05影像第5章[4]

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,*,医学影像物理学,Physics of Medical Imaging,主 讲,张学龙 教 授,第五章,放射性核素显像,医疗器械学院,4,伽玛照相机,1,第 四 节,核素的产生和显像机制,2,一、医用放射性核素的制备原理,核反应堆,(reactor),和原子核裂变产物,加速器,(accelerator),放射性核素发生器,2,、核素发生器原理,1,、核素产生方式,1,、,显像剂的作用机制,2,、,示踪技术原理,二、显像剂的作用机制和示踪技术原理,三、核医学显像类型（简介）,2,、,局部显像和全身显像,3,、,平面显像和断层显像,4,、,早期显像和延迟显像,5,、,阳性显像和阴性显像,6,、,介入显像,(interventional imaging),1,、,静态显像和动态显像,3,放射性药物,(,radiopharmaceuticals),示踪剂,(tracer),、,or:,放射诊断试剂,(,radiodiagnostic,agent),、,标记化合物,(1abelled compound),标记物,(1abelled materia1),等,核素显像的要素之一是：,含有,放射性核素,、应用于医学诊断、治疗和研究的化学制剂和生物制剂。,用于显像的体内诊断的,放射性药物,用于非显像的体内诊断,放射性药物,显像剂,(imaging agent),放射性药物,放射性核素,（来源）,4,一、医用放射性核素的制备原理,1,、核素产生方式,放射性核素有,1500,余种，但直接可供医用者为数不多，需要设法产生和制备。,产生的主要方式,(,三种,),：,加速器,(accelerator),放射性核素发生器,(radionuclide generator),核反应堆,(reactor),和原子核裂变产物,反应堆：,利用,235,U(,铀,),或,239,Pu(,钚,),为核燃料，在堆内发生裂变所生成的大量中子,(n),轰击原子核，,引起核反应,而产生放射性核素的装置。,经化学分离、精制等处理，生成,医用的放射性核素,核反应堆,(reactor),核反应生成,5,核裂变生成：,通过,235,U,俘获中子后,发生核裂变,，从生成的,裂变产物,中提取、分离出有用的放射性核素。,临床上使用的一些放射性核素来源于反应堆的：,放射性核素 半衰期 主要,射线,(,KeV,),能量 核反应,51,Cr 27.7d 320,50,Cr(n,，,),51,Cr,75,Se 120.4d 136,、,265,、,280,74,Se(n,，,),75,Se,99,Mo 66.02h 740,98,Mo(n,，,),99,Mo,125,I 60.2d 35,124,Xe(n,，,),125,Xe,125,I,131,I 8.04d 364,130,Te(n,，,),131m,Te,131,Te,131,I,133,Xe 5.25d 81,132,Xe(n,，,),133,Xe,153,Sm 46.3h 103,152,Sm(n,，,),153,Sm,198,Au 2.70d 412,197,Au(n,，,),198,Au,203,Hg 46.9d 279,202,Hg(n,，,),203,Hg,3,H 12.3y,无,6,Li(n,，,),3,H,14,C 5730y,无,14,N(n,，,p),14,C,32,P 14.3d,无,32,S(n,，,p),32,P,6,加速器,(accelerator),各种带电粒子,(,高能质子、氘核、,粒子、氦核等,),加速,后获得能量，轰击靶核引起核反应，再经化学处理，即可获得医用放射性核素。,说明：,1),加速器种类较多，,小型回旋加速器,较为合适。,2),加速器主要生产,短半衰期的,放射性核素，尤其,是正电子发射型计算机体层所需要的超短半衰,期的正电子核素。,例如，用,12MeV,的质子轰击,111,Cd,可获得,111,In,目前加速器生产的放射性核素有：,18,F(,氟,),、,67,Ga(,镓,),、,201,Tl(,铊,),、,11,C(,碳,),、,13,N(,氮,),、,15,O(,氧,),、,111,In(,铟,),、,123,I(,碘,),等。,7,8,是一种从,较长半衰期,的,母体核素,(parent nucleus),中分离出由它衰变而来的,短半衰期子体核素,(daughter nucleus),的装置。,放射性核素发生器,母体核素由反应堆或加速器产生后，被注入一个装有吸附剂的层析柱内，母体核素被牢固地吸附在吸附剂上，同时不断衰变成子体核素，因其化学性质与母体不同，子体核即可从吸附剂上解吸附下来。,每隔一定时间能够从,放射性核素发生器,分离出可供使用的子体核素，就好像从母牛身上挤奶一样，所以这种装置俗称“母牛”,(cow),。,9,目前核医学使用的放射性核素主要是通过发生器来获得的，可以定期供应，使用方便。,例如：,99,Mo-,99m,To(,钼,-,锝,),发生器、,113,Sn-,113m,In(,锡,-,铟,),发生器、,81,Rb-,81m,Kr(,铷,-,氪,),发生器、,68,Ge-,68,Ga(,锗,-,镓,),发生器,82,Sr-,82,Rb(,锶,-,铷,),发生器,90,Sr-,90,Y(,锶,-,钇,),发生器,87,Y-,87m,Sr(,钇,-,锶,),发生器等。,10,99,Mo-,99m,Tc,发生器（临床上最常用）,母体,99,Mo(,钼,),来自反应堆,(,99m,Tc-methylene,diphosphonate,),用于作骨显像及骨关节显像；,81m,Kr(,氪,),是肺通气显像剂；,82,Rb(,铷,),是正电子心肌显像剂；,68,Ga(,镓,),可制作,PET,使用的正电子显像剂。,价格适中,用它洗脱出的放射性,99m,Tc(,锝,),可用作,:,直接显像：,用于甲状腺、唾液腺以及关节等显像；,标记显像：,用,99m,Tc,标记,亚甲基二膦酸盐,即,99m,Tc-MDP,2,、核素发生器原理,11,放射性核素发生器分类的方法很多。,按照其制备和分离的方法不同，有：,按其母体核素,99,Mo,的来源和装柱的工艺不同分为：,还分为：,99,Mo-,99m,Tc,发生器,裂变吸附色谱,凝胶色谱,裂变型,色层柱型堆照,凝胶型堆照,萃取型堆照,升华型堆照,柱色谱型,溶剂萃取型,升华型,99,Mo-,99m,Tc,发生器,种类很多，但是要,搞清原理,!,为什么能不断提取,(,分离,),？,怎样提取,(,分离,),？,12,当,2,1,，,t,7,T,2,时，母子体系达到长期平衡：,母子体核素的放射性活度近似相等！,A,2,=,A,1,例如：,90,Sr,90,Y,，,90,Sr:,T,1,=28a,，,90,Y:,T,2,=64h,若,t,不是很大，,A,2,近似为：,因为母子共存时的一般式：,2,1,t,不很大,(,与,T,1,=28a,相比,),1,t,很小,e,1,t,1,于是上式：,13,例题,目前核医学临床最常用的核素发生器,99,Mo,99m,Tc,，,99,Mo,半,衰期,66.02h,，,99m,Tc,半衰期,6.02 h,，,(1),试计算,99m,Tc,的数目,N,2,达到最大值,N,2m,的时间,t,m,，,(2),N,1,(,t,),、,N,2,(,t,),、,A,1,(,t,),、,A,2,(,t,),随时间的变化规律。,解,：,根据公式,可得,t,m,=22.886h=22h53min,设,N,1,(0)=3.428910,7,根据公式,则,N,2m,=2.45610,6,，,A,1,(0)=,1,N,1,(0)=100Bq,14,15,16,17,放射性核素发生器,-,Mo-,Tc,母牛,18,99,Mo,的衰变与,99m,Tc,的生长,时间,(h),99,Mo,的衰变活度,(,GBq,),99m,Tc,的生长活度,(,GBq,),0 100 0,1 99 10.8,2 97.9 20.6,3 96.9 29.1,6 93.9 47.9,12 88.2 69.7,18 82.5 77,24,77.8 78.8,48 59.7 59.5,母体、子体按各自半衰期而衰减，同时子体随着母体的减少而增长。经过约,24h,99m,Tc,的活度达峰值的,78.8,，经过洗脱过的发生器，,99m,Tc,又可重新生长到达新的高峰。而经过,3h,，,99m,Tc,的生长就可达到,99,Mo,初始时的放射性活度的,29.1,，,6h,为,47.9,，故当,99,Mo,的放射性活度较高时，,99,Mo-,99m,Tc,发生器每天可以洗脱,2,次,3,次。,19,放射性核素发生器,-,Mo-,Tc,淋洗生长曲线,20,二、显像剂的作用机制和示踪技术原理,1,、,显像剂的作用机制,放射性核素在人体内，能够,选择性,地,聚集,在不同的脏器、组织或病变中。,利用核素,探测器,在,体外探测,，就能,知道,脏器、,组织或病变的位置、形态、大小及放射性分布。,相机、,SPECT,等,发射,射线,(,有较强的穿透力,),在仪器内,成像,(,显像,),放射性核素显像机制主要有：,合成代谢,放射性碘,(,131,I),与,天然碘,(I),化学特性相同,，即也能参与甲状腺激素合成代谢，而被甲状腺选择性摄取和利用,判定甲状腺位置、形态、大小和甲状腺结节的功能等。,可使甲状腺显像,21,细胞吞噬,像剂引入体内作为机体的异物被单核,-,巨噬细胞,所吞噬而显像。例如肝、脾、骨髓显像。,放射性核素标记的白细胞进行炎症显像，,因白细胞具有吞噬胶体颗粒的功能。,循环通路,利用放射性核素进入循环通路的过程,显示该通路及有关器官的影像。,将放射性药物,99m,Tc-,二乙三胺五醋酸,(,99m,Tc-DTPA),经腰椎穿刺注入蛛网膜下腔，随脑脊液流动进入各脑室使其流经部位相继显影可测到脑脊液的流速，判断脊髓蛛网膜下腔通畅和是否存在脑脊液漏。,22,吸入放射性气体或气溶胶可使呼吸道、肺泡显影。,不一一列举。,“,弹丸”式静脉注入显像剂，通过心肺循环通道而获得大血管、心房、心室影像,(,放射性核素心血管造影,),显像剂随血流从动脉向相应脏器血管床灌注时即可获得该脏器的动脉灌注影像。同时还可获得大血管、心脏和各脏器的血池影像，检出血液丰富的病变部位。,23,含义：,以放射性核素或其标记物作为示踪剂，借助核探测仪器追踪示踪剂在生物体内或体外的运动规律，并进行定量或定位分析，动态地研究物质的一些变化规律的方法。,亦称“,示踪原子分析法,”,2,、,示踪技术原理,广泛应用于各个专业领域里的科研和工作中，如细胞生物学、分子生物学、免疫学、遗传工程和基因工程等。,24,基本原理,基本理论依据：,示踪剂和研究对象的对应物，具有同样的化学性质和不同的物理特性。,生物体或生物细胞不能区分同一元素的各个同位素，因同一元素的所有同位素的化学性质是相同的，其在生物体内所产生的各种化学、生物学和免疫学的变化均完全相同，故利用其同位素标记的化合物或某种细胞，进行示踪实验。,标记的核素，因核衰变而释放出核射线，用放射性探测器可测出被研究的物质,(,如某种原子、某化合物或某类细胞,),在体内或体外的位置、数量和变化。,25,分两种基本类型：,放射性核素体内示踪实验,(,radionuclide tracer test in vivo,),放射性核素体外示踪实验,(,radionuclide tracer test in vitro,),体内示踪实验是观察某物质在体内的生理、生化和病理变化过程。,示踪实验方法,体外示踪法,用放射性核素标记离体细胞，在培养基中或试管内示踪实验。,在临床核医学中，脏器的核素显像、功能测定等均是利用核素的示踪技术。,26,根据不同的分类方法可分为许多类型核医学显像类型。,三、,核医学显像类型（简介）,1,静态显像和