 9943Tc在跃迁时伴随γ辐射主要产生140keV 的低能γ射线3. 正负电子对湮灭许多缺中子核素会发生质子转变成中子并放出一个正电子的β蜕变结果变成原子序数少1的核素如189F +β188O 正电子是普通电子的反粒子它从原子核放出来以后与周围物质的原子发生碰撞迅速损失能量一般在几个毫米距离内就停止下来然后正电子与普通电子发生湮灭反应它们的质量转变为能量以两个向相反方向运动的511keV 的湮灭光子的形式释放出来4. 射线与物质的作用αβ是带电粒子它们在人体组织中会与各种分子原子发生碰撞减慢速度失去能量最后被吸收掉而被碰撞的分子原子则被电离和激发获得的能量最终转变为热(分子原子的振动)由于α和β粒子很快就失去了能量所以它们很难穿过人体组织γ光子的本质为电磁波它与物质作用的机理主要有以下三种:(1) 光电效应(Photoelectric Effect)即γ光子与原子壳层电子相互作用把能量全部交给电子使之成为自由电子的过程γ光子丧失全部能量后消失壳层电子逸出造成的空缺会导致荧光辐射而电子由光电效应获得的动能在与周围物质的作用中迅速耗散(2) 康普顿散射(Compton Scattering)γ光子与原子最外壳层电子发生弹性碰撞将部分能量交给电子使之脱离原子核的束缚从原子中逸出而光子运动方向改变能量减少(3) 电子对生成(Pair Production)能量大于1.02MeV 的光子经过原子核场转化为一个正电子和一个负电子γ光子消失强度为I 0(Photons/cm 2s)的γ光子束(或称γ射线)穿过物质时一部分光子与物质发生作用被吸收掉穿出厚度为x 的吸收物质后γ光子束强度被衰减为:I=I 0 e -µrc 式中ρ为吸收物质的密度单位为g/cm 3; µ为质量衰减系数(Mass Attenuation Coefficient)单位为cm 2/g 它取决于γ光子的能量E 和吸收物质的原子序数Zµ是上述三种效应的衰减系数之和:µ=τ+σ+k 式中光电效应衰减系数τZ 3/E 3低能γ光子和重元素原子作用时光电效应显著; 康普顿散射效应衰减系数σZ/E 随Z E 变化不大中等能量的γ光子与中等原子序数的物质作用时康普顿散射是主要因素在E> 1.02MeV 时才发生电子对生成其衰减系数k Z logE 高能光子经过重元素核场时才有电子对生成效应图1表示不同能量(E)的γ光子在不同原子序数(Z)的吸收物质中主要的作用机制可以看出对于核医学使用的能量范围为50~500keV 的γ光子来说与Z 20的人体组织的主要作用机制是康普顿散射与Z=82的铅主要作用机制是光电效应与αβ相比γ射线能够穿透更厚的吸收物质而且能量越高的γ射线穿透物质的能力越强对于m 9943Tc 产生的能量为140keV 的γ射线来说46mm 厚的人体组织才使它的强度衰减一半然而0.9mm 的铅便可使它的强度衰减10倍γ光子不像带电粒子那样直接引起物质的电离但是它引起的原子壳层电子发射和正负电子对会导致电离效应5. 临床使用的放射性核素用于临床的放射性核素应符合以下要求:(1) 半衰期合适使用较大强度的放射性核素可以缩短数据采集时间减小统计误差为了减少病人的辐照剂量半衰期要尽可能短短半衰期核素还便于在短时间内重复施用而不增加残留本底考虑到操作方便常选用半衰期为几小时到几天的核素现在半衰期为几分钟的放射性核素也开始在临床上使用(2) 射线的种类和能量恰当用于诊断的核素所产生的射线应该能穿出机体被探测到所以常用γ射线其能量如果过低在体内吸收太多; 能量过高则屏蔽准直困难影响空间分辨率探测效率也下降临床使用的γ射线能量一般在50~500keV 之间(3) 产生的射线种类及能量单一以减少散射和其他效应形成的测量本底核素的衰变产物应该是稳定核素以下介绍几种核医学常用的放射性核素a. m9943Tc(Technetium锝)经IT衰变产生140keV的能量γ射线(90%)不伴生β辐射适合用闪烁探测器探测半衰期为6.02h99m Tc标记的化合物络合物几乎可以用于所有器官的显像和血流动力学研究如: 脑血流灌注显像剂99m Tc-HMPAO异腈类心肌灌注显像剂99m Tc-MIBI最近还出现了99m Tc标记的抗体和其他导向药物例如: 浓集于心内膜炎的病损部位的99m Tc-抗葡萄球抗体检测血栓的99m Tc-抗血小板的单克隆抗体等99m Tc是理想的体外显影用核素它的用量占放射性核素总用量的90%左右b. 13153I(Iodine碘)经β-衰变产生605keV的β (90.4%)364keV的γ(82%)和637keV的γ (6.8%)物理半衰期为8.04h适于作甲状腺肾肝脑肺胆的显像功能测量和治疗但由于γ能量偏高γ相机探测效率低图像分辨率差c. 13154Xe(Xenon氙)经β-衰变产生346keV的β(99.3%)和81keV的γ (98%)半衰期为5.29天113Xe 气和113Xe生理盐水用于肺通气灌注显像d. 正电子衰变类放射性核素11 6C的半衰期为20.3min137N的半衰期为10min158O的半衰期为123s18 9F的半衰期为110min它们用于PET显像三γ射线探测器1. 闪烁探测器的构造和工作原理核医学仪器大多采用闪烁探测器来测量γ射线它的性/价比很好图2是一种闪烁探头的结构它主要由闪烁晶体和光电倍增管组成入射的γ光子在闪烁晶体中发生光电效应和康普顿散射把能量传给电子这些电子最终通过电离或激发作用将能量沉积在晶格中然后晶体发生退激释放出被沉积的能量其中一部分能量以可见光的形式释放出来X光增强屏和夜光手表盘使用的就是这类闪烁物质晶体产生的闪烁光非常微弱为了避免光逃逸除了与光学窗接触的表面以外晶体四周都填入白色的MgO或Al2O3反光粉为了屏蔽外界的光线防止潮气侵蚀晶体和机械损伤整个探测器用铝制或薄不锈钢制外壳包裹起来铝和薄不锈钢不透光但对γ射线的衰减很小NaI(Tl)晶体的密度大(ρ= 3.67g/cm3)又含有高原子序数的碘(Z=53)是γ射线的良好吸收物只要有一定厚度就可以将入射的γ光子的全部能量沉积在晶体中它的光产额高每keV辐射能量平均产生40个可见光光子输出的闪光信号强NaI(Tl)晶体产生的闪光亮度与入射γ光子的能量成正比所以可以用来测量γ光子的能量此外NaI(Tl)晶体对它产生的闪光是透明的即使很厚的晶体因自吸收造成的光损失也很小因此核医学仪器广泛使用NaI(Tl)晶体制作闪烁探测器一些核医学仪器中如PET还采用锗酸铋(Bi4Ge3O12也称BGO)氟化铯(CsF)等闪烁晶体光电倍增管(Photo Multiplier Tube PMT)是一种电子管它能够将微弱的光信号转换成电流脉冲NaI(Tl)晶体中的闪烁光经光学窗进入光电倍增管在光阴极上打出光电子离光阴极不远处的第一打拿极上加有200~400V的正电压光电子被它吸引和加速高速光电子撞在打拿极上会产生多个二次电子二次电子又被加有更高电压(+50~+150V)的第二打拿极吸引和加速并在它上面撞出更多二次电子然后第三打拿极使电子进一步倍增经过9~12个打拿极的连续倍增二次电子簇流最后被阳极收集起来形成电流脉冲每个打拿极的倍增因子一般为3~6总倍增因子可以达到105~108从阳极上得到的电子簇流与进入光电倍增管的闪光强度成正比因而也与入射闪烁晶体的γ光子的能量成正比所以闪烁探测器是一种能量灵敏探测器外界磁场能影响在打拿极之间飞行的二次电子的运动轨迹从而使倍增因子发生变化因此在光电倍增管外面通常包裹着高导磁系数材料制造的磁屏蔽层以降低外界磁场的影响2. 光电倍增管的高压供电在光电倍增管工作的时候必须给各个打拿极D和阳极A分配相对于光阴极K依次递增的电位通常采用对高压电源HV(1000V左右)进行电阻分压的方法供电图3是采用正高压供电的情况R1~R8是分压电阻因为最后几个打拿极流过的脉冲电流较大C1和C2并联在相应的分压电阻上可以保持脉冲发生时打拿极电位稳定减少信号噪声和畸变RL给阳极电流脉冲提供通路由于它连在正高压上必须有高耐压的电容Ca把直流高压与后续电路隔离开而让脉冲信号通过由于RL下端不接地输出信号容易引入干扰但是正高压供电时光阴极是接地的这对光阴极的安全有利而且暗电流小输出噪声低图4是负高压供电的电路图它也能给各个打拿极和阳极提供依次递增的电位由于RL下端接地所以不需要高耐压的隔直电容可以克服干扰问题因此负高压供电较为常用但因为紧贴光电倍增管管壁的金属支架或磁屏蔽套通常是接地的负高压供电会使电子撞击光电倍增管内壁产生噪声光电倍增管的放大因子随各打拿极的电压而变化高压HV的1%改变会造成输出脉冲幅度10%以上的变化因此要求高压电源的长期稳定性和温度稳定性都非常好一般应比所要求的增益的稳定度高一个数量级直流高压输出应该不受电源电压和负载电流变化的影响交流纹波应该小于0.1V正确选择工作点很重要让光电倍增管工作在坪区(即灵敏度受高压变化影响最小的区域)不但有利于提高增益的稳定度而且常常能获得较佳的信号/噪声比3. 闪烁探测器测得的γ能量谱γ光子与闪烁晶体作用产生闪光由于作用过程不同各次闪光的强度不尽相同有一定的分布图5a是理想情况下单一能量γ光子入射NaI(Tl)晶体所产生的光脉冲其幅度大小不等图5b是脉冲幅度的统计分布即γ能谱其中右端的高峰是由光电效应产生的称为光电峰(Photopeak)由于在光电效应中γ光子把全部能量转换成可见光所以光电峰的横坐标对应γ光子的能量Er在康普顿散射中γ光子只把部分能量通过反冲电子传递给闪烁晶体被γ光子带走的能量和散射角有关因此探测器的输出脉冲幅度有很宽的分布在光电峰左边的低能区形成康普顿坪如果被散射的γ光子接着又被探测器吸收产生的脉冲也在光电峰里由于γ射线在NaI(Tl)晶体中产生可见光光子的数目可见光光子到达PMT光阴极的数目光阴极释放光电子的数目打拿极的倍增因子都有随机的统计涨落以及PMT光阴极各处灵敏度的不均匀加在PMT上的高压的波动及PMT的电子学噪声都会造成虽然γ光子沉积在NaI(Tl)晶体中的能量相同但是闪烁探测器输出的脉冲幅度参差不齐的现象这在图5b的脉冲幅度谱上表现为光电峰有一定的宽度也就是说探测器有一定的能量分辨率我们可以用光电峰高度一半处的宽度E来描述探测器的能量分辨率称为半高宽(Full Width at Half MaximumFWHM)通常FWHM表示为E与光电峰能量Er的百分比: FWHM(%)=(E/E r) 100%能量高的γ射线在闪烁晶体中可以产生更多的可见光光子相对的统计涨落较小探测器的能量分辨率也较好对140keV的γ射线NaI(Tl)闪烁探测器的FWHM(%)大约为11~15%未完待续。
核医学 最终版
by 海底珊 And 猫小黑 axs
2 / 24
核医学整理
二、放射性药物的主要特点： 1）具有放射性：放射性药物主要利用其放射性核素放出的粒子或射线达到诊断与治疗的目的。 2）不稳定性：放射性药物中的放射性核素是不稳定的，会自发衰变为另一种核素或核能态，不仅放射量随 时间增加而不断减少，其内在质量也可能改变。 3）辐射自分解：放射性核素衰变发出的粒子或射线的物理效应、化学效应、生物效应，直接作用放射性药 物本身，引起化合物结构的改变或生物活性的丧失，可导致放射性药物在体内生物学行为改变。 4）引入量很少，计量单位多为放射性活度。 3、医用放射性核素的主要来源有三个方面：核反应堆、加速器和放射性核素发生器。 四、反应堆生产医用放射性核素的优缺点： 1）优点：能同时辐照多种样品，生产量大，辐照时间短，操作简单等。 2）缺点：多为丰中子核素，常伴有β 衰变，不利于制备诊断用放射性药物；核反应产物与靶核多属于同一 元素，化学性质相同，获得高比活度的产品较困难。 五、加速器生产的医用放射性核素的特点： + 1）发射β 或γ射线 2）半衰期短 3）比活度高 4）用途广 6、放射性核素发生器（radionuclide generator） ：是一种定期从较长半衰期的放射性母体核素中分离出衰变 产生的较短半衰期的子体放射性核素的装置，是医用放射性核素的主要来源之一。因这一现象如同母牛挤奶， 故又称“母牛” 。 99 99m 7、应用最普遍的发生器： Mo- Tc 发生器 8、放射性核纯度（radionuclide purity） ：也称放射性纯度，是指所指定的放射性核素的放射性活度占药物 中总放射性活度的百分比。 9、放射化学纯度（radiochemical purity）简称放化纯度，是指特定化学结构的放射性药物的放射性占总放 射性的百分比。 第四章 辐射生物效应与辐射防护 1、电离辐射生物效应（ionizing radiation biological effect）无论外部射线，还是来自体内的放射性物 质的照射，将辐射能量传递给生物机体说引起的任何改变，统称为电离辐射生物效应。有害效应的长期累积将 使生物体表现出相应的症状，这些临床症状出现的时间、表现的性质和严重程度取决于生物体的吸收剂量和受 照射的剂量率。一定限度的低剂量辐射还能对机体诱导适应性反应和增强机体免疫功能。 2、常用辐射量有：放射性活度（毫居里） 、照射量（X，C/kg） 、吸收剂量（D，Gy） 、剂量当量（H，Sv） 3、辐射防护的基本原则： 1）实践正当化：实践所致的电离辐射危害同社会和个人从中获得的利益相比是可以接受的才认为可行。 2）辐射防护最优化：以选择使受照射剂量、受照射人数及受照射的可能性均保持在可合理达到的尽量低的 水平 3）个人剂量限制：遵循个性化原则，保证个人的剂量当量不超过规定限值。 4、 （简答+填空）外照射防护措施有：时间防护、距离防护、屏蔽防护 5、 （填空）ICRP6 60 号报告推荐并经我国政府确定的职业性人员照射的剂量限值为：连续五年内有效剂量不 超过 100mSV，年平均剂量约为 20mSV，并且在任何一年内有效剂量不可超过 50mSv。 第五章 放射性核素示踪技术和显像技术 一、显像剂定位机制 答：1、合成代谢：脏器和组织的正常代谢或合成功能需要某种元素或一定的化合物，若将该元素的放射性同 131 位素或放射性核素标记的特定化合物引入体内，可被特定的脏器和组织选择性摄取。如： I 的甲状腺显像。 2、细胞吞噬：单核-巨噬细胞具有吞噬异物的功能，将放射性胶体颗粒经静脉注射入体内，将作为机体的 异物被单核-吞噬细胞系统的巨噬细胞所吞噬，常用于含单核—巨噬细胞丰富的组织如肝、脾和骨髓的显像。 99m 如： Tc-硫胶体的骨髓显像 99m 白细胞亦具有吞噬胶体颗粒的功能，在体外进行放射性标记后注入血液，被标记的白细胞 （如 Tc-HMPAO-WBC）
核医学要点归纳指南
绪论核医学：是一门研究核技术在医学中的应用及其理论的学科，是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行科学研究的医学学科。
第一章 核物理1.核素(nuclide)：是指质子数、中子数均相同，并且原子核处于相同能级状态的原子2.同位素(isotope)：具有相同质子数但中子数不同的核素互称同位素，同位素具有相同的化学性质。
3.同质异能素（isomer ）：质子数和中子数都相同，所处的核能状态不同的原子称为同质异能素，激发态的原子和基态的原子互为同质异能素。
4.核衰变的类型：① α衰变：放射性衰变时释放出α射线的衰变。
这种衰变方式主要发生于原子序数大于82的核素中。
衰变后母核的质子数减少2，质量数减少4，在元素周期表中子核的位置比母核左移两位。
α射线实质上是由氦核组成，用衰变反应式可表示为： ② β衰变：原子核释放出β射线而发生的衰变。
β- 衰变时放射出的β- 射线分为β- 和β+ 射线。
β- 射线的本质是高速运动的电子流。
发生β- 衰变后质子数增加1，原子序数增加1，原子的质量数不变，原子核释放出一个β- 粒子和反中微子（ν），衰变反应式如下：③ 正电子衰变：原子核释放出正电子（β+ 射线）的衰变方式。
正电子衰变发生在贫中子核素，原子核中的一个质子转变为中子。
衰变时发射一个正电子和一个中粒子（ν），质子数减少1，质量数不变，衰变反应式表示为：④ 电子俘获：原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个中微子的过程。
母核经电子俘获后，子核比母核中子数增加1，质子数减少1，质量数不变。
电子俘获衰变时原子核结构的变化与正电子衰变类似，发生在贫中子的原子核。
衰变反应式表示为：⑤ γ衰变：原子核从激发态回复到基态时，以发射γ光子形式释放过剩的能量，这一过程称为γ衰变。
这种激发态的原子核是在α衰变、β衰变或核反应之后形成的，衰变反应式为：各种衰变的比较5.放射性活度(radioactivity ，A )：表示为单位时间内原子核的衰变数量。
核医学
一、绪论1.定义：核医学是利用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科。
2.学科分类：根据我国专业学位点的设置，核医学属于“影像医学与核医学”学位点。
二、核物理1.核素（Nuclide）:凡原子核内质子数、中子数和能量状态均相同的一类原子，统称为核素。
目前已知的核素有2300多种。
2.同质异能素（Isomer）:核内质子数和中子数均相同，但所处核能状态不同的原子。
激发态的原子与基态的原子互为同质异能素，如99Tc与99mTc。
3.放射性核素（radionuclide）：原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。
4.α衰变 Alpha(α)decay：放射性核衰变时释放出α射线的衰变。
α射线实质上是氦核（He）组成。
α衰变发生在原子序数大于83的重元素核素。
5.放射性活度 radioactivity，A：放射性物质的计量单位，表示放射性核素的衰变率，单位时间内，放射性物质核衰变的次数称为放射性活度，通常用A表示。
6.湮灭辐射annihilation radiation：β+衰变产生的正电子具有一定的动能，能在介质中运行一段距离，当其能量完全消失后，可与物质中的自由电子相结合，转化为一对发射方向相反、能量各为0.5llMeV的γ光子而自身消失。
这种现象称为湮没辐射。
三、放射性药物1. 最理想的用于ECT显像的核素是哪一种2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖(18F FDG)是最常用的代谢显像剂。
最常用的放射性药物99mTc几乎可用于人体各重要脏器的形态和功能显像。
2.131I的临床应用：①131Ⅰ治疗Graves’病②131Ⅰ治疗自主功能性甲状腺结节③131Ⅰ治疗非毒性甲状腺肿④131Ⅰ治疗分化型甲状腺癌⑤131I-MIBG治疗肾上腺素能肿瘤四、辐射防护1.辐射防护的原则：使一切具有正当理由的照射应保持在可以合理做到的最低水平。
1)实践正当化 2)放射防护最优化原则3)个人剂量限值2.外照射防护措施：经典的外照射防护的三原则是: 1)时间：放射性操作应熟练、迅速。
医技相关知识——核医学
•特性：不同的放射性核素有不同的衰变常数（λ ）。
衰变规律
N=N0e-t
N0为初始放射性原子数； N为经t时间衰变后的原子数；
e是自然对数底；
是衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自 发衰变的比率；它反映该核素衰变的速度和特性；
对整个放射源，表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数； 对单个原子核，表示原子核发生衰变的几率，即发生衰变的可能性。
临床核医学
Clinical Nuclear Medicine
核素显像
诊断
功能测定 体外分析
临床核医学 核 医 学 实验核医学
核素治疗
核医学在医学中的应用
Nuclear medicine and medicine developing
起始阶段
1895年 Wilhelm Roentgen发现X射线 1896年 Henri Becquerel 发现类似X射 线的射线 1898年 Maric Curie 提取放射性钋和镭 1926年 美国内科医师Blungare首先应用氡研 究循环时间第一次应用了示踪技术，后来又进行 了多领域的生理、病理及药理方面的研究，因此， 被称为“核医学之父”。 1934年 Joliet和Curie研制成功人工方法 生产放射性核素
变质量、质子数都变；
变质子数变，质量数不变； 正电子衰变：释放出正电子的衰变。
-衰变（beta decay ）：释放出-射线的衰变。 β 衰 电子俘获（ electron capture ）：原子核俘获一个
核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个 中微子的过程。 衰变（gamma decay ） ：原子核从激发态回复到 基态时，以发射光子释放过剩的能量的过程。 γ 衰变质子 、质量数都不变，而能量改变
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
55 26
Fe
(2.6a
)
K EC(100%)
55 25
Mn
55 26
Fe
的电子俘获衰变图
三、 衰变
1. 衰变 原子核从激发态(excited state)回复到基态(ground state)，
以发射 光子释放过剩的能量，这一过程称为 衰变。
13 7
N
和 22 11
Na
的β+衰变图
二、 β衰变
3.电子俘获EC 发生β衰变的原子核俘获一个核外电子，同时放出
一个中微子，使核内一个质子转变为中子的衰变过程 称为电子俘获(electron capture, EC)。
β衰变时母核俘获一个K层电子称K俘获。有L俘获和 M俘获。K层最靠近原子核，K俘获的发生概率最大。
一、α衰变
核衰变过程可以用衰变能级图，镭
226 88
Ra放出α粒子变
成氡222 86
Rn
，其过程为
226 88
R a(1600a)
? 2 (5.4%) 4.598MeV
? 1(94.6%) 4.784MeV
0.32? 10?9 s
0.188MeV
222 86
Rn(3.82d)
226 88
Ra?
28262Rn?
第五章 核医学物理
核医学影像 (nuclear medicine imaging)是核医学诊断 中的重要技术手段。原子核物理学是它的物理学理论基 础 。研究内容
一是研究核力、核结构和核反应等基本问题； 二是研究放射性和射线。
原子核物理学 + 医学 = 核医学物理
第五章 核医学物理
第一节 原子核的基本性质 第二节 原子核衰变的类型 第三节 原子核衰变的宏观规律 第四节 原子核反应 第五节 医用放射性核素的来源
核医学诊断所用的正电子ECT(简称PET)影像设备 就是利用该原理而成像。
二、β衰变
13 7
N
(9.96
min)
β+( ? 100%)
1. 24 MeV
163C (a )173N
22 11
Na
(
2.60
a
)
β+( ? 90%)
0. 545MeV
? 1.275MeV
22 10
Ne
(b )1212Na
（1）中子数与质子数之间的比例关系
一般排在周期表最前面的“轻核”的质子数和中子数相等
4 2
He
28 14
Si
“重核”一般中子数多于质子数
197 79
Au
U 238
92
二、原子核的稳定性
Z
?
1.98
?
A 0.0155A2/3
二、原子核的稳定性
（2）核子数的奇偶性 近300种稳定核素，大多数是偶偶核； 质子数和中子数各自成对时，原子核稳定
（1）同位素(isotope) 11H
21H
3 1
H
O 16 8
O
17 8
18 8
O
（2）同量异位素(isobar)
99.756%, 0.039%,0.205%
40 18
Ar
40 20
Ca
（3）同质异能素(isomer) 994m3Tc 9493Tc
二、原子核的稳定性
放射性核素(radionuclide):会自发的衰变，放出一些射线. 影响原子核稳定的因素
为零。子核与母核是相邻的同量异位素。
反中微子与其他粒子的相互作用极其微弱，它沿地球 直径穿过能量几乎没有损失。
二、β衰变
1．β﹣衰变
32 15
p
(14
.26d
)
? ? (100 %) 1.71MeV
60 27
Co(5.26a)源自?? 2(0.
2%)
1.48MeV
?
? 1
(99.8%)
0.31MeV
?1 1.17 MeV
一、α衰变
用ZAX 代表母核，AZ－－42Y 代表子核，则α衰变反应式为
A Z
X?
AZ??42Y?
4 2
He
?
Q
式中Q是衰变时所放出的能量，称为衰变能。
实验表明，发生α衰变的核素中，少数几种核素能 够放射出单能的α粒子，大多数核素将放射出几种不同 能量的α粒子，使子核处于激发态或基态。α射线的能 谱是不连续的线状谱，常伴有γ射线。
第一节 原子核的基本性质
第一节 原子核的基本性质
一、核素及分类 二．原子核的稳定性
一、核素及分类
1. 核素 将具有确定数目的中子和质子状态的原子核称为核素
(nuclide)
A Z
X
10 B 10 Be 是两种不同的核素，它们的A相同，但Z不同
7 Be 9 Be 是两种独立的核素，它们的Z相同，但N不同
p
）同时发出一个正电子和中微子转变为一个
中子（01 n ）的过程。
其一般过程为
A Z
X
?
Y A
Z -1
?
0 ?1
e
?
νe
?
Q
式中ν e 是中微子，它不带电，其静止质量基本为零。
子核和母核也是相邻的同量异位素。
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是不稳定的，只能存在短暂时间，当它被物
质阻碍失去动能后，可与物质中的电子相结合而转化成 一对沿相反方向飞行的γ光子，每个γ光子的能量为 0.511MeV，正好与电子的静止质量相对应。
?2 1.33MeV
S 32
16
(a
)32 15
p
60 28
Ni
(b)2670Co
32 15
P和
2670Co的β﹣衰变
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是带1个单位正电荷且静止质量与电子相等的粒子。
这种衰变只有在人工放射性核素才能发生。
β+衰变实际上是核内质子数偏多而中子数偏少，母核中
的一个质子（
1 1
二、β衰变
3.电子俘获 其过程为
0 ?1
e?
ZAX?
Y A
Z -1
?
νe
?
Q
一个内层电子被原子俘获后，原子核的外层电子会 立即将这一空位填充这个能量以标识X射线的形式放出； 或者使另一外层电子电离，成为自由电子，这种被电离出 的电子称为俄歇电子(Auger electron)。
二、β衰变
3.电子俘获 右图放射性核素 发生β衰变或电 子俘获后，母核 和子核的质量数 并未发生变化， 只是电荷数改变 了。母核与子核 属于同量异位素
（3）重核的不稳定性 超过83号元素铋的原子核都不稳定 超过92号元素铀的原子核十分不稳定
第二节 原子核衰变的类型
第二节 原子核衰变的类型
放射性核素自发放出射线变为另一种核素的过 程称为原子核衰变，简称核衰变。
α衰变
放射性核素衰变类型
β衰变
γ衰变
核衰变过程将遵守质量、能量、动量、电荷和 核子数守恒定律。
4 2
He?
Q
镭的α衰变
二、β衰变
原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统称 为β衰变过程。
子核与母核是相邻的同量异位素。
β衰变的三种形式
β﹣衰变
β+衰变
β衰变
电子俘获EC
二、β衰变
1．β-衰变 其一般过程为
ZAX? Z?A1Y??01e? νe ? Q
式中，νe 是反中微子，它不带电，其静止质量基本