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1、第十一章核医学基础本讲稿第一页，共四十七页复习：复习：1 1、如何增大、如何增大X X线强度？线强度？2 2、如何增多、如何增多X X线的量线的量?3 3、如何提高、如何提高X X线的硬度？线的硬度？本讲稿第二页，共四十七页1概述概述2基本概念基本概念3核医学仪器核医学仪器 核核 医医 学学 基基 础础（Nuclear MedicineNuclear Medicine）本讲稿第三页，共四十七页 是将核技术应用于医学领域的学科，是将核技术应用于医学领域的学科，是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科。学研究的医学学科。属于临床医学。属于临床医学。一
2、、核医学定义一、核医学定义本讲稿第四页，共四十七页研究内容研究内容l l实验核医学实验核医学 利用放射性核素进行生物医学的理论研究。利用放射性核素进行生物医学的理论研究。l l临床核医学临床核医学（clinical nuclear medicine）1.诊断核医学诊断核医学 体内诊断体内诊断 体外诊断体外诊断 2.治疗核医学治疗核医学本讲稿第五页，共四十七页二、基本概念二、基本概念1.1.原子核（原子核（原子核（原子核（nucleusnucleus）结构）结构）结构）结构2.2.核素（核素（核素（核素（nuclidenuclide）3.3.同位素（同位素（同位素（同位素（isotopeisot
3、ope）4.4.同质异能素同质异能素同质异能素同质异能素(isomer)(isomer)5.5.稳定核素（稳定核素（稳定核素（稳定核素（stable nuclide)stable nuclide)6.6.放射性核素放射性核素放射性核素放射性核素(radionuclide)(radionuclide)7.7.放射性衰变（放射性衰变（放射性衰变（放射性衰变（radiation decayradiation decay）8.8.半衰期半衰期半衰期半衰期,T,T1/2 1/2(half-life)(half-life)9.9.放射性活度放射性活度放射性活度放射性活度A A（radioactivityr
4、adioactivity）本讲稿第六页，共四十七页1.原子核（原子核（nucleus）结构）结构原子（原子（atom）中子中子（neutron）质子（质子（proton）电子（电子（electron）AZNA13153I78131IA是质量数。是质量数。A=Z+N本讲稿第七页，共四十七页 基态基态（ground state）激发态激发态（excited state）核反应、核裂变、放射性衰变核反应、核裂变、放射性衰变AAm99Tc99mTc很快放出过剩能量很快放出过剩能量本讲稿第八页，共四十七页2.核素（核素（nuclide）：具有特定质量数、原子序数具有特定质量数、原子序数与核能态的一类原子
5、。与核能态的一类原子。3.同位素（同位素（isotope）：具有相同原子序数，而质量数不同的核素。4.同质异能素同质异能素(isomer)：有相同质量数和原子有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的一类核素。序数，处于不同核能态的一类核素。本讲稿第九页，共四十七页5.稳定核素（稳定核素（stable nuclide)l l原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。l l当原子核内当原子核内引力引力引力引力与与与与排斥力排斥力排斥力排斥力平衡时，原子核稳定
6、，不会平衡时，原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。自发衰变的核素称为稳定核素。引力引力静电排斥力静电排斥力核子（质子和中子统称为核子）之间质子之间核子（质子和中子统称为核子）之间质子之间本讲稿第十页，共四十七页6.放射性核素放射性核素(radionuclide)l l原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才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。如能趋于稳定的核素称为放射性核素。如能趋于稳定的核素称为放射性核素。如能趋于稳定的核素称为放射性核素
7、。如 99TcTcm、131I I、32P P、9090SrSr、153SmSm、188188ReRe、125125I I、6060CoCo等。等。等。等。引力引力静电排斥力静电排斥力核子（质子和中子统称为核子）之间质子之间核子（质子和中子统称为核子）之间质子之间本讲稿第十一页，共四十七页7.放射性衰变（放射性衰变（radiation decay）放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自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发地释放出一种或一种以上的射线并发地释放出一种或一
8、种以上的射线并发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原转化为另一种原转化为另一种原转化为另一种原子子子子的过程称为放射性衰变。的过程称为放射性衰变。的过程称为放射性衰变。的过程称为放射性衰变。本讲稿第十二页，共四十七页核衰变类型核衰变类型（nuclear decay)衰变（衰变（alpha decay）-衰变（衰变（beta decay）正电子衰变正电子衰变电子俘获（电子俘获（electron capture）衰变（衰变（gamma decay）本讲稿第十三页，共四十七页1 1）衰变衰变 l l核衰变时放射出粒子的衰变。AZX-A-4Z-2Y+42He+Q 42He本讲稿第十四页，共四十
9、七页粒子特性l l粒子实质上是粒子实质上是HeHe原子核；原子核；l l衰变发生在原子序数大于的重元素核素；衰变发生在原子序数大于的重元素核素；l l在空气中的射程约为在空气中的射程约为cmcm，在水中或机体内为，在水中或机体内为0.06-0.06-0.16mm0.16mm；l l因其射程短，一张纸即可阻挡；因其射程短，一张纸即可阻挡；l l但但粒子的电离能力很强。粒子的电离能力很强。l l对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。本讲稿第十五页，共四十七页2 2）衰变衰变l l核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变。l l衰变后核素的
10、原子序数可增加或减少，但质量数不变。l l分衰变、衰变和电子俘获三种类型。l l粒子的速度为20万km/s。本讲稿第十六页，共四十七页衰变衰变l l衰变时放射出粒子。核内中子过多造成的不平衡。中子转化为质子的过程。np+e-本讲稿第十七页，共四十七页粒子的特性l l粒子实质是负电子；粒子实质是负电子；l l衰变后质量数不变，原子序数加；衰变后质量数不变，原子序数加；l l粒子的能量分布从粒子的能量分布从0 0最大具有连续能谱，穿透力最大具有连续能谱，穿透力比比a a粒子大；粒子大；l l电离能量比电离能量比a a粒子弱，能被铝和机体吸收；粒子弱，能被铝和机体吸收；l l在软组织中的射程仅为几厘
11、米，可用于治疗，如碘治疗在软组织中的射程仅为几厘米，可用于治疗，如碘治疗甲亢。甲亢。本讲稿第十八页，共四十七页衰变l l衰变时放射出粒子。核内中子过少致不平衡。质子转化为中子过程。p n+e+本讲稿第十九页，共四十七页粒子的特性l l粒子实质是正电子；l l衰变后子核质量数不变，但质子数减；l l也为连续能谱；l l天然核素不发生衰变，只有人工核素才发生；l l应用：PET成像。本讲稿第二十页，共四十七页电子俘获电子俘获(electron capture,EC)(electron capture,EC)l l核衰变时俘获一个轨道电子。它是核内中子数相对不足所致。从内层轨道（K）俘获一个电子，使
12、核内一个质子转化为一个中子。l l应用：显像、体外分析和核素治疗。应用：显像、体外分析和核素治疗。P+e-n特征X线Auger电子本讲稿第二十一页，共四十七页3 3）衰变与衰变与内转换l l衰变是伴随其它衰变而产生；l l核素由激发态向基态或高能态向低能态跃迁时放出射线的过程也称为跃迁(transition)；衰变后子核质量数和原子序数均不变，只是能量改变。内转换电子本讲稿第二十二页，共四十七页 射线特性l l射线为光子流，不带电，穿透力强，电离能力弱；l l射线在真空中速度为30万km/s。l l应用：体外成像。本讲稿第二十三页，共四十七页三种衰变的比较三种衰变的比较l l衰变质量、质子数都
13、变；l l衰变质子数变，质量数不变；l l衰变质子、质量数都不变，而能量改变。本讲稿第二十四页，共四十七页 射线射线 -射线射线 正电子电子俘获正电子电子俘获 射线射线氦核氦核（42He）发生于原子序数发生于原子序数82的核素的核素 粒子粒子质量大，带电核质量大，带电核射程短、穿透力弱，不适射程短、穿透力弱，不适合显像合显像射程短、能量单一，对局部射程短、能量单一，对局部的电离作用强，引入体内后，的电离作用强，引入体内后，对其局部的生物组织产生严对其局部的生物组织产生严重损伤，而不影响远处组织。重损伤，而不影响远处组织。因此对开展体内恶性组织的因此对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在优放
14、射性核素治疗具有潜在优势势应应用用特特征征组组成成高速运动高速运动的电子流的电子流穿透力穿透力弱弱治疗，治疗，如如32P-真性红真性红细胞增细胞增多症，多症，131I甲甲状腺疾状腺疾病病+粒子粒子发生于贫中子核发生于贫中子核素素射程仅射程仅12mmPET显像显像 光子光子发生于发生于 衰变、衰变、衰变或核衰变或核反应之后反应之后不带电荷，运动速度快（等于不带电荷，运动速度快（等于光速），穿透力强，对组织的光速），穿透力强，对组织的局部作用较局部作用较-射线和射线和 射线弱射线弱体外显像体外显像射线射线俄歇电子俄歇电子内转换电子内转换电子发生于贫中发生于贫中子核素子核素核医学显像、核医学显像、体
15、外分析、体外分析、放射性核素治疗放射性核素治疗本讲稿第二十五页，共四十七页衰衰 变变 规规 律律l l放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变而变放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变而变成新元素的核。成新元素的核。l l放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。即原子核数目随时间增长按指数规律减少。本讲稿第二十六页，共四十七页8.半衰期，半衰期，T1/2(half-life)l l物理半衰期（物理半衰期（物理半衰期（物理半衰期（physical half life
16、physical half life）:放射性核素减少至一放射性核素减少至一放射性核素减少至一放射性核素减少至一半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。l l生物半衰期（生物半衰期（biological half life）:生物体内的放射生物体内的放射生物体内的放射生物体内的放射性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。l l有效半衰期（有效半衰期（
17、effective half life）:生物体内的放射生物体内的放射生物体内的放射生物体内的放射性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，减性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，减性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，减性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，减少至原有放射性活度的一半所需的时间。少至原有放射性活度的一半所需的时间。少至原有放射性活度的一半所需的时间。少至原有放射性活度的一半所需的时间。本讲稿第二十七页，共四十七页T1/2为每一放射性核素所特有。测定为每一放射性核素所特有。测定T1/2可可确定核素种类，甚至可推断放射性核素确定核素种类，甚至可
18、推断放射性核素混合物中核素种类。混合物中核素种类。例如：例如：99mTc 6Hr 153Sm 47Hr 131I 8Day 186Re 90Hr 32P 14Day 125I 60day本讲稿第二十八页，共四十七页9.放射性活度（放射性活度（radioactivity）l l单位时间内原子核的衰变数量。l l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；它它反反映映该该核核素素衰衰变变的的速速度度和和特特性性；值值大大衰衰变变快快，小则衰变慢，不受任何影响。小则衰变慢，不受任何影响。本讲稿第二十九页，共四十七页衰变公式l l衰变公式：Nt t=No oe-t；A=Ao oe-tl l
19、特性：不同的放射性核素有不同的；l l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；tNlogNt本讲稿第三十页，共四十七页l l贝克（贝克（Bq）为放射性活度的国际单位，）为放射性活度的国际单位，1Bq表示放射性核素每秒衰变表示放射性核素每秒衰变1次；次；l l居里（居里（Ci）为旧的单位，）为旧的单位，1Ci表示每秒衰表示每秒衰变变3.7x1010次。次。l l1Ci=3.7x1010Bq,即即1mCi=37MBq本讲稿第三十一页，共四十七页中国计量科学研究院生产中国计量科学研究院生产l l RM-905RM-905型医用活度计型医用活度计型医用活度计型医用活度计（2000
20、2000年）年）年）年）l l推出采用推出采用推出采用推出采用RS-232RS-232接口与接口与接口与接口与计算机通讯，随机提供计算机通讯，随机提供计算机通讯，随机提供计算机通讯，随机提供Windows9xWindows9x管理软件管理软件管理软件管理软件光盘。光盘。光盘。光盘。l l可测可测可测可测99m99mTcTc、131131I I等。等。等。等。l l可测可测可测可测153153SmSm、186186ReRe及及及及1818F F、1515OO、1313N N等正电子药物。等正电子药物。等正电子药物。等正电子药物。l l量程范围：量程范围：量程范围：量程范围：1Ci-1Ci-10C
21、i10Ci（99m99mTcTc）本讲稿第三十二页，共四十七页l l普通核医学仪器可测普通核医学仪器可测1Bq，约为，约为10-16g。l l天平：天平：10-5g l l微量化学分析：微量化学分析：10-9g l l荧光分析：荧光分析：10-11g 10-12g l l光谱分析：光谱分析：10-10g 本讲稿第三十三页，共四十七页三、核医学仪器三、核医学仪器基本原理 核医学仪器探测的基本原理是以射线与物质的相互作用为基础，并根据实际使用需要而设计的。基本结构 射线探测器 分析和记录脉冲信号的电子测量装置 质量控制质量控制 本讲稿第三十四页，共四十七页l lGammaGamma相机相机相机相机
22、l l空间分辨率空间分辨率4mm4mm；l l能量分辨率能量分辨率11%11%；l lGammaGamma相机是对体内示踪核素释放出来的相机是对体内示踪核素释放出来的GammaGamma射线进射线进行探测并形成高分辨率的形态图像。经数据处理后，可用行探测并形成高分辨率的形态图像。经数据处理后，可用于诊断甲状腺、脑、费、肝、肾、心血管等脏器的病变和于诊断甲状腺、脑、费、肝、肾、心血管等脏器的病变和动态功能。动态功能。本讲稿第三十五页，共四十七页l lGammaGamma刀：刀：刀：刀：19681968年，西班牙医师年，西班牙医师年，西班牙医师年，西班牙医师SalorioSalorio采用采用采用
23、采用DET/PETDET/PET显示癫痫低代谢区（即癫痫显示癫痫低代谢区（即癫痫显示癫痫低代谢区（即癫痫显示癫痫低代谢区（即癫痫放电区），又采用放电区），又采用放电区），又采用放电区），又采用X X刀刀刀刀/伽玛刀，治疗伽玛刀，治疗伽玛刀，治疗伽玛刀，治疗1111只神经科疾病猫（局部药物致痫）。结果，只神经科疾病猫（局部药物致痫）。结果，只神经科疾病猫（局部药物致痫）。结果，只神经科疾病猫（局部药物致痫）。结果，8 8只只只只猫神经科疾病发作停止，猫神经科疾病发作停止，猫神经科疾病发作停止，猫神经科疾病发作停止，3 3只猫仍然发作，说明立体定向放射治疗可以用于癫痫治疗，这只猫仍然发作，说明立体
24、定向放射治疗可以用于癫痫治疗，这只猫仍然发作，说明立体定向放射治疗可以用于癫痫治疗，这只猫仍然发作，说明立体定向放射治疗可以用于癫痫治疗，这是一个划时代的贡献。近年来，日本、韩国、美国、中国相继开展了这项治疗，有效率是一个划时代的贡献。近年来，日本、韩国、美国、中国相继开展了这项治疗，有效率是一个划时代的贡献。近年来，日本、韩国、美国、中国相继开展了这项治疗，有效率是一个划时代的贡献。近年来，日本、韩国、美国、中国相继开展了这项治疗，有效率大大提高，取得了令人注目的疗效。大大提高，取得了令人注目的疗效。大大提高，取得了令人注目的疗效。大大提高，取得了令人注目的疗效。本讲稿第三十六页，共四十七页
25、l l伽马刀伽马刀Co60远距离治疗机治疗机本讲稿第三十七页，共四十七页核医学成像核医学成像l l单光子发射型计算机体层单光子发射型计算机体层(singlepotonemissioncomputedtomography，SPECT)l l正电子发射型计算机体层正电子发射型计算机体层(positronemissioncomputedtomography，PET)本讲稿第三十八页，共四十七页核医学显像核医学显像 X-CT X-CT显像显像仪器仪器 SPECT、PET T-CT、螺旋、螺旋CT成像成像 发射型成像发射型成像 穿透型成像穿透型成像 （r射线由体内射出成像）射线由体内射出成像）（X射线穿
26、透人体成像）射线穿透人体成像）成像原理成像原理 利用脏器内外或脏器与利用脏器内外或脏器与 利用脏器内外或脏器与病利用脏器内外或脏器与病 病变之间的放射性浓度病变之间的放射性浓度 变之间的密度差别为基础变之间的密度差别为基础 差别为基础差别为基础成像性质成像性质 生理、功能显像为主生理、功能显像为主 形态、结构显像为主形态、结构显像为主优、缺点优、缺点 早期诊断早期诊断 分辨率高、图像清晰分辨率高、图像清晰 分辨率低、图像清晰度差分辨率低、图像清晰度差 不能反映功能改变不能反映功能改变核医学成像核医学成像本讲稿第三十九页，共四十七页CTSPECT融合图象融合图象SPECT/CT同机图像融合技术示
27、意图同机图像融合技术示意图SPECT本讲稿第四十页，共四十七页l lSPECTSPECT的结果的结果的结果的结果l l2 2例癫痫患者例癫痫患者SPECTSPECT图像图像:发作间期低灌注发作间期低灌注(A(A图图)，发作期高，发作期高灌注灌注(B(B图图)。癫痫灶发作间期在癫痫灶发作间期在SPECTSPECT上呈低灌注暗影，发作期变为高上呈低灌注暗影，发作期变为高灌注亮影。灌注亮影。本讲稿第四十一页，共四十七页SPET本讲稿第四十二页，共四十七页PETPET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、150、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子,被探头的晶体所探测,得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其它器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。本讲稿第四十三页，共四十七页PET本讲稿第四十四页，共四十七页PET本讲稿第四十五页，共四十七页l lPECTPECT结果举例结果举例结果举例结果举例l l癫痫患者癫痫患者PETPET图像图像:癫痫灶在发作间期呈低代谢，发作癫痫灶在发作间期呈低代谢，发作期变高代谢期变高代谢。肺癌肺癌本讲稿第四十六页，共四十七页谢谢！谢谢！本讲稿第四十七页，共四十七页