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1、核医学基础,核医学基础,复习：1、如何增大X线强度？2、如何增多X线的量?3、如何提高X线的硬度？,复习：,概述基本概念核医学仪器,核 医 学 基 础（Nuclear Medicine）,概述 核 医 学 基 础（Nuclear Med,是将核技术应用于医学领域的学科，是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科。 属于临床医学。,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,研究内容,实验核医学 利用放射性核素进行生物医学的理论研究。临床核医学（clinical nuclear medicine） 1.诊断核医学 体内诊断 体外诊断 2.治疗核医学,研究内容实验核医学,
2、二、基本概念,1.原子核（nucleus）结构2.核素（nuclide）3.同位素（isotope）4.同质异能素(isomer) 5.稳定核素（stable nuclide)6.放射性核素 (radionuclide)7.放射性衰变（radiation decay） 8.半衰期,T1/2 (half-life) 9.放射性活度A （radioactivity）,二、基本概念1.原子核（nucleus）结构,1. 原子核（nucleus）结构,原子（atom）,中子（neutron）,质子（proton）,电子（electron）,AZN,A,13153I78,131I,A是质量数。 A=Z+
3、N,1. 原子核（nucleus）结构原子（at,基态（ground state）,激发态（excited state）,核反应、核裂变、放射性衰变,A,Am,99Tc,99mTc,很快放出过剩能量,基态 激发态核反应、核裂变,2.核素（nuclide） ：具有特定质量数、原子序数与核能态的一类原子。,3. 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(isomer) ：有相同质量数和原子序数，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,5. 稳定核素（stable nuclide)原子核的稳定性与核内质子数和
4、中子数的比例有关。当原子核内引力与排斥力平衡时，原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。,引力静电排斥力核子（质子和中子统称为核子）之间质子之间,5. 稳定核素（stable nuclide)引力,6.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调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。如 99Tcm、131I、32P、90Sr、153Sm、188Re、125I、60Co等。,引力静电排斥力核子（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,7.放射性衰变（radiation decay） 放射性核素的原子由于核内结
5、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。,7.放射性衰变（radiation decay）,核衰变类型（nuclear decay),衰变（alpha decay）-衰变（beta decay ）正电子衰变电子俘获（ electron capture ）衰变（gamma decay ）,核衰变类型（nuclear decay)衰变（alpha,1）衰变 核衰变时放射出粒子的衰变。 AZX-A-4Z-2Y+42He+Q,42He,1）衰变,粒子特性,粒子实质上是He原子核；衰变发生在原子序数大于的重元素核素；在空气中的射程约为cm，在水中或机体内为0
6、.06-0.16mm；因其射程短，一张纸即可阻挡；但粒子的电离能力很强。对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在的优势。,粒子特性粒子实质上是He原子核；,2）衰变,核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变。衰变后核素的原子序数可增加或减少，但质量数不变。分衰变、衰变和电子俘获三种类型。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。,衰变,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,粒子的特性,粒子实质是负电子；衰变后质量数不变，原子序数加；粒子的能量分布从0最大具有连续能
7、谱，穿透力比a粒子大；电离能量比a粒子弱，能被铝和机体吸收；在软组织中的射程仅为几厘米，可用于治疗，如碘治疗甲亢。,粒子的特性粒子实质是负电子；,衰变,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,粒子的特性,粒子实质是正电子；衰变后子核质量数不变，但质子数减； 也为连续能谱； 天然核素不发生衰变，只有人工核素才发生；应用：PET成像。,粒子的特性粒子实质是正电子；,电子俘获(electron capture,EC),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，使核内一个
8、质子转化为一个中子。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(electron capture,EC)核衰变时俘,3）衰变与内转换,衰变是伴随其它衰变而产生；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,射线特性,射线为光子流，不带电，穿透力强，电离能力弱；射线在真空中速度为30万km/s。 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；,三种衰变的比较,衰变质量、质子
9、数都变；衰变质子数变，质量数不变；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；,射线 -射线 正电子电子俘获 射线,氦核（42He）,发生于原子序数82的核素粒子质量大，带电核射程短、穿透力弱，不适合显像,射程短、能量单一，对局部的电离作用强，引入体内后，对其局部的生物组织产生严重损伤，而不影响远处组织。因此对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在优势,应用,特征,组成,高速运动的电子流,穿透力弱,治疗，如32P-真性红细胞增多症，131I甲状腺疾病,+粒子,发生于贫中子核素射程仅12mm,PET显像,光子,发生于衰变、衰变或核反应之后不带电荷，运动速度快（等于
10、光速），穿透力强，对组织的局部作用较-射线和射线弱,体外显像,射线俄歇电子内转换电子,发生于贫中子核素,核医学显像、体外分析、放射性核素治疗,射线 -射线 正电子,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新元素的核。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。,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,8. 半衰期，T1/2 (half-life)物理半衰期（physical half life）:放射性核素减少至一半，所需的时
11、间。越短说明核素衰变越快。生物半衰期（biological half life）: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。有效半衰期（effective half life）: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),T1/2为每一放射性核素所特有。测定T1/2可确定核素种类，甚至可推断放射性核素混合物中核素种类。例如：99mTc 6Hr 153Sm 47Hr 131I 8Day 186Re 90Hr 32P 14Day 125I 60day,T1/2为每一放射性核素所
12、特有。测定T1/2可确定核素种类，,9.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比率； 它反映该核素衰变的速度和特性；值大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响。,9.放射性活度（radioactivity）,衰变公式,衰变公式：Nt=Noe-t； A=Aoe-t特性：不同的放射性核素有不同的；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；,t,N,logN,t,衰变公式衰变公式：Nt=Noe-t； A=Aoe-ttN,贝克（Bq）为放射性活度的国际单位， 1Bq表示放射性核素每秒衰变1次；居里（Ci）为
13、旧的单位，1Ci表示每秒衰变3.7x1010次。1Ci=3.7x1010Bq,即1mCi=37MBq,第十一节核医学基础课件,中国计量科学研究院生产,RM-905型医用活度计（2000年）推出采用RS-232接口与计算机通讯，随机提供Windows9x管理软件光盘。可测99mTc、131I等。 可测153Sm、186Re及18F、15O、13N等正电子药物。 量程范围：1Ci-10Ci（99mTc）,中国计量科学研究院生产RM-905型医用活度计（2000年,普通核医学仪器可测1Bq，约为10-16g 。天平： 10-5g 微量化学分析： 10-9g 荧光分析： 10-11g 10-12g 光
14、谱分析： 10-10g,普通核医学仪器可测1Bq，约为10-16g 。,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,三、核医学仪器基本原理,Gamma相机空间分辨率4mm；能量分辨率11%；Gamma相机是对体内示踪核素释放出来的Gamma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、肾、心血管等脏器的病变和动态功能。,Gamma相机,Gamma刀：1968年，西班牙医师Salorio采用DET/PET显示癫痫低代谢区（即癫痫放
15、电区），又采用X刀/伽玛刀，治疗11只神经科疾病猫（局部药物致痫）。结果，8只猫神经科疾病发作停止，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。,Gamma刀：1968年，西班牙医师Salorio采用DET,伽马刀,Co60远距离治疗机,伽马刀Co60远距离治疗机,核医学成像,单光子发射型计算机体层(single poton emission computed tomography，SPECT)正电子发射型计算机体层(positron emission computed to
16、mography，PET),核医学成像单光子发射型计算机体层,核医学显像 X-CT显像,仪器 SPECT、PET T-CT、螺旋CT成像 发射型成像 穿透型成像 （r射线由体内射出成像） （X射线穿透人体成像）成像原理 利用脏器内外或脏器与 利用脏器内外或脏器与病 病变之间的放射性浓度 变之间的密度差别为基础 差别为基础成像性质 生理、功能显像为主 形态、结构显像为主优、缺点 早期诊断 分辨率高、图像清晰 分辨率低、图像清晰度差 不能反映功能改变,核医学成像,核医学显像 X-CT显像仪器,CT,SPECT,融合图象,SPECT/CT同机图像融合技术示意图,SPECT,CTSPECT融合图象SP
17、ECT/CT同机图像融合技术示意图,SPECT的结果2例癫痫患者SPECT图像:发作间期低灌注(A图)，发作期高灌注(B图)。癫痫灶发作间期在SPECT上呈低灌注暗影，发作期变为高灌注亮影。,SPECT的结果,SPET,SPET,PET,PET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,PET,PET,PET,PET,PECT结果举例癫痫患者PET图像:癫痫灶在发作间期呈低代谢，发作期变高代谢。,肺癌,PECT结果举例肺癌,谢谢！,谢谢！,
