临床医学专业核医学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,核医学,绪 论,核医学的概念,核医学的发展历程,1895,年,Wilhelm Roentgen,发现,X,线,1896,年,Henri Becquerel,发现放射性核素,1898,年,Marie curie,和,Pierre Curie,提取,polonium,和,radium,1934,年,Joliet,和,Curie,发现人工放射性核素,1938,年,32,P,治疗白血病、,1941,年,131,I,治疗甲亢、,1946,年,131,I,治疗甲癌。,1949,年 发明了第一台闪烁扫描仪,1949,年 有了商品,-,照相机,1964,年,David Kuhl,和,Edwards,研制了第一台,SPECT,1975,年 研制了第一台,PET,核医学的内容及其特点：,临床核医学,诊断：,X,线检查,(radiology),超声检查,(ultrasound),MRI,检查,(magnetic resonance image),解剖成像,SPECT/CT,PET/CT,功能成像,器官功能测定、体外放射分析,(RIA),等,治疗：,甲状腺机能亢进,(hyperthyreosis),甲状腺癌,(thyroid carcinoma ),转移性骨痛,(multisite metastatic pain),骨肿瘤,(bone cancer),第一章 核物理基础,一、放射性核素,原子结构、核素、同位素和同质异能素,原子结构,核素,稳定性核素,放射性核素,同位素,同质异能素,原子的能量状态,基态,激发态,元素（,element,）的基本单位是原子，原子由原子核和核外电子构成。,原子核内有不同数目的质子,(proton,，,P),和中子,(neutron,，,N),，统称为核子,(nucleon),。,原子核内质子数目和中子数目之和为原子核的质量数，用“,A”,表示，因此，整个原子核内中子数目,N=A,Z,。,原子核内的核子之间存在着引力，称为核力,(nuclear force),，为短程力，受核子数目的影响 。,除了核力外，还存在静电斥力，该力为长程力，不受核子数目影响，但与电荷量有关。,PN=1.0,1.5,时，核力与静电斥力基本平衡，原子核处于稳定状态。,一般情况下原子核处于最低能量状态，称为基态,(ground state),。当受到高能量粒子轰击或核内部发生结构改变，原子可暂处于高能量状态，称之为激发态,(excited state),。激发态不会持久，将迅速释放能量，而恢复至基态，这种能量的释放过程称为跃迁,(transition),。,ground state,excited state,质子数相同，中子数相同，能量状态相同的一类原子的集合称为核素,(nuclide),。,核内质子数相同，即在元素周期表中处于同一位置，但中子数不同的核素互称为某元素的,同位素,(isotope),。,质子数、中子数均相同，但能量状态不同的核素称为,同质异能素,(isomer),。,处于稳定状态的核素称为,稳定性核素,(stable nuclide),。,当原子核内部处于不稳定状态，产生了能级的变化，转化为另一种核素。这种自发的核内结构或能量的变化过程称为,核衰变,(nuclear decay),，变化过程中释放的具有一定能量的粒子称为,放射线,(radiation),。,释出放射线的核素称为,放射性核素,(radio-nuclide),。,二、核衰变方式,衰变,(alpha decay),-,衰变,(alpha decay),原子核内要释放,2,个质子和,2,个中子组成的,称之为“,”,粒子。,当核内质子、中子比例不当时，质子和中子将产生相互转换，达到核内调整结构的目的。其特点是原子的质量数不变，只有原子序数改变（相差,1,），分为,-,和,+,和电子俘获三种形式。,主要发生在中子相对过多的核素。中子转化为质子，释放负电子，称为,粒子。,+,衰变,(alpha decay),主要发生在中子数相对不足的核素，核内由质子转化为中子，释放正电子，称为,+,粒子。,电子俘获,(electron capture,，,EC),对于中子数相对较少某些核素，原子核从核外内层的电子壳层俘获一个电子，使核内的一个质子转化为中子，同时释放一个中微子，随后较外层的电子跃入内层轨道填补空穴。由于外层能级高于内层能级，因此，多余能量以电磁辐射,(,即特征,X,射线,),形式释放。或者该能量传递给另一壳层电子，使之脱离轨道逸出，称为俄歇电子,(auger electron),。,跃迁与内转换现象,经过,或,衰变的核素，在衰变的过程中可能导致原子核处于高能的激发态，核内多余能量以电磁辐射形式释放后返回基态，该过程称为,跃迁。,有时在核内多余能量释放过程中，也可能将能量传递给核外壳层电子，使之脱离其运行轨道而逸出，这种现象称为内转换现象。逸出的电子称为内转换电子,(internal conversion electron),。,X,射线和,射线都是光子，它们的不同之处：,射线来源于核内能量释放，而,X,射线为核外电子跃迁过程中的能量释放。,三、放射性核素衰变规律及其度量,核衰变是随机性的，单位时间衰变的原子核数目与核的总数成正比，并且随着时间的增长，遵循一定的规律而减少。,称为衰变常数（,decay constant,），是放射性核素衰变的特征参数，表征单位时间原子核发生衰变的速率。,指数衰变规律,物理半衰期,(physical half life,，,T,r,):,指放射性核素的原子核数目衰变到原来的一半所需要的时间。,生物半排期,(biological half life, T,b,),指放射性核素由于体内代谢作用，随代谢产物排出体外而减少到初始摄入量一半的时间。,有效半减期,(effective half life, T,eff,),指放射性核素由于自发衰变和体内代谢共同作用而减少到初始量一半的时间。,半衰期,如果某一放射性核素的物理半衰期和生物半排期相差甚为悬殊，则其,T,eff,主要由短者决定。,放射性活度,、放射性比活度与放射性浓度,放射性活度,(A):,是指在一定的时间,(dt),内处于特定能态的一定量的放射性核素发生自发衰变,(dN),的期望值。国际制单位为,Bq,，,Bq,其表示每秒内核衰变的次数，,1Bq,表示每秒有,1,次衰变。旧有单位为居里,(Ci),，,1Ci = 3.710,10,Bq,单位质量中所含的放射性活度称为比活度或比放射性。一般用,Bq/kg,或,Bq/mol,为单位。单位容积溶液中所含放射性活度称为放射性浓度，以,Bq/ml,或,Bq/L,为单位。,四、带电粒子与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用,电离与激发作用,带电粒子与物质的核外电子发生静电作用，如果导致物质中的原子失去轨道电子形成正负离子对，称为电离,(ionization),作用。,传能线密度,(linear energy transfer,，,LET),是指带电粒子穿过物质时，在其单位长度径迹上所转移的能量。,电离密度,(ionization density):,单位路径上形成的离子对数目。,如果带电粒子使照射物质轨道电子从内层跃迁至外层，整个原子处于能量较高的激发态，此过程称为激发,(excitation),作用。,散射与吸收,带电粒子受到物质原子核库仓电场作用而发生方向偏折和能量的改变，称为散射,(scattering),，只改变运动方向而能量不变者称为弹性散射,(elastic scattering),。,如果射线通过物质时，由于各种作用的机制，导致带电粒子的动能全部丧失而不复存在的过程称为吸收,(absorption),。,带电粒子被吸收以前所行经的直线距离则成为射程,(range),X,、,射线与物质的相互作用,光电效应：光子与介质原子的轨道电子碰撞，把能量全部交给轨道电子，使之脱离原子，光子消失，这一作用能够过程称为光电效应,(photoelectric effect),。脱离轨道的电子称为光电子,(photoelectric electron),。,康普顿效应：能量较高的光子与核外电子碰撞，将一部分能量传递给电子，使之脱离原子轨道成为高速运行的电子，而光子本身能量降低，运行方向发生改变，成为康普顿效应,(Compton effect),。,电子对生成：当光子能量大于时，在物质原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对生成,(electron pair production),。,对于,射线和原子序数高的吸收物质，以光电效应为主；对于中能,射线和原子序数高的吸收物质，康普顿效应占优势；对于高能,射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。,辐射剂量及单位,照射量,(exposure),X,射线或,射线在单位质量,(dm),的空气中，与原子相互作用释放出来的次级电子完全被阻止时，所产生的同一符号离子的总电荷,(,dQ,):,X,=,dQ/dm,，照射量仅适用于能量在,10keV-3MeV,范围内的,X,射线和,射线照射空气。,吸收剂量,(absorbed dose),单位质量物质所受任何电离辐射的平均能量。,D,=,dE/dm,，国际专用单位是戈瑞,(Gy),。,当量剂量,(equivalent dose,，,H,T,R,),吸收剂量与辐射权重因子,(W,R,),的乘积。,H,T,R,=,D,TR,W,R,国际专用单位是希沃特,(Sv),。,有效剂量,(effective dose,，,E,),全身收到均匀或不均匀照射时，考虑各器官敏感性后的当量剂量,(,H,T,R,),加权平均值。 国际专用单位是希沃特,(Sv),。,待积当量剂量,(committed equivalent dose),待积剂量,(committed dose),指放射性核素进入体内的剂量积分估算，根据待积剂量的概念还可以推倒出待积吸收剂量、待积当量剂量和待积有效剂量等。,待积当量剂量（,committed equivalent dose,H,T,（,）,）指单次摄入的放射性物质在其后的,年内对所关心的器官或组织所造成的总剂量累积值。,待积有效剂量,(committed effective dose,，,E,(),),如果单次摄入,R,类放射性核素对人体器官或组织（,T,）造成的待积当量剂量,H,T,（,）乘以相应的权重因子,WT,，随后对所涉及的器官或组织（,T,）求积。,H,T,（,）,为积分至,时间时组织（,T,）的待积当量剂量；,W,T,为组织,T,的组织权重因数。,比释动能,K,当量剂量,H,辐射场,(,照射量,X),空气,待积剂量,核素进入体内,待积当量剂量,待积有效剂量,吸收剂量,D,有效剂量,E,电离辐射源,常用电离辐射量间相互关系,第二章 核医学中的放射卫生防护,Radiation need not be feared, but it must be respected.,Morgan,一、天然本底辐射,天然本底辐射,宇宙辐射,地球辐射,初级宇宙射线,次级宇宙射线,铀系,锕系,钍系,其它天然放射性核素,本底当量时间,表示在临床核医学防护工作中，病人所受的辐射剂量的大小可以用相当于在多长时间内所受天然本底辐射的剂量。,二、放射生物学,(radiation biology),作用机理,放射生物学中的几个重要概念,传能线密度,(linear energy transfer, LET),带电粒子在组织中单位距离上的能量沉积。,相对生物效应,(relative biology effect, RBE)=,标准射线产生生物效能的剂量,/,所试辐射产生相同生物效能的剂量，通常情况下，,RBE,与,LET,呈正相关关系 。,直接作用,(direct effect),是指射线将能量直接传递给生物分子，使其电离和激发，损害核酸、蛋白质、酶和脂类等生命物质的结构和功能。,间接作用,(indirect effect),指射线的能量直接沉积于生物体中的水分子，而不是生物分子，辐射沉积的能量引起水分子发生辐射分解，进而产生自由基等活性基团，这些自由基等活性基团可诱发生物分子损伤，它是通过水的辐射降解产物间接作用于生物分子引起损伤的。,外照射,(external irradiation),是指来自被辐照机体之外的照射如,x,线和钴源,射线等。,内照射,(internal irradiation),是指放射性物质通过不同途径进入人体沉积于组织或器官内在人体内产生的照射。,外照射和内照射,封闭源和非封闭源,封闭源是将放射性物质固定在全封闭状态得到电离辐射源。,非封闭源是指能够向周围环境播散放射性核素的电离辐射源。,随机效应与确定性效应,随机效应,(stochastic effects):,效应的发生机率与受照剂量的大小呈正比，但效应的严重程度与受照剂量无关，不存在阈值剂量。,确定性效应,(deterministic effects),：受照射生物机体产生效应的严重程度在阈值以上随剂量的增加而增加，存在剂量阈值。通常为。,自由基,(free radical),是指能够独立存在、具有一个或多个未配对电子的原子、分子、离子或原子团。如,等。,较分子氧的化学性质更为活泼的氧衍生物或其代谢产物统称为活性氧,(reactive oxygen species),。如,等。,概括说大部分含氧自由基是活性氧，但活性氧不一定都是自由基。,辐射损伤的化学基础,破坏细胞膜，使膜脂质过氧化，引起膜结构的破坏；,使细胞蛋白质氧化、脱氢，造成蛋白质的失活、结构改变、化学链 的断裂，或使蛋白质交联和聚合，从而影响蛋白质的正常功能；,使糖链的断裂和失活；,引起核酸的损伤，造成细胞死亡。,自由基对生物大分子的损伤作用,生物体损伤的修复作用,生物体内的还原剂和抗氧化酶系统对自由基和,ROS,的清除作用；,亚致死性损伤,(sublethal damage, SLD),：细胞内只有部分关键性靶点受到电离辐射事件的破环，只要给以足够时间，细胞可以对这些损伤进行修复，这种修复称为亚致死性损伤修复,(sublethal damage recovery or repair, SLDR);,潜在致死性损伤,(potentially lethal damage, PLD):,这种致死效应是潜在性的，在不进行干预的情况下可导致细胞死亡。如果改变受照细胞所处的状态，如延迟接种或置于不利于分裂的环境中，即可促进细胞恢复，免于死亡。这种恢复或修复，称为潜在致死性损伤修复,(potentially lethal damage recovery or repair, PLDR),。,低剂量辐射的兴奋效应和旁效应,低剂量刺激效应是很多环境有害因子都具有的现象，在高剂量时表现抑制作用，低剂量时表现刺激作用或兴奋作用，把这种现象称为低剂量兴奋效应,(hormesis),。,低剂量预照射可以对另一次高剂量照射产生适应现象，增强对辐射损伤的抗性作用，称为适应性效应,(adaptive response),。,旁效应,(bystander response or effect):,指未直接受照细胞产生与受照细胞相同或相似的辐射生物效应。发生机制：,辐射诱发产生活性氧自由基；受照介质的效应；与细胞间通讯或信号传导有关因素。,辐射对机体组织的损伤,1.,辐射源相关因素,1),辐射种类：高,LET,低,LET,2),辐射剂量和辐射剂量率：一般剂量率越大，生物效应越显著。,3),相同剂量分次照射 ：单次照射损伤高于分次照射。,4),照射面积和部位：照射条件相同时，辐射生物效应与照射,面积呈正相关。腹部盆腔头颈部胸部和四肢。,表,1,不同辐射类型的辐射权重因数,W,R,辐射类型,能量范围,W,R,光子,所有能量,1,电子和介子,所有能量,1,中子,10keV,5,10 keV,100keV,10,100keV,2MeV,20,2 MeV,20MeV,10,20MeV,5,质子,(,反冲质子除外,),2MeV,5,粒子、裂变碎片、重核,20,2.,靶相关因素,辐射敏感性,(ionizing radiation sensitivity,，,IRS),指各种生物有机体对辐射敏感的程度。,组织辐射敏感性与其细胞的分裂活动成正比而与其分化程度成反比。,种系辐射敏感性与进化程度成正比，结构越复杂的生物体对辐射越敏感。脊椎动物，哺乳类辐射敏感性高于鸟类、鱼类、两栖类和爬行类；哺乳动物，人、狗、豚鼠辐射敏感性高于兔、大鼠、小鼠。,随个体发育趋向成熟而逐渐降低，胚胎、幼体、成体的辐射敏感性依次降低。,同一生物有机体内各种细胞和组织器官的辐射敏感性因其种类与生理机能状态不同而差异较大。,1),高度敏感组织如性腺,(,卵细胞、生精细胞,),、造血淋巴组织,(,淋巴细胞,),、胸腺、胚胎组织、胃肠上皮,(,小肠隐窝上皮细胞,),、骨髓等；,2),中度敏感组织如感觉器官,(,角膜、晶状体、结膜,),、血管、淋巴管、内皮细胞、上皮组织、唾液腺、肝肾肺的上皮细胞等；,表,2,组织权重因数,(,W,T,),4),不敏感组织如肌肉、骨、软骨组织、结缔组织。,3),轻度敏感组织如中枢神经系统、内分泌腺,(,包括性腺内分泌细胞,),、心脏；,氧效应：组织或溶液中氧浓度升高后，再给予射线照射可使辐射,损伤程度加重，这种现象称氧效应,(oxygen effects),。,细胞分裂周期与辐射敏感性密切相关。,造血组织的辐射损伤,造血系统的组成和特点,造血干细胞,造血祖细胞,原始造血前体细胞,成熟功能细胞,氧增强比（,oxygen enhancement ratio, OER,）,性腺的辐射损伤,精原干细胞,精原细胞,初级精母细胞,精子,次级精母细胞,精细胞,卵原细胞,(,胚胎期,),卵母细胞,(,静止,),未成熟的卵泡,接近成熟的卵泡,成熟的卵泡,成熟的雌性,辐射对生殖细胞的损伤，在雄性中最危险的精原干细胞，在雌性中最危险的是未成熟的卵泡。,男性暂时不育剂量的阈值，睾丸单次照射的吸收剂量为,0.15Gy,在迁延照射条件下，剂量率为；永久性不育剂量的阈值为,3.56Gy,，剂量率的阈值为,2Gy/a,。,在急性照射条件下，女性永久性不育剂量的阈值为,2.56Gy,；在迁延照射条件下，永久性不育剂量率的阈值为。辐射造成女性不育时，伴有与绝经期相似的明显的激素水平改变。,中枢神经系统损伤,消化系统损伤,皮肤损伤,电离辐射致突变、致癌效应,电离辐射遗传效应,三、电离辐射防护的原则和措施,第四代标准,(,电离辐射防护与辐射源安全基本标准,),国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准,IBSS,2002,年由卫生部、国家环保局和原中国核工业总公司联合发布了,电离辐射防护与辐射源安全基本标准,GB18871-2002,，自,2003,年,4,月,1,日起实施。,电离辐射防护标准的主要内容,辐射防护的目的：,防止有害的确定性效应的发生，并将随机性效应的发生率降低到可接受的水平。,辐射防护的基本原则：,辐射实践的正当化；,辐射防护的最优化,；,个人剂量限值。,剂 量 限 值,职业人员 学生 公众,年有效剂量,50mSv/a 6 mSv/a 1mSv/a,(5,年平均值,20mSv/a),年当量剂量,眼晶体,150mSv/a 50 mSv/a 15mSv/a,皮肤,500mSv/a 150mSv/a 50mSv/a,手足,500mSv/a 150mSv/a -,基本标准的剂量限值与豁免,工作人员一年接受的辐射累积剂量限值,辐射场所的分级和防护要求,把职业照射工作场所分为控制区、监督区和非限制区，放射源分为封闭源和非封闭源。,控制区 在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量可能超过年限值十分之三的区域。,监督区 在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之三的区域。,非限制区 在其中连续工作的人员一年内受到照射剂量一般不超过年限值十分之一的区域。,放射源的防护,封闭源的防护：,1.,时间防护；,2.,距离防护；,3.,屏蔽防护。,非封闭源的防护：,1.,严格操作；,2.,严守规则；,3.,除沾保洁；,4.,妥善处理。,放射性废物处理的基本途径与方法,浓缩储存,(,也称为永久处置,),，使废物与环境隔绝起来,；,放置衰变，在不造成环境公害的前提下，为放射性核衰变提供足够的时间；,稀释排放，使废物的放射性水平降低到容许水平以下，排入环境而得以消散。,第三章 放射性测量,一、放射性测量仪器,放射性仪器的主要测量原理是建立在射线与物质相互作用的基础上，将核射线转化为电能。,分类：,气体电离探测器,(gas ionization detector),闪烁探测器,(scintillation detector),半导体探测器,(semiconductor detector),固体闪烁计数器,(solid scintillation counter),固体闪烁计数器,固体闪烁探测器,后续电子线路,计算机系统,辅助结构,固体闪烁探测器,(solid scintillation detector),将,X,和,射线转变为电信号，探测效率高，适用范围广，即可探测射线强度，又能测定射线的能量。,结构：,1.,闪烁体,分为无机晶体,NaI(Tl),、有机晶体,(,蒽、芪,),和塑料有机晶体,(TP,和,POPOP),。射线激发为荧光信号。,2.,光收集系统,包括反射层、光学耦合剂和光导。收集并传递荧光信号。,3.,光电倍增管,将荧光信号转变为电信号并进行放大。,4.,前置放大器,对电信号进行放大。,后续分析电路,1.,主放大器,放大、脉冲整形和倒相。,2.,脉冲高度分析器,(pulse height analyzer),有选择地让需要记录的脉冲通过，使之进入计算机进行分析和记录。起到鉴别核素和降低本底的目的。,基本电路是甄别器,(discriminator),，预置阈值称为甄别阈,(discriminator threshold),脉冲高度分析器主要由上下两路甄别器和一个反符合线路组成，上下甄别器之间差异称为道宽,(channel width),。,微分测量,(differential measurement),和积分测量,(integral measurement),。,多道脉冲高度分析器,(multichannel analyzer),道数越多分辨率越高。,计算机系统、辅助结构和电源,液体闪烁计数器,(liquid scintillation counter),将,和低能,射线转变为电信号，由于两者射程短，需将样品加入到闪烁体中。,结构：,1.,液体闪烁体,液体闪烁体由溶剂和溶于溶剂中的有机闪烁剂组成，样品以固体或溶媒的形式加入其中。溶剂分子起到传递能量的作用，进而传给闪烁剂，其中原子被激发，退激时发出荧光。,2.,光电倍增管,必须和闪烁液的发射光谱匹配，用,Cs-K-Sb,，同时需用低噪声的光地倍增管。,3.,光电倍增管,后续分析电路,1.,符合线路,2.,相加线路,3.,线性门控电路,4.,主放大器,5.,脉冲高度分析器,计算机系统、辅助结构和电源,二、,射线的测量,1.,绝对测量,绝对测量是不借助中间手段直接测量放射性活度的方法，常用,4,立体角法、固定立体角法、符合法和量热法，主要用于标准源测量。,2.,相对测量,相对测量一般用所测计数率的多少来反映放射性活度的大小，或者借助参考样品测定仪器的探测效率，将计数率转化为放射性活度，是生物医学中普遍采用的测量方法。,射线的测量,1.,较低能量的,射线能谱,2.,能量大于的,射线,射线的计数测量,1.,固体闪烁计数器的本底,2.,微分测量和积分测量,3.,微分测量道的选择,4.,样品的衰变率,5.,漏计,分辨时间,几何条件,三、液体闪烁测量技术,闪烁液,溶剂的作用为溶解闪烁剂和待测放射性样品，同时起能量传递作用。常用的主要是烷基苯类，包括甲苯、二甲苯、对二甲苯等。,闪烁剂是发光物质，接受溶剂分子传递的能量，在很短的时间内发生激发和退激，释放出荧光光子。有,TP,、,PPO,、,PBD,、,b-PBD,和,BBOT,等，其中最常用的是,PPO,和,b-PBD,。,第二闪烁剂主要用,POPOP,、,DM-POPOP,及,Bis-MSB,。使用浓度为第一闪烁剂的,1/10-1/50,。,助溶剂和添加剂,溶剂纯化和配伍禁忌,闪烁液和样品测量瓶,四、显像仪器,照相机,显像仪器,闪烁扫描仪,ECT,照相机,SPECT,PET,准直器,晶体,光电倍增管,脉冲幅度分析器,显示系统,1.,准直器,(collimator),保证,照相机的分辨率和定位准确。,准直器,针孔型,多孔型,平行孔型,发散型,会聚型,斜孔型,2.,晶体,(crystal),射线进入晶体产生荧光信号,3.,光电倍增管,(photomultiplier tube),吸收荧光信号，转变为电压信号输出。由这些输出信号的综合和加权，最终形成显像图。在显像图中的定位取决于每一个光电倍增管感受到的信号的多少和强度。所以光电倍增管的数量多少与定位的准确性有关。数量多可增大显像的空间分辨率，增加定位的准确性。,4.,脉冲高度分析器,(pulse amplitude analyzer),在,照相机上通过调节脉冲高度分析器的阈值和测量道的窗宽，选择性地记录目标脉冲信号用作显像而排除本底及其他干扰信号。,5.,显示系统,有电子学线路和计算机构成,照相机的信号分析和数据处理系统，现代新型的,照相机在每一个光电倍增管的底部设置信号处理线路，这样就可减少信号的失真，提高准确度和空间分辨率。,SPECT,单探头,SPECT,相当于用大视野,照相机的探头通过可旋转的机架围绕探头的中心，绕病人进行旋转，每隔一定角度采集图像,(,多平面显像,),，通常以每隔,3,o,或,6,o,采集一帧平面显像，,360,o,采集,64,帧图像。然后通过计算机处理、重建成断层显像。,图像重建方法采用滤波反投射技术,(filtered backprojection, FBP),。,SPECT,的基本操作过程：,A.,影像的获取，包括获取时间、剂量；图像大小；角度；探头移动方式等。,B.,影像的重组，包括标定靶器官、选取横切面影像、衰减矫正、选取冠切、矢切、斜切等图像。,3-D,图像的效果：所呈现的图像明暗醒目。,正电子断层成像,1.,湮灭辐射,(annihilation radiation),+,粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量分别为的,光子。,-,+,2.,正电子发射断层显像的原理,用成相反方向,(,互成,180,o,),排列的两个探头探测,光子，当光子与探测器相互作用，产生荧光光子并形成一个电脉冲，脉冲幅度分析器选择能量辐射,511keV,的电脉冲送入电子学线路，电子学线路把呈相反方向并在,5-15ns,内发生的两个电脉冲信号送入显像系统，计算机系统以此闪烁数据为基础，生成图像。,3.,正电子发射核素的,SPECT,显像,采用符合线路技术,利用电子准直技术,无需铅准直器,具有一机两用功能,其晶体部分仍采用,NaI(Tl),4.,正电子发射核素的,PET,显像,PET,的结构,:,晶体、电子准直、符合线路和飞行时间技术，计算机数据处理系统，图像显示、断层床等。,可应用与静态和动态断层显像，并能进行定量分析。,探头多采用锗酸铋,(BGO),晶体，此外还有硅酸镥,(LSO),、硅酸钆,(GSO),晶体。,PET,和,SPECT,的不同点,:,1.,空间分辨率高；,2.,采用电子准直的复合计数，灵敏度、分辨率和探测效率均高于,SPECT;,3.,应用的放射性核素多为人体重要组分的化学元素，参与机体代谢，和人体生理状况；,4. PET,容易进行衰减校正和进行定量分析。,功能测定仪,1.,甲状腺功能测定仪,2.,肾图仪,第四章 放射性药物,一、概念、分类和特点,放射性药物是指含有放射性核素、能够用于医学诊断和治疗的一类特殊制剂。,放射性药物的分类,放射性药物的特点,具有放射性,不稳定性,化学质量小,存在,ARL,放射性药物的特殊要求,放射性核素的选择,1.,治疗用放射性核素,2.,被标记物无毒副作用，无致敏性，纯度高，有靶向性，,能够被核素标记。,3.,标记方法简单、快速，无需纯化。,4.,在一定时间内较为稳定。,放射性药物的作用机制,代谢途径,脏器摄取,离子交换,弥散和分布,细胞吞噬,特异结合,二、放射性药物的制备,放射性药物的制备途径,放射性核素的产生,配体的合成,标记,放射性核素的来源,反应堆生产,品种多、产量大、操作简单。但产品富中子，伴有,-,衰变，不利于制备诊断用药物，并且子核和母核分离较为困难。,加速器生产,大部分为贫中子核素。通常发生,+,衰变或电子俘获，有利,于核医学显像。,核素发生器,主要有,99,Mo-,99m,Tc,、,188,W-,188,Re,、,113,Sn-,113m,In,发生器等。,生产简便，成本低廉，但洗脱效率低，洗脱曲线峰较宽，,峰位靠后导致洗脱体积较大，放射性浓度低。,洗脱液的质量控制：,1.,99,Mo,含量测定,99,Mo0.1%;,2. Al,含量测定,Al98%,;,标记技术,99m,Tc,的标记,基本原理,99m,Tc,通常是,+7,价，在溶液中最稳定，利用还原剂和电解还原的方法将,+7,价的,99m,Tc,还原成,+5,价或更低的价态，低价态的,99m,Tc,不稳定，容易和反应体系中的化合物发生结合或络合，从而达到标记化合物的目的。,方法,常用的还原剂有氯化亚锡、氟化亚锡、枸橼酸亚锡、亚铁抗坏血酸,(,维生素,C),等。,1.,直接标记法：将,99m,TcO,4,_,还原后直接标记于配体上，还原剂的剂量和溶液中的,PH,值对其标记具有重要作用。,2.,配体交换法 用,99m,Tc,首先标记络合能力较弱的配体，再将其与最后标记的配体进行反应，从而得到最终的标记物。通常是在某些需较高,PH,值的反应中进行。,配体与,99m,Tc,的络合能力的强弱：,1),对于不同原子的配体，,SNOX(,卤族元素,);,2),多齿配体,双齿配体,单齿配体；,3),99m,T,与配体的络合能力随配体浓度和酸度等条件不同而变化。,3.,间接标记法 是指通过双功能螯合剂将,99m,Tc,标记到蛋白或多肽分子上。双功能螯合剂的一端连接蛋白或肽类，另一端连接,99m,Tc,。常用的双功能螯合剂：,DTPA,，金属硫蛋白，二甲基缩氨基硫脲等。,放射性碘,的标记,容易测量；,标记物稳定；,半衰期适中，易于商品化和贮存；,废物容易处理；,灵敏度高。,基本要求,待标记物要有易被碘原子结合或取代的基团，主要是酪氨酸，部位在苯环上羟基的两个邻位。,必须先把,125,I,-,氧化成为,125,I,2,。,125,I,2,+,125,I,2,Na,125,I,CH,2,CHCOOH,NH,2,OH,CH,2,CHCOOH,NH,2,OH,氧化剂,氯胺,-T,法,方法简便，标记率高，重复性好，试剂易得。,影响因素,：,反应溶液的,pH,值、反应体积、温度时间等。,乳过氧化物酶法,(LPO),固相氧化法,联接标记法,三、常用放射性药物的介绍,含锝,99m,Tc,的放射性药物,高锝,99m,Tc,酸钠,主要用于甲状腺、脑、唾液腺、异位胃粘膜显像和,制备含,99m,Tc,放射性药品。,锝,99m,Tc,亚甲基二膦酸盐,(,99m,Tc-MDP),主要用于全身和局部骨显像，诊断骨关节疾病和原,发、转移性骨肿瘤。,锝,99m,Tc,依菲替宁注射液,(,99m,Tc-MDP),主要用于肝胆系统显像，诊断肝外胆管阻塞、胆囊,炎和胆管炎等胆道系统疾病。,锝,99m,Tc,植酸盐注射液,(,99m,Tc-Phy),主要用于肝脏占位或破坏性疾病以及肝缺血性疾病，肝,功能明显低下时，脾和骨髓浓聚增加。,锝,99m,Tc,依沙美肟注射液,(,99m,Tc-HMPAO),主要用于脑血流灌注显像，诊断脑血管疾病，脑外伤、,癫痫、痴呆症、脑死亡以及脑功能和正常脑生理活动。,锝,99m,Tc,司它比注射液,(,99m,Tc-MIBI),主要用于心肌显像。,肾脏显像,包括锝,99m,Tc,双半胱氨酸注射液,(,99m,Tc-EC),、,锝,99m,Tc,巯替肽,注射液,(,99m,Tc-MAG3),、,锝,99m,Tc,喷替酸盐注射液,(,99m,Tc-DTPA),等。,碘、铬、碳标记的放射性药物,碘,131,I,化钠胶囊,(,131,I-Cap),用于甲状腺吸碘功能测定,邻碘,131,I,马尿酸钠,(,131,I-Hipp),用于肾功能测定,铬,131,I,酸钠,(,51,Cr-Hipp),用于测定红细胞寿命、血小板寿命、红细胞,容量及血容量，也可用于脾显像,尿素,14,C,胶囊,(,14,C-Urea),用于诊断幽门螺旋杆菌,镓、铊标记的放射性药物,枸橼酸镓,67,Ga (,67,Ga -Citate),用于肿瘤和炎症的定位诊断和鉴别诊断。,氯化亚铊,201,Tl (,201,TlCl),用于心肌显像，对心肌梗塞、冠心病的诊断、预后及随访观察有较大价值。,正电子发射半衰期核素的放射性药物,氟,18,F,化钠,骨显像效果优于,99m,Tc-MDP,。,2-,氟,18,F-2-,脱氧葡萄糖,(,18,F-FDG),用于脑、心肌、肿瘤和炎症显像,。,13,N-,氨注射液,(,13,N-NH,3,),用于心肌血流灌注显像。结合,18,F- FDG,可评价局部心肌存活能力。,11,C-,雷可派,用于与多巴胺,D2,受体神经系统的疾病显像。,11,C-,甲硫氨酸,用于与氨基酸的摄取和蛋白质合成有关的肿瘤显像，特别是神经胶质瘤显像。检测肿瘤的治疗效果优于,18,F- FDG,。,治疗用放射性药物,治疗放射性药物的主要特点：,利用辐射作用杀伤细胞；, 具有较高的靶,/,非靶比值；, 根据病变部位和范围悬着不同的放射性核素。,碘,131,I,化钠口服溶液,(,131,I),用于治疗甲状腺机能亢进和甲状腺癌转移灶的治疗。,碘,32,P,酸钠盐口服溶液,(,32,P),治疗骨转移癌；, 骨组织的过度增生；, 抑制血液疾病的细胞异常增生；, 治疗各类皮肤病。,来昔决南钐,(,153,Sm-EDTMP),用于治疗转移性骨癌。,氯化锶,(,89,Sr),用于治疗转移性骨癌。,锝,99,Tc,亚甲基二膦酸盐,(,99,Tc-MDP),用于治疗类风湿性关节炎。,单抗放射性药物,单抗放射性药物,多肽放射性药物,四、放射性药物的质量保证和质量控制,基本概念,1.,质量保证：为达到质量要求而采取的一系列标准化措施。,2.,质量保证：对重要的质量指标进行经常性或定期性的检测。,3.,放射性药品生产和管理规范：为保证放射性药品的生产和使用安全，尽量避免不良反应，所建立的综合管理规范。,质量控制内容,理化检测和生物学检测,理化检验,形状,放射性核素的鉴别,放射性活度,pH,值,放化纯度,化学纯度,放射性核纯度,1.,能谱法,2.,半衰期法,五、正确使用、不良反应及其防治,正确使用总原则,1.,正当化判断,2.,最优化分析,3.,限制放射性剂量,儿童应用原则,1. 5000,的蛋白多肽类物质具有较好的免疫原性。,抗血清质量鉴定的检测指标是滴度、亲和力和特异性。,抗体应具备三个条件：高亲和力、高特异性和高滴度。,2.,标记抗原,高比活度和高放化纯度是保证分析灵敏度的前提；,半衰期不能太短，以保证整个分析过程的完成；,不改变原有抗原的特性。,复合物和游离抗原的分离,抗原抗体在液相环境中反应：,1),双抗法,2),聚乙二醇法,3),葡萄球菌蛋白沉淀法,4),活性炭吸附法,5),微孔滤膜法,1),吸附牢固而且抗体量足够；,2),不影响抗体的免疫活性；,3),非特异性结合低；,4),吸附材料理化性质稳定；,5),吸附材料价廉易得。,抗体吸附于固体支持物上：,方法包括：,1.,试管固相法；,2.,微粒固相法；,3.,微球固相法。,RIA,系统的分析性能及实验设计,分析性能是指一个分析系统总的性能，而不是指个别测定结果的可信度，因此通常都需有较多的测定结果，并用统计学的方法作出判断。,精密度,灵敏度,准确度,精密度是指同一样品重复测定的实测量的离散程度。离散程度越小，则能区别的样品量差别越小，也就是分析系统的精密度越高。,灵敏度就是统计上能与零剂量相区别的最小值。,准确度是指样品的测定值偏离真值的程度，由于实际样品的真值是未知的，常用估计准确度的方法是测量实际样品外加标准品的回收率。理论上回收率一般以,90%-110%,之间。,RIA,的实验设计,1.,尽可能提高灵敏度 先选定尽可能少又能满足控制测量误差要求的标记抗原用量，然后选合适的抗体浓度，要求标准曲线起始段的斜率最高。,2.,提高精密度图的使用范围 应当在上述第一种方案的基础上，适当增加抗体用量，使标准曲线下降不要太快，并在随后的区段有较好的斜率。,放射免疫分析的数据处理,数据处理的基本步骤,选择函数式,对标准管的实测数据进行拟合,求出函数式的各系数,代入待测样品的实测数据,求含量,各种模型,Logit-Log,模型,四参数,Logistic,模型,四参数质量作用定律模型,放射免疫分析的质量控制,质量控制之目的,质量控制就是对分析工作的误差进行经常性的检查，遇有质量异常则及时采取对策，以保证分析误差控制在可接受的范围内。,放射免疫分析的质量控制,实验室内部质控,实验间质控,实验室内部质控的主要内容,实验误差包括两大类：随机误差和系统误差。,实验误差监控的主要内容：,1,、标准曲线的质量；,2,、精密度；,3,、整批实验的偏差；,4,、漂移；,5,、批间质控。,二、免疫放射分析,(IRMA),IRMA,的基本原理,放射性核素标记在抗体上，然后以过量标记抗体与抗原结合，多余的抗体通过一定手段除去，测定复合物的放射性，其活度与待测抗原的量呈正相关。,Ag + Ab,*,Ab,*,+AgAb,*,IRMA,和,RIA,的主要区别：,1.,反应的机制不同：,RIA,是竞争性反应，,IRMA,是非竞争性反应，所以，,IRMA,的灵敏度高于,RIA,；,2.,反应试剂：,RIA,的主要反应试剂需三种，,IRMA,只有二种；而且标记的试剂不同：,RIA,标记抗原，,IRMA,标记抗体；,3.,分离方法：,IRMA,一般都需用单克隆抗体作分离剂，所以其抗原需,2,个或,2,个以上抗原决定簇，,RIA,的抗原则只需一个抗原决定簇；,4.,待测抗原复合物的的反射性：在,RIA,中与待测抗原呈负相关，而在,IRMA,中与待测抗原浓度呈正相关；,5.,反应系统中非特异性结合在,RIA,中主要影响高剂量反应，在,IRMA,主要影响低剂量反应。,IRMA,的基本方法：,1.,双抗夹心法,3.,生物素,-,亲和素系统,2.,标记第三抗体法,数据处理,1.,平滑样条函数,2.,五参数,Logistic,模型,2.,三参数质量作用定律模型,第六章 示踪技术及放射性核素显像技术,一、放射性核素示踪技术的原理、类型和特点,概念,是利用放射性核素及其标记化合物作为示踪剂来研究生物机体各种物质的吸收、分布、排泄、转移及转化规律的一门科学。,基本原理,标记物与非标记物具有同一性,放射性物质的可检测性,主要类型,放射性核素示踪技术,体内示踪技术,体外示踪技术,器官与组织显像,功能测定,体液和细胞容积测定,代谢与转化研究,体外放射分析,细胞参入实验,放射自显影,活化分析,特点,灵敏度高，最低水平可达,10,-12,10,-15,mol,；,检测方便，不受其他非放射性杂质的干扰；,合乎生理条件，应用放射性示踪剂可使用少至生理剂量来研究物质在整体中的变化规律，而且不改变原物质；,能定位，可通过放射自显影技术在组织器官内进行定位及定量分布，与病理组织切片技术结合起来可进行细胞水平的定位，与电子显微镜技术结合起来可进行亚细胞的定位观察。应用,PET,进行分子水平的显像。,不足之处,实验条件要求较为严格；,技术人员需经过专业培训并具有一定辐射防护知识；,在示踪过程中，示踪剂必须保持稳定；,二、放射性核素显像技术,原理,放射性核素或者所标记的化合物，能够被靶脏器、靶组织选择性的摄取形成高浓聚或充盈缺损，从而使其与周围脏器组织形成放射性浓度差别；,采用核医学显像仪器探测到这种放射性浓度差别，从而获得脏器或组织中放射性药物分布状态的静态、动态或断层影像。,显像类型,静态显像,动态显像,局部显像,全身显像,平面显像,断层显像,早期显像,延迟显像,阳性显像,静息显像,负荷显像,图像分析法及要点,静态图像,2.,被检器官的外形和大小是否正常，轮廓是否清晰完整，边界是否清楚。,1.,注意被检器官与解剖标志和邻近器官之间的关系，确定器官有无移位和反位。,3.,以受检器官的正常组织放射性分布为基准，比较判断病变组织的放射性分布是否增高或降低、正常或缺如。,动态图像,1.,显像顺序是否正常的代谢和功能状态。,2.,时相变化即影像的出现或消失时间是否符合正常规律。,断层图像,扫描顺序，横断面是自下而上获取横断层面影像；矢状面是自右向左获取矢状断层影像；冠状面自前向后依次获取冠状断层影响。,放射性核素显像特点,功能成像,安全无创伤,单独的,ECT,图像分辨率低于解剖成像，可采用与解剖学图像融合技术,临床常见病种的检查项目,序号,疾病名称,检查项目,准确性,01,稳定性（不稳定性）心绞痛,运动负荷心肌灌注显像,90%,02,急性心肌梗塞,静息心肌灌注显像,可达,100,03,血管再通术前心肌存活性估测,18,F-FDG,正电子,PET,断层显像,97%,04,心肌病,运动负荷心肌灌注显像,75,05,短暂脑缺血发作,(TIA),脑梗塞,局部脑血流断层（,rCBF,）显像,90%,06,癫痫灶定位、脑瘤复发、精神和情感障碍性疾病,18,F-FDG,正电子,PET,断层显像或脑血流灌注显像,90%,07,肺栓塞,肺灌注和肺通气显像,85%,08,下肢血栓性静脉炎,核素下肢静脉造影,90%,09,肝血管瘤,肝血池断层显像,90%,10,急性胆囊炎、新生儿黄疸与先天性胆道闭锁鉴别,肝胆造影,95%,11,单侧肾动脉狭窄性高血压,Captopril,介入肾动态显像,90%,12,无尿路梗阻的肾功能判断、移植肾监测,肾动态显像,85%,13,尿路梗阻和与单纯尿路扩张的鉴别,肾动态显像,+,利尿试验,85%,14,急性阴囊疼痛,(,急性睾丸扭转和急性副睾睾丸炎鉴别,),阴囊显像,95%,15,恶性转移性骨肿瘤,全身骨显像,85%,16,骨折，移植骨监测、股骨头缺血性坏死、假体,(Prosthesis),合并症,三相局部骨显像,90%,左右,17,肺癌，乳腺癌，肝癌，结肠癌等各类恶性肿瘤及其转移灶,18,F-FDG,正电子（,PET,）全身或局部断层显像,90%,左右,18,甲状腺机能亢进症,(,甲亢,),、甲状腺功能低下,(,甲低,),、亚急性甲状腺炎、弥漫性或结节性甲状腺肿、甲状腺瘤,甲状腺显像,90%,左右,19,异位甲状腺,131,碘甲状腺显像,90%,20,嗜铬细胞瘤和其他神经内分泌肿瘤,131,I-MIBG,肾上腺髓质显像,90%,以上,21,骨质疏松症,骨密度测定,90%,