第十一节核医学基础课件

核医学基础核医学基础核医学基础1 1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？复习：2 21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）概述核医学基础（NuclearMed3 3 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。医学研究的医学学科。属于临床医学。属于临床医学。一、核医学定义一、核医学定义是将核技术应用于医学领域的学科，是用放射性4 4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。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）1.1.诊断核医学诊断核医学诊断核医学诊断核医学 体内诊断体内诊断体内诊断体内诊断 体外诊断体外诊断体外诊断体外诊断 2.2.治疗核医学治疗核医学治疗核医学治疗核医学研究内容实验核医学5 5二、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（isotopeisotope）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（radioactivityradioactivity）二、基本概念1.原子核（nucleus）结构6 61.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+N1.原子核（nucleus）结构原子（at7 7 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基态激发态核反应、核裂变8 82.核素（核素（nuclide）：具有特定质量数、原子具有特定质量数、原子序数与核能态的一类原子。序数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，具有相同原子序数，而质量数不同的核素。而质量数不同的核素。4.同质异能素同质异能素(isomer)：有相同质量数和有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的一类核素。原子序数，处于不同核能态的一类核素。2.核素（nuclide）：具有特定质量数、原子序数与核能9 95.稳定核素（稳定核素（stable nuclide)原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。关。关。关。当原子核内当原子核内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，平衡时，原子核稳定，平衡时，原子核稳定，平衡时，原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。不会自发衰变的核素称为稳定核素。不会自发衰变的核素称为稳定核素。不会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5.稳定核素（stablenuclide)引力10106.放射性核素放射性核素(radionuclide)原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级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。如调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。如调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。如调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。如 9999TcTcmm、131131I I、3232P P、9090SrSr、153153SmSm、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6.放射性核素(radionuclide)引力11117.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放射性核素的原子由于核内结构或能级调放射性核素的原子由于核内结构或能级调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整，自发地释放出一种或一种以上的射线并整，自发地释放出一种或一种以上的射线并整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转转转转化为另一种原子化为另一种原子化为另一种原子化为另一种原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。7.放射性衰变（radiationdecay）1212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）核衰变类型（nucleardecay)衰变（alpha13131 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 42He1）衰变1414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，在水中或机体内为为0.06-0.16mm0.06-0.16mm；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对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。的优势。粒子特性粒子实质上是He原子核；15152 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。2）衰变核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变。1616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-衰变衰变时放射出粒子。核内中子过多造成的不平衡。中子1717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，穿最大具有连续能谱，穿透力比透力比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米，可用于治疗，如在软组织中的射程仅为几厘米，可用于治疗，如碘治疗甲亢。碘治疗甲亢。粒子的特性粒子实质是负电子；1818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+衰变衰变时放射出粒子。核内中子过少致不平衡。质子转化1919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。粒子的特性粒子实质是正电子；2020电子俘获电子俘获(electron capture,EC)(electron capture,EC)l l核核衰衰变变时时俘俘获获一一个个轨轨道道电电子子。它它是是核核内内中中子子数数相相对对不不足足所所致致。从从内内层层轨轨道道（K K）俘俘获获一一个个电电子子，使使核内一个质子转化为一个中子。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电子电子俘获(electroncapture,EC)核衰变时俘21213 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3）衰变与内转换衰变是伴随其它衰变而产生；内转换电子2222 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。射线特性射线为光子流，不带电，穿透力强，电离能力弱；2323三种衰变的比较三种衰变的比较l l衰变质量、质子数都变；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。三种衰变的比较衰变质量、质子数都变；2424 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，带电质量大，带电核核射程短、穿透力弱，射程短、穿透力弱，不适合显像不适合显像射程短、能量单一，对射程短、能量单一，对局部的电离作用强，引局部的电离作用强，引入体内后，对其局部的入体内后，对其局部的生物组织产生严重损伤，生物组织产生严重损伤，而不影响远处组织。因而不影响远处组织。因此对开展体内恶性组织此对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有的放射性核素治疗具有潜在优势潜在优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穿透力弱力弱治疗，治疗，如如32P-真性红真性红细胞增细胞增多症，多症，131I甲状腺甲状腺疾病疾病+粒子粒子发生于贫中发生于贫中子核素子核素射程仅射程仅12mmPET显显像像 光子光子发生于发生于 衰变、衰变、衰变衰变或核反应之后或核反应之后不带电荷，运动速度不带电荷，运动速度快（等于光速），穿快（等于光速），穿透力强，对组织的局透力强，对组织的局部作用较部作用较-射线和射线和 射射线弱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发生于贫中子核素中子核素核医学显像、核医学显像、体外分析、体外分析、放射性核素治放射性核素治疗疗射线-射线正电子2525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。而变成新元素的核。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，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，它的衰变是但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，有规律的，即原子核数目随时间增长按指数规即原子核数目随时间增长按指数规律减少。律减少。衰变规律放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变而变成26268.半衰期，半衰期，T1/2(half-life)物理半衰期（物理半衰期（物理半衰期（物理半衰期（physical half lifephysical half life）:放射性核素减少放射性核素减少放射性核素减少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。至一半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。至一半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。至一半，所需的时间。越短说明核素衰变越快。生物半衰期（生物半衰期（生物半衰期（生物半衰期（biological half lifebiological half life）:生物体内的放生物体内的放生物体内的放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。射性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。射性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。射性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。有效半衰期（有效半衰期（有效半衰期（有效半衰期（effective half lifeeffective 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，性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，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。减少至原有放射性活度的一半所需的时间。减少至原有放射性活度的一半所需的时间。减少至原有放射性活度的一半所需的时间。8.半衰期，T1/2(half-life)2727T1/2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 60dayT1/2为每一放射性核素所特有。测定T1/2可确定核素种类，28289.放射性活度（放射性活度（radioactivity）单位时间内原子核的衰变数量。衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自发衰变的某种放射性核素的核在单位时间内自发衰变的比率；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；值值大大衰衰变快，小则衰变慢，不受任何影响。变快，小则衰变慢，不受任何影响。9.放射性活度（radioactivity）2929衰变公式l l衰变公式：Nt t=No oe-t；A=Ao oe-tl l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衰变公式衰变公式：Nt=Noe-t；A=Aoe-ttN3030 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；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。1Ci=3.7x1010Bq,即即1mCi=37MBq第十一节核医学基础课件3131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型医用活度型医用活度型医用活度型医用活度计（计（计（计（20002000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接口接口接口接口与计算机通讯，随机与计算机通讯，随机与计算机通讯，随机与计算机通讯，随机提供提供提供提供Windows9xWindows9x管理管理管理管理软件光盘。软件光盘。软件光盘。软件光盘。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等正电等正电等正电等正电子药物。子药物。子药物。子药物。l l量程范围：量程范围：量程范围：量程范围：1Ci-1Ci-10Ci10Ci（99m99mTcTc）中国计量科学研究院生产RM-905型医用活度计（2000年3232l 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 普通核医学仪器可测1Bq，约为10-16g。3333三、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 三、核医学仪器基本原理3434l lGammaGamma相机相机相机相机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射线进行探测并形成高分辨率的形态图像。射线进行探测并形成高分辨率的形态图像。经数据处理后，可用于诊断甲状腺、脑、费、肝、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动态功能。肾、心血管等脏器的病变和动态功能。Gamma相机3535l lGammaGamma刀：刀：刀：刀：19681968年，西班牙医年，西班牙医年，西班牙医年，西班牙医师师师师SalorioSalorio采用采用采用采用DET/PETDET/PET显显显显示示示示癫痫癫痫癫痫癫痫低代低代低代低代谢谢谢谢区（即区（即区（即区（即癫痫癫痫癫痫癫痫放放放放电电电电区），又采用区），又采用区），又采用区），又采用X X刀刀刀刀/伽伽伽伽玛玛玛玛刀，治刀，治刀，治刀，治疗疗疗疗1111只神只神只神只神经经经经科疾病猫（局科疾病猫（局科疾病猫（局科疾病猫（局部部部部药药药药物致物致物致物致痫痫痫痫）。）。）。）。结结结结果，果，果，果，8 8只猫神只猫神只猫神只猫神经经经经科疾病科疾病科疾病科疾病发发发发作停止，作停止，作停止，作停止，3 3只猫仍然只猫仍然只猫仍然只猫仍然发发发发作，作，作，作，说说说说明明明明立体定向放射治立体定向放射治立体定向放射治立体定向放射治疗疗疗疗可以用于可以用于可以用于可以用于癫痫癫痫癫痫癫痫治治治治疗疗疗疗，这这这这是一个划是一个划是一个划是一个划时时时时代的代的代的代的贡贡贡贡献。近年来，献。近年来，献。近年来，献。近年来，日本、日本、日本、日本、韩韩韩韩国、美国、中国相国、美国、中国相国、美国、中国相国、美国、中国相继继继继开展了开展了开展了开展了这项这项这项这项治治治治疗疗疗疗，有效率大大提高，取得了，有效率大大提高，取得了，有效率大大提高，取得了，有效率大大提高，取得了令人注目的令人注目的令人注目的令人注目的疗疗疗疗效。效。效。效。Gamma刀：1968年，西班牙医师Salorio采用DET3636l l伽马刀伽马刀Co60远距离治疗机治疗机伽马刀Co60远距离治疗机3737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)核医学成像单光子发射型计算机体层3838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核医学显像X-CT显像仪器3939CTSPECT融合图象融合图象SPECT/CT同机图像融合技术示意图同机图像融合技术示意图SPECTCTSPECT融合图象SPECT/CT同机图像融合技术示意图4040l lSPECTSPECT的结果的结果的结果的结果l l2 2例例癫痫癫痫患者患者SPECTSPECT图图像像:发发作作间间期低灌注期低灌注(A(A图图)，发发作期高灌注作期高灌注(B(B图图)。癫痫癫痫灶灶发发作作间间期在期在SPECTSPECT上呈低灌注暗影，上呈低灌注暗影，发发作期作期变为变为高灌注亮影。高灌注亮影。SPECT的结果4141SPETSPET4242PETPET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。PETPET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如4343PETPET4444PETPET4545l lPECTPECT结果举例结果举例结果举例结果举例l l癫痫癫痫患者患者PETPET图图像像:癫痫癫痫灶在灶在发发作作间间期呈低代期呈低代谢谢，发发作期作期变变高代高代谢谢。肺癌肺癌PECT结果举例肺癌4646谢谢！谢谢！谢谢！4747