第一章-核医学.ppt

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核医学NuclearMedicine,ECT、PET,现代影像,CTMRIU-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）,发现和粒子,1899年曼彻斯特大学的卢瑟福（Rutherford）教授发现铀能发射和粒子，1900年维拉德（Villard）发现了射线，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（FredericJoliot,1900-1959）和他的妻子艾琳居里（IreneCurie,1897-1956，即玛丽居里的女儿）用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（HenriAlexanderDanlos,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,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）。

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。

放射性核素在生产、生活的应用,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（analyticaltechniquesinvitro）,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。

原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素（stablenuclide）;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（radiationdecay）。

放射性衰变,衰变：

发生于原子序数大于82的核素中衰变：

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线衰变：

前两者衰变之后，为中性的光子流,衰变的特点,衰变往往是继发于衰变或衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出-ray释放出过剩能量99Mo99mTc+-99Tc+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,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-t,放射性衰变的特点,指数衰减规律：

N=N0e-tN0：

（t=0）时放射性原子核的数目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-t1Bq=1次S-11Ci=3.71010Bq1Ci=1000mCi,射线与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用（,）电离与激发：

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（）光电效应康普顿效应电子对生成,光电效应,自由电子,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。

+AA*+e-（光电子）原子A+X射线,原子,受激原子,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。

MM+e+e-1+21.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本条件：

射线能量E1.02MeV,能量转化成质量M=E/C2,核医学必备的条件,放射性试剂（体外分析）（RadioactiveReagent）,放射性药物（诊断、治疗）（Radiopharmaceuticals）,核医学仪器（NuclearMedicalInstrument）,放射性药物的概念,放射性药物含有放射性核素,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、Ci脱标及辐射自分解,对诊断用放射性药物的要求,衰变方式（decaymode）同质异能跃迁、电子俘获、湮灭辐射,发射光子或X射线光子能量（photonenergy）100250keV有效半衰期（effectivehalf-life）检查过程用时的1.5倍左右靶/非靶比值（target-to-nontargetratio，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。

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-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131I治疗甲亢、甲癌，32P治疗真性红细胞增多症及32P玻璃微球行肝动脉灌注治疗肝癌等。

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,对治疗用放射性药物的要求,衰变方式（decaymode）-衰变、电子俘获（释放俄歇电子）光子能量（photonenergy）最大能量在1MeV以上比较理想有效半衰期（effectivehalf-life）数小时或数天靶/非靶比值（target-to-nontargetratio，T/NT）靶/非靶比值越高越好,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,放射性核素发生器（radionuclidegenerator）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,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（radiationdetector）电子学单元数据处理系统,r照相机,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,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（singlephotonemissioncomputedtomography,SPECT）。

1975年正电子发射型计算机断层显像（positronemissiontomography,PET）研制成功。

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singlephotonemissioncomputedtomography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。

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。

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。

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）。

二、吸收剂量（absorbeddose）单位质量的受照物质吸收射线的平均能量。

国际单位是戈瑞（gray，Gy），1Gy表示1千克受射线照射物质吸收射线能量为1焦耳，简写为j（kg）-1。

传统单位是拉德（rad）1Gy100rad,三、当量剂量（equivalentdose）HTR表示按照辐射权重因子（weightingfactor，WR）加权的吸收剂量，单位为J/kg。

HTR=DTR.WR针对特定组织或器官的量,是衡量射线生物效应及危险度的辐射剂量，国际制单位是希沃特（sievert，Sv）。

旧制单位是雷姆（rem），1Sv=100rem。

权重因子,作用于人体的辐射源,一天然本底辐射（naturebackground）宇宙射线、宇宙射线感生放射性核素和地球辐射。

一年的平均天然本底辐射剂量（1-6mSv）。

二、医疗辐射目前，医疗照射在公众受到的人工辐射源照射中居于首位。

医疗照射总的变化趋势是：

一方面受检人数逐年增加；另一方面同样项目的检查受到的照射逐年降低。

三、其他人工辐射源1.火力发电站火力发电站释放的主要放射性核素是钍（Th）和氡（Rn）及其衰变子体。

2.消费产品中的人工辐射,放射线对人体的影响,1.确定性效应确定性效应是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关，有明显的阈值，剂量未超过阈值不会发生有害效应。

一般是在短期内受较大剂量照射时发生的急性损害。

研究对象为个体。

2.随机效应随机效应研究的对象是群体，是辐射效应发生的几率（或发病率而非严重程度）与剂量相关的效应，不存在具体的阈值。

在放射防护中不能只满足于达到剂量限值，而对人员的照射应该达到尽可能低的剂量水平。

辐射损伤的化学基础,1.直接作用：

放射线与物质的相互作用导致的生物分子的电离和激发2.间接作用：

电离和激发产生的自由基导致的继发作用。

主要是水自由基对生物分子的损伤作用。

自由基（radicals）有一个或多个不配对电子而能独立存在的原子或分子，具有极高的不稳定性和化学反应性，存在的时间极其短暂。

对核酸分子主要作用于碱基、磷酸二酯键、核糖。

通过脂质过氧化作用造成体内包括细胞膜、线粒体膜等生物膜的损伤，使生物膜的能量传递、物质转运、信息识别等功能受到影响。

发生基因突变的小马标本，“戈尔巴乔夫小马”,辐射防护的目的与原则,目的：

防止有害的确定性效应限制随机效应的发生率，使之降到可以接受的水平原则：

实践的正当化放射防护最优化个人剂量限值,ICRP60号出版物建议的剂量限值,外照射防护措施,时间（time）防护距离（distance）防护屏蔽（shielding）防护,河南钴-60卡源事件,2009年6月7日辐照装置发生卡源，信息未公开。

7月17日，河南开封杞县流传钴60将爆炸的传言，大批群众逃离家乡，前往附近县市“避难”，商铺关门。

卡源对辐照室外不会产生任何辐射影响。

核医学检查与临床检查项目比较,统计表明，CT扫描，胸部透视，腹部透视，腰椎摄影，头颅摄影等X线检查的辐射当量剂量远远大于相应部位或相当部位的核医学显像和功能测定。

核医学辐射的特点

（1）对病人主要是内照射（即放射性核素进入人体内产生的照射），对医务人员主要是外照射（即放射性核素从人体外发射的射线对人体产生的照射），但管理不当也可产生内照射。

（2）由于放射性药物在体内的特殊分布，病人全身受照剂量小，个别器官、组织受照剂量高。

第五章放射性核素示踪技术与显像,（RadionuclideTracingTechniqueandImaging）,什么是示踪技术？

什么是示踪？

所谓示踪就是指示行踪。

什么是放射性核素示踪技（radionuclidetracingtechnique）就是以放射性核素或标记化合物作为示踪剂（tracer），通过探测放射性核素在发生核衰变过程中发射出来的射线，达到显示被标记的化学分子踪迹的目的，用以研究被标记物在生物体系或外界环境中分布状态或变化规律的技术。

Whatistracingtechnique?

第一节放射性核素示踪技术的原理与特点,PrincipleandCharacteristicofNuclideTracingTechnique,同一性放射性核素标记化学分子和相应的非标记化学分子具有相同的化学及生物学性质。

放射性核素的可探测性放射性核素能自发地放射出射线。

利用高灵敏度的仪器能进行定量、定位、定性探测。

动态观察各种物质在生物体内的量变规律。

基本原理,Or为什么放射性核素能作为示踪剂？

灵敏度高可以测定10-1410-18g物质合符生理条件不影响生物体原来状态，能反映机体真实的情况相对简便、实验误差小可避免反复分离、纯化造成的损失定性、定量与定位研究相结合缺点或不足需专用的实验条件及必要的防护设备；标记核素的脱标可能对实验结果造成影响,放射性核素示踪技术的特点,Characteristicofnuclidetracingtechnique,体内示踪技术（invivo）体外示踪技术（invitro）,放射性核素示踪技术的分类,按研究对象不同可分为,体内示踪技术（invivo）,物质吸收、分布及排泄的示踪研究常用于药物的药理学、药效学和毒理学研究，在药物的筛选、给药途径和剂型选择等方面都具有重要的价值。

2放射性核素稀释法是利用稀释原理对微量物质作定量测量或测定液体容量的一种核素示踪方法。

比一般化学分析方法更简单，灵敏度更高，广泛地用于研究人体各种成分的重量或容量，如测定身体总水量、全身血容量（包括RBC容量和血浆容量）、细胞外液量、可交换钠量和可交换钾量等。

体内示踪技术（invivo）,3放射自显影技（autoradiography，ARG）是根据放射性核素的示踪原理和射线能使感光材料感光的特性，借助光学摄影术来检查及记录被研究样品中放射性示踪剂分布状态的一种核技术。

具有定位精确、灵敏度高、可定量分析等优点，广泛用于药理学、毒理学、细胞学、血液学、神经学、遗传学等学科领域。

体内示踪技术（invivo）,4放射性核素功能测定放射性药物引入机体后，根据其理化及生物学性质参与机体特定的代谢过程，并动态地分布于有关脏器和组织，通过检测仪器可观察其在有关脏器中的特征性消长过程，从而了解相应脏器的功能状况。

如甲状腺吸131I功能测定、肾功能测定等（见下图）。

体内示踪技术（invivo）,放射性核素功能测定,甲状腺吸131I功能测定,患者口服131I,甲状腺吸碘功能测定仪,甲状腺吸碘功能测定结果,放射性核素功能测定,肾功能测定（微机肾图）,静脉注射经肾小球滤过或肾小管摄取排泄的示踪剂,肾功能测定仪,肾功能测定结果,5放射性核素显像技术是根据放射性核素示踪原理，利用放射性核素或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，从体外获得脏器和组织功能、结构影像的一种核技术（见下图）。

体内示踪技术（invivo）,放射性核素显像,向患者体内引入特定示踪剂（或显像剂）,核医学显像设备,SPECT,PET,1体外示踪结合放射分析是指在体外条件下，以放射性核素标记的抗原、抗体或受体的配体为示踪剂，以特异性结合反应为基础，以放射性测量为定量方法，对微量生物活性物质进行定量分折的一类技术的总称，包括放射免疫分析、免疫放射分析、放射受体分析等。

体外示踪技术（invitro）,物质代谢与转化的示踪研究不仅能够对前身物、中间产物、最终产物做出定性分析，还可用以研究前身物转化为产物的速度、转化条件、转化机制以及各种因素对转化的影响。

例如，用3H-TdR（氚-胸腺嘧啶核苷）掺入DNA作为淋巴细胞转化的指标观察细胞免疫情况；用125I-UdR（尿嘧啶核苷）掺入RNA，可作为肿瘤细胞增殖速度的指标，用于抗肿瘤药物的药敏实验研究等。

体外示踪技术（invitro）,细胞动力学分析是研究各种增殖细胞群体的动态量变过程的方法，包括增殖、分化、迁移和衰亡等过程的变化规律以及体内外因素对它们的影响和调控等。

以细胞周期时间测定最为常用（见下图）。

体外示踪技术（invitro）,S,DNA合成期,G2,合成后期,M,有丝分裂期,G1,DNA合成前期,3H-TdR掺入,Observewindow,G0期,death,放射自显影观察特有的变化,活化分析是通过使用适当能量的射线或粒子照射待测样品，使待测样品中某些稳定的核素通过核反应变成放射性核素（活化），然后进行放射性测量和能谱分析，获得待测样品中稳定性核素的种类与含量（分析）的超微量分析技术。

活化分析是各种痕量分析法中灵敏度最高的方法之一。

体外示踪技术（invitro）,第二节放射性核素显像,（RadionuclideImaging）,SPECT,liver,脏器和组织显像的基本原理是放射性核素的示踪作用：

不同的显像剂在体内有其特殊的分布和代谢规律，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，而显像剂中的放射性核素可发射出具有一定穿透力的射线，利用放射性测量仪器（相机、SPECT、PET、SPECT/CT、PET/CT等）可在体外被探测、记录到这种放射性浓度差，从而在体外显示出脏器、组织或病变部位的形态、位置、大小以及脏器功能变化。

基本原理,不同的脏器、组织或病变选择性聚集显像剂的机理,1.合成代谢：

131I甲状腺2.细胞吞噬：

99mTc-硫胶体肝、脾、骨髓3.循环通路：

99mTc-RBC心血池，99mTc-DTPA胃排空4.选择性农聚：

99mTc-PYP心肌梗塞灶，亲肿瘤显像剂肿瘤5.选择性排泄：

99mTc-DTPA肾脏99mTc-EHIDA胆道系统6.通透弥散：

放射性惰性气体133Xe肺7.离子交换和化学吸附：

99mTc-MDP骨8.特异性结合：

抗体抗原、配体受体,1.根据影像获取的状态分为,显像的类型,静态显像（staticimaging）：

当显像剂在脏器内或病变处的浓度达到高峰且处于较为稳定状态时进行的显像。

主要反映脏器的位置、大小、形态及功能等信息。

动态显像（dynamicimaging）：

在显像剂引入体内后，迅速以设定的显像速度动态采集脏器的多帧连续影像或系列影像，称为动态显像。

其不仅可以反映脏器的动脉血流灌注和组织内早期血液分布情况，还可以进行定量分析。

动态显像,肾动脉灌注显像,甲状腺动态显像,静态显像,甲状腺,肾,甲状腺,肝,显像的方式和种类静态显像动态显像（staticimaging）（dynamicimaging）,2.根据影像获取的部位分为,显像的类型,局部显像（regionalimaging）,全身显像（wholebodyimaging）,全身骨,局部骨,甲状腺,3.根据影像获取的层面分为,显像的类型,断层显像（tomographicimaging）,平面显像（planarimaging）,心肌断层显像（短轴切面）,脑血流灌注断层显像（横断面）,心肌平面显像,显像的方式和种类平面显像断层显像（planarimaging）（tomography）,5.根据显像剂对病变组织的亲和力分为,显像的类型,阴性显像（negativeimaging）,阳性显像（positiveimaging）,全身骨显像（多发热区）,亲心肌梗死灶显像,肝胶体显像,6.根据显像时机体的状态分为,显像的类型,负荷显像（stressimaging）,静息显像（restimaging）,心肌的静息与负荷显像,融合显像（fusionimaging）,AnatomyMetabolism,脑r照相,部分脏器的照相图片,肝胆系统r照相,甲状腺r照相,肾脏r照相,肝脏r照相,甲状腺ECT显像,肾血流灌注ECT显像,肝胆ECT显像,肝脏ECT显像,肾脏ECT显像,全身骨显像,下肢静脉显像,肺显像,心肌血流灌注显像,脑血流灌注显像,PET正电子发射型计算机断层显像,可同时提供脏器组织的功能和结构变化，有助于疾病的早期诊断可用于定量分析具有较高的特异性安全、无创,放射性核素显像的特点,不同影像的比较,ECT主要反映脏器或组织的功能、血流与代谢，也反映其形态，但分辨率较CT,MRI差。

CT,MRI主要反映解剖学形态变化，分辨率较好，有时也反映其功能变化，但不如ECT。

ECT显像时不同脏器显像需不同药物，同一脏器不同目的显像，也要用不同药物。

CT,MRI检查时，任何脏器较单纯，均只有普通平扫和增强。

谢谢！