第一章-核医学

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4.
X射线影像诊断：利用X射线的穿透性等性 质获得人体器官与组织的影像信息以诊断疾 病的技术。
介入放射学：是近几年发展起来的一项技术。 它是在医学影像系统的监视引导下,经皮针 穿刺或引入导管做抽吸注射、引流或对管腔、 血管等做成型、灌注、栓塞等, 以诊断和治 疗疾病的技术。
5.
放射性核素在生产、生活的应用
• SPECT的图像是反映放 射性药物在体内的断层 分布图
• 放射性药物能够选择性 聚集在特定脏器、组织 或病变部位，使其与邻 近组织之间的放射性分 布形成一定程度浓度差
PET 正电 子发 射型 计算 机断 层显 像仪
PET基本结构及原理
基本结构由探头(晶体、光电倍增管、高压 电源)、电子学线路、数据处理系统、扫描 机架及同步检查床组成。

放射性核素发生器 （radionuclide generator）

从长半衰期核素的衰变产物中分离得到 短半衰期核素的装置。又称“母牛”。 99Mo-99mTc发生器 99Mo（T1/2=2.7d）99mTc (T1/2=6h) 母体核素 子体核素


仪器
常用仪器 主要包括显像仪器、脏器功能 测定仪器、体外样本分析测量仪器、 辐射防护仪器和放射性核素治疗仪器 等
对治疗用放射性药物的要求




衰变方式 (decay mode) -衰变、电子俘获（释放俄歇电子） 光子能量(photon energy) 最大能量在1MeV以上比较理想 有效半衰期（effective half-life） 数小时或数天 靶/非靶比值（target-to-nontarget ratio，T/NT ） 靶/非靶比值越高越好




原子核稳定，不会自发衰变的核素称为 稳定核素(stable nuclide); 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(radionuclide); 放射性核素的原子由于核内结构或能级 调整，自发地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称为放 射性衰变(radiation decay)。

光电效应
原子
自由电子
受激原子 作用机制： 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子，壳层中 某一电子获得动能克服原子束缚跑出来，成为自由电子，光子 本身消失了。
γ + A 原子
A* +
A
e- （光电子）
+ X射线
电子对效应：
能量≥1.02MeV的射线与原子核 作用可能产生一对正负电子。

辐射效应（Radioeffects）
治疗肿瘤，灭菌，工业探伤，诊断

示踪技术（Trace）
体外分析（analytical techniques in vitro）
核医学基础知识
原子的结构： 原子核：质子，中子 电子 原子状态 基态：稳定核素 激发态：放射性核素


核素——质子数相同，中子数也相同，且具有
核医学
Nuclear Medicine
ECT、PET
现代影像
CT MRI
U-sound
超声
核医学
是一门利用放射性核素发
射的核射线对疾病进行诊断、 治疗和研究的学科。
核医学发展简史
萌 芽 阶 段 （1895-1935）
初 创 阶 段 （1936-1942） 初具规模阶段（1946-1960） 迅速发展阶段（1961-1975） 现代核医学 （1976-至今）
治疗用放射性药物
能够高度选择性浓集在病变组织产生 局部电离辐射生物效应，从而抑制或 破坏病变组织发挥治疗作用的一类体 内放射性药物。

治疗用放射性药物的特点



放射性药物的辐射作用有一定的范围，即使不直 接进入病变细胞内，也可对邻近的病变细胞产生 致死杀伤作用 由于放射性药物的选择性靶向作用，在体内可达 到高的靶/非靶比值，明显减少对正常组织的损伤 放射性药物持续照射，可以更有效地杀伤肿瘤和 减少正常组织的损伤
放射性衰变



α衰变：发生于原子序数大于82的核素中 β 衰变：主要发生于富中子的核素 正电子衰变：释放正电子 电子俘获：俘获电子，释放X线 γ 衰变：前两者衰变之后，为中性的Biblioteka Baidu子流
衰变的特点

γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生， 这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原 子核以放出γ-ray 释放出过剩能量
发现α和β粒子
• 1899年曼彻斯特大学的卢瑟福（Rutherford） 教授发现铀能发射α和β粒子，1900年维拉德
（Villard）发现了γ射线，为20世纪核医学的
创立奠定了基础。
1934年成功制造人工放射性核素
• 法国放射化学家弗雷德利克· 约里奥（Frederic Joliot, 1900-1959）和他的妻子艾琳· 居里（Irene Curie, 1897-1956，即玛丽· 居里的女儿）用α粒子照 射铝元素生成半衰期只有两分钟的放射性磷-30。 • 同年美国科学家费米（Fermi）用中子源照射靶物 质生产出多种放射性核素。
放射治疗
• 1901年，法国医师亨利· 亚利山大· 丹拉斯 (Henri Alexander Danlos, 1844-1912)将放 射性镭与结核性的皮肤病变接触，试图达 到治疗目的，可以说是第一次医学尝试。
放射性的医学应用
1.
放射诊断：利用放射性同位素或射线装置产生的 射线进行疾病的诊断。 放射治疗：利用放射性同位素与射线装置产生电 离辐射的生物效应治疗肿瘤等疾病的技术。 核医学：利用放射性同位素诊断、治疗疾病或进 行医学研究的技术（SPECT、PET）。
核探测仪器的基本原理 ★电离作用 ★荧光现象 ★感光作用
放射性探测仪器的组成
•辐射探测器（radiation detector ）
•电子学单元
•数据处理系统
r照相机
γ照相机
准直器－由铅或铅钨合金从中央打孔或者 是四周合拢形成的装置。 光电倍增管－为数众多的光电倍增管均匀 地排列在晶体的后面，紧贴着晶体。 脉冲幅度分析器－有选择性地记录从晶体 和光电倍增管输送来的电脉冲信号。 排信号分析和数据处理系统－包括电子学 线路和计算机

发射+正电子放射性核素在体内经湮灭辐 射产生两个能量相同、方向相反的511keV 光子同时入射至互成180环绕人体的多个探 测器而被接收。常用发射正电子核素主要 有：18F、碳[11C]、氧[15O]、氮[13N]、溴 [76Br]等。
PET/CT及图像融合技术

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换处理，使其之间 的空间位置、空间坐标达到匹配的一种技 术。 PET/CT以PET特性为主，同时将PET影像 叠加在CT图像上，使得PET影像更加直观， 解剖定位更加准确。
→ 99mTc + - → 99Tc + γ 射线就是高能量的光子：几百keV-MeV 量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向 低能态跃迁，在这个过程中发射射线，原子 核能态降低。 射线是高能量的电磁辐射—— 光子
99Mo


放射性衰变的特点

对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可
能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生 衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射
性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，
各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射
性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式
为：N=N0e-λ
t
指数衰减规律：N = N0e-t
N0：（t = 0）时放射性原子核的数目
(Radioactive Reagent)
核医学仪器
(Nuclear Medical Instrument)
放射性药物的概念
含有放射性核素, 用 于医学诊断和治疗的一类特殊制剂。
放射性药物

放射性核素 —— 非放射性载体 例 99mTc - MDP
放射性药物的特点

具有放射性
具有特定的物理半衰期和有效期 计量单位 GBq、MBq、kBq; Ci、mCi、 μCi 脱标及辐射自分解



对诊断用放射性药物的要求


衰变方式 (decay mode) 同质异能跃迁、 电子俘获、湮灭辐射,发射γ 光子或X射 线 光子能量(photon energy) 100～250 keV 有效半衰期（effective half-life）检查过 程用时的1.5倍左右 靶/非靶比值（target-to-nontarget ratio， T/NT）（1）在靶器官或组织中积聚快， 在血液中清除快；（2）在靶器官或组织 中分布多。平面显像 5 : 1以上，断层显 像2 : 1左右。


1Ci=3.7×1010 Bq
1Ci=1000mCi
射线与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用(α , β ) 电离与激发：射线探测器，生物学效应 散射：防护与图像质量 韧致辐射：速度与方向改变成X线 湮灭辐射：PET 吸收:
射线与物质的相互作用
光子与物质的相互作用(γ ) 光电效应 康普顿效应 电子对生成
能量转化成质量 M = E /C2
M ＋ → M + e + + e- → 1 + 2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV
基本条件： 射线能量 E≥1.02 MeV
核医学必备的条件
放射性药物（诊断、治疗）
(Radiopharmaceuticals)
放射性试剂（体外分析）
仪器发展


1963年Kuhl 和Edwards 研制了第一台单光 子发射式计算机断层显像（single photon emission computed tomography, SPECT）。 1975年正电子发射型计算机断层显像 （positron emission tomography,PET） 研制成功。
放射性核素的来源
放射性核 素发生器

加速器生产：贫中子核素，无载体，价格高 11C、13N、15O、18F、 67Ga 、 201Tl 反应堆生产：富中子核素，有载体，价格低 99Mo、125I、131I、32P、14C、 3H、89Sr、133Xe、186Re 裂变产物提取： 99Mo、131I 、133Xe 放射性核素发生器：99Mo-99mTc发生器
SPECT单光子发射型计算机断层显像仪
SPECT基本结构


单光子发射计算机断层显像仪 single photon emission computed tomography
组成：在高性能 相机上增加了支架旋 转的机械部分、断层床、图像重建软件

• SPECT工作原理
• SPECT成像特点
N：经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目
:放射性原子核衰变常数；大小只与原子核本身 性质有关，与外界条件无关；数值越大衰变越 快 半衰期：放射性原子核数从N0衰变到N0的1/2所 需的时间

放射性活度（activity, A)

定义：单位时间内原子核发生衰变的数量
A= A0e-t 1Bq=1次 × S-1
辐射防护
一、照射量（exposure）


表示射线空间分布的辐射剂量，即在离放 射源一定距离的物质受照射线的多少，以X 射线或γ射线在空气中全部停留下来所产 生的电荷量来表示。 国际单位为库仑· （千克）-1，简写为C· （kg） -1。传统的单位是伦琴(roentgen, R)。
放射性核素治疗原理
放射性核素治疗属于内照射靶向治疗，治疗原 理是通过高度选择性聚集在病变部位的放射性核素 所发出的射程很短的β-粒子、俄歇电子等，对疾病 进行集中照射，在局部产生足够的电离辐射生物效 应，达到抑制或破坏病变组织的目的，而邻近的正 常组织和全身辐射吸收剂量很低。
放射性核素治疗靶向性好，疗效 高，方法简便，副反应小，有较 高的实用价值。如 131 I 治疗甲亢、 甲癌， 32 P 治疗真性红细胞增多症 及 32 P 玻璃微球行肝动脉灌注治疗 肝癌等。
相同能量状态的原子，称为一种核素。同一元 素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、
99Tc分别为3种元素的5种核素；

同质异能素——质子数和中子数都相同，但处 于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc 。 同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同， 中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称 为该元素的同位素。