核医学总论课件.ppt

《核医学总论课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核医学总论课件.ppt（80页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、核医学总论核医学总论核医学定义与内容核医学定义与内容核医学发展史核医学发展史第一节：核医学定义核医学定义Nuclear Medicine *是应用放射性核素或核素标记物进行临床诊断、治疗疾病及生物医学研究的学科。*核技术核技术+医学：研究核技术在医学医学：研究核技术在医学中的应用及其理论的综合性边缘科中的应用及其理论的综合性边缘科学学 *根据我国医学专业学位的设置，根据我国医学专业学位的设置，属于属于“影像医学与核医学影像医学与核医学”学位点学位点 分类诊断核医学临床核医学治疗核医学体外分析体内显 像检查法非显像检查法核医学实验核医学核医学内容核医学内容（一）放射性核素示踪技术放射性核素示踪技

2、术 放射性核素动力学分析放射性核素动力学分析体外放射分析体外放射分析放射自显影，放射自显影，活化分析活化分析微型微型PET 或或 动物动物PET实验核医学研究医学领域的疑难问题研究医学领域的疑难问题发展、创立新的诊疗技术和方法发展、创立新的诊疗技术和方法推动临床核医学的发展推动临床核医学的发展 实验核医学相当于外科学的解剖和生理实验核医学相当于外科学的解剖和生理学，为正确应用核技术提供理论基础学，为正确应用核技术提供理论基础 实验核医学的作用核医学内容（二）l临床核医学：临床核医学：l是利用放射性核素及核素标记物诊断和治疗疾病的临床医学内容，是核医学的重要部分。l包括包括体外测定体外测定、显像

3、诊断显像诊断和和核素治疗。核素治疗。主要特征 核医学是现代医学的重要组成部分核医学是现代医学的重要组成部分 因为它因为它有以下特征有以下特征:体内物质代谢的动态观察体内物质代谢的动态观察反映器官在整体及局部上的功能反映器官在整体及局部上的功能 简单简单,安全及非侵害的诊断和治疗安全及非侵害的诊断和治疗.高灵敏检测高灵敏检测,灵敏度灵敏度:10-1210-15g 能应用于大部分学科及医学专业能应用于大部分学科及医学专业核医学是一门年轻的学科真正形成核医学学科的历史很短18962006Becquerel放射现象1903Becquerel 发现放射现象 物理学奖1903 Marie.Curie 发现

4、镭等元素 物理学奖1911 Marie.Curie 化学奖1908 Rutherford 发现铀能发射和粒子，化学奖1921 Frederick Soddy 放射性物质和天然同位素研究，化学奖，“同位素”一词也是他1913年与苏格兰物理学家Margaret Todd在一次午餐谈话中提出.1921 Albert Einstein 发现光电效应的定律获物理奖1922 Aston 发现大量同位素及其质谱获化学奖1923 Millikan 在元素的光电效应电荷研究方面获物理学奖1927 Compton 发现了以他本人名字命名的“Compton效应”获物理学奖1935 Joliot和他的妻子Irne J

5、oliot-Curie人工方法合成新的放射性元素获化学奖核医学与诺贝尔奖1935 Chadwick 发现了中子获物理学奖 1936 Anderson 发现了正电子获物理学奖1938 Fermi 用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖1930 Ernest Orlando Lawrence 生产出回旋加速器1939年获得物理学奖1923 Hevesy 首先用同位素进行生命科学示踪研究，提出了“示踪技术”的 概念，1943年获诺贝尔化学奖。1944 Hahn 在原子核裂变研究方面获化学奖1960 Libby 发明了放射性14C测龄技术获化学奖1959 Berson和Yalow 建立

6、了放射免疫分析法1977年Yalow获诺贝尔医学奖1984 Jerne等 在免疫系统的控制以及单克隆抗体的研究中获医学奖核医学与诺贝尔奖 Becquerel1896年法国物理学家 Becquerel发现了铀的放射性，第一次认识到放射现象。他在研究铀盐时，发现铀能使附近黑纸包裹的感光胶片感光，由此断定铀能不断地发射某种看不见的，穿透力强的射线。1903年与Curie夫人共获Nobel物理学奖。History look backMarie S.CurieS.Curie 18981898年在巴黎的波兰化学家年在巴黎的波兰化学家Curie Curie(1867-1934)(1867-1934)与他的与

7、他的丈夫丈夫 Pierre Pierre共同发现了镭共同发现了镭（即（即8888号元素），他们从号元素），他们从3030吨沥青铀矿中提取了吨沥青铀矿中提取了2mg2mg镭。镭。此后，又发现了此后，又发现了PuPu和和ThTh天然天然放射性元素。放射性元素。19031903年年CurieCurie与与 Bequerel Bequerel共共获获NobelNobel物理学奖，物理学奖，19111911年年又获得又获得NobelNobel化学奖化学奖。History look backDanlos(1844-1912)1901年法国医师Danlos将放射性镭与结核的皮肤病变接触，试图治疗皮肤病，可以

8、说是第一次医学应用。History look backThe father of clinical nuclear medicine 1926年美国Boston内科医师Blumgart首先应用放射性氡研究循环时间，第一次应用了示踪技术。将氡从一侧手臂静脉注射后，在暗室中通过云母窗观察其在另一手臂出现的时间，以了解动-静脉血管床之间的循环时间。后来他又进行了多领域的生理、病理和药理学研究。被誉为”临床核医学之父”。History look backThe father of experimental nuclear medicine美国化学家 Hevesy，最早将同位素示踪技术用于植物的研究、人

9、体全身含水量等生理学研究，并发明了中子活化分析技术。于1943年获得了Nobel奖金。并被称为The father of experimental nuclear medicine。History look backErnest Lawrence1930年美国加州大学校园里，物理学家Ernest Lawrence生产出一个回旋加速器，并生产出多种同位素。1936年，他的兄弟，内科医师John Lawrence 首先用P-32治疗白血病。1939年获物理奖。History look backModern cyclotronJohn Lawrence&Joseph Hamilton History

10、 look back John LawrenceJoseph HamiltonIrne Curie&Frederic Joliot1934年，法国放射化学家Curie 和她的丈夫 Joliot,第一次用人工核反应生产出放射性核素。同年Fermi 等人用中子源轰击靶核生产出多种核素。a粒子 Al 30PFermi1938年，芝加哥大学Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖。1942年建立了世界上第一座核反应堆，首先生产出放射性碘，为人工放射性核素的大量生产创造了条件，也导致了1945年第一颗原子弹的爆炸。同年，Joseph Hamilton发表了用放射性碘研究甲状腺功能

11、的报告。History look back广岛长崎日本广岛、长崎原子弹爆炸后Cassen and scanner and scanner(扫描机扫描机)1951年美国加州大学的 Cassen研制出第一台闪烁扫描机(Scintillation scanner)逐点打印方式获得器官的图像促进了显像的发展美国核医学会专门设立了 “Cassen award”Nuclear instrument and developmentDavid Kuhl1952年美国Pennsylvania大学一年级医学生David Kuhl设计了扫描机光点打印法。1959年用双探头扫描机进行断层扫描，并进一步研制和完善断层显

12、像仪器，使得SPECT和PET成为核医学显像的主要方法。1996年获得“Cassen award”，被称为 The father of emission tomography。可以认为，没有他的远见，核医学有可能不会发展成为具有特色的专业。History look backThe father of emission tomographyRobert Newell1952年Robert Newell发明了聚焦多孔准直器提出了Nuclear 一词。History look backAnger andcamera1957年Anger研制出第一台照相机，称之为 Anger照相机。1963年在日内瓦原

13、子能和平会议上展出。克服了逐点扫描打印的不足，使核医学显像走向现代化阶段。History reviewBerson&Yalow1960年美国的Berson和Yalow 将核技术与免疫学技术结合建立了放射免疫分析法。首先用于测定血浆胰岛素浓度，由于该法对医学的巨大贡献，1977年Yalow获得了Nobel Prize。YalowYalowBersonBersonHistory reviewRadioimmunoassay当今世界最著名的核医学专家Wagner Jr.美国霍普金斯医学院教授连续25届在美国核医学年会上作总结报告。圣地亚哥，智利圣地亚哥，智利青年学者奖青年学者奖Development

14、 of nuclear medicine in 1970ComputerNuclear MedicineQualityQuantitativeSPECTPET99Mo-99mTc发生器发生器体外放射分析技术显像药物发展广泛应用测定体内300多种微量物质Molecular nuclear medicine 受体密度与功能基因的异常表达生化代谢变化细胞信息传导临床诊断临床治疗疾病研究提供分子水平信息分子水平治疗手段分子核医学的形成分子影像学的形成Formation of Isotope and Nuclear MedicineIsotope一词是1913年苏格兰物理学家Margaret Todd在

15、与Soddy的一次午餐谈话中提出的。由于放射性同位素不包括同质异能素，1968年美国的Wagner教授在他的教科书中广泛确立了Nuclear Medicine，取代了同位素与放射性物质。1969年，“Nuclear Medicine”正式在一本“术语学手册”中作为放射性同位素在疾病诊断和治疗应用的分支被确立。1970将同位素科更名为核医学科。History review核医学已发展成为一门完整的临床学科核医学有其自身的理论、方法和应用范围有诊断、治疗、门诊甚至病房承担教学、科研和培干工作，不同于一般的医技科室。Origin of Chinese nuclear medicine 我国核医学起源

16、于1956年,在军委卫生部的领导下，由王世真和丁德泮教授主持，在西安第四军医大学举办了生物医学同位素应用训练班，这是我国第一个同位素应用学习班，1957年又举办了第二期，标志着我国核医学的诞生。1958年在北京举办了第一个同位素临床应用训练班，有10名学员参加，成为核医学进入临床应用的起点，也被列为当时国家的一项重要任务。后又在津,沪,穗举办了24期。History review王世真院士1996,上海Development of Chinesenuclear medicine60年代我国核医学有了较大发展，各省相继开展了临床应用工作，同位素和核探测仪器的研制取得重要成绩。70年代，在全国得到

17、了普及。1977年我国将核医学作为医药院校本科生必修课，教育部和卫生部先后组织编写了多版规划教材。1980年成立了中华医学会核医学分会及各省市核医学分会。1981年创办了中华核医学杂志。部分核医学教材核医学科室核医学科室核医学科室核医学科室500500500500博士点博士点1111Present situation of China硕士点硕士点3030中国大陆博士后博士后博士后博士后博士后博士后流动站流动站流动站流动站流动站流动站Request of learning通过学习要求对核医学基本理论、在医学中的作用、应用范围及其特点有一个基本了解。在总论部分重点掌握核医学的某些基本概念和定义，各

18、论部分重点掌握各种诊断方法的基本原理、临床应用价值及评价，核医学技术与其它相关技术的比较。核医学是一门新兴综合学科，除了需要医学知识外，还需具备基本的物理、化学、计算机等相关知识。核医学又是影像医学的一部分，因此要求了解相关影像学的特点。思考题思考题核医学的定义核医学的主要内容核医学的主要特点核医学与医学的发展核医学物理基础知识第二节：医学影像专业核医学 原子原子 放射性核衰变放射性核衰变 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用核医学核医学物理基础物理基础原子和原子结构原子和原子结构原子（atom）是构成元素的基本单位，不同元素的原子具有不同的性质，但是原子的基本结构大致相同。原子结构原子结

19、构原子核中子质子电子+原子核结构原子核结构:X X为元素符号为元素符号Z Z为质子数为质子数N N为中子数为中子数A A为质量数为质量数原子核结构原子核结构同位素、同质异能素、核素同位素、同质异能素、核素同位素同位素 凡原子核具有相同的质子数而中子数不同的元素互为同位素。如125I、131I、132I均有53个质子，但中子数不同，在元素周期表中处于同一位置，是同一元素-碘元素。一种元素往往有几种甚至几十种同位素。一个元素所有同位素的化学和生物性质几乎都一样，但物理性质可能有所不同。同位素同位素凡同一元素的不同核素（质子数同，中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，

20、互称为该元子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素素的同位素。4元素、核素、同位素元素、核素、同位素元素元素具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其具有相同质子数的原子，化学性质相同，但其中子数可以不同，如中子数可以不同，如131131I I和和127127I I；核素核素质子数相同，中子数也相同，且具有相同能量质子数相同，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，状态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如如131131I I、127127I I、3 3H H、99m99mTcTc、9999TcTc分别为分别为3 3种元素的种元素的5 5

21、种核素；种核素；同质异能素同质异能素质子数和中子数都相同，但处于不同的质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，核能状态原子，如如99m99mTcTc、9999TcTc。原子核稳定，不会自发衰变的核素称为原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳稳定核素定核素(stable nuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结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构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放放射性核素射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级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调整，自发地释放

22、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线并转化为另一种原子的过程称为放射性放射性衰变衰变(radiation decay)。稳定核素与放射性核素稳定核素与放射性核素第二节第二节 放射性衰变放射性衰变衰变（衰变（decay）衰变是放出衰变是放出粒子的放射性衰变。粒子的放射性衰变。粒粒子是由两个质子和两个中子组成，实子是由两个质子和两个中子组成，实际是氦核际是氦核42He。因而。因而衰变时，母核放衰变时，母核放出出粒子后，粒子后，质量数减少质量数减少4，原子序数，原子序数减少减少2。-衰变（-decay）：-衰变发生在衰变发生在中子过剩中子过剩的原子核。的原子核。衰变时放出一个衰变时放

23、出一个-粒子（电子）粒子（电子）和反中微子。核内一个和反中微子。核内一个中子转变中子转变为质子为质子。因而子核比母核中子数。因而子核比母核中子数减少减少1 1，原子序数增加，原子序数增加1 1，原子质，原子质量数不变。量数不变。+衰变（+decay）：l+衰变发生在衰变发生在中子较少中子较少的原子核。的原子核。衰变时放出一个衰变时放出一个粒子（正电子）粒子（正电子）和反中微子。核内一个和反中微子。核内一个质子转变为质子转变为中子中子。因而子核比母核质子数减少。因而子核比母核质子数减少1 1，原子质量数不变。，原子质量数不变。衰变 原子核从激发态（原子核从激发态（excited stateexc

24、ited state）回复到基态（回复到基态（ground stateground state）时，以）时，以发射发射光子释放过剩的能量，这一过光子释放过剩的能量，这一过程称为程称为衰变。衰变。这这种种激激发发态态的的原原子子核核常常是是在在衰衰变变、衰衰变变或或核核反反应应之之后后形形成成的的。射射线的本质是中性的线的本质是中性的光子流光子流。正电子衰变正电子衰变 由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变，称为正电子衰变，也叫+衰变。衰变时发射一个正电子和一个中微子（），原子核中一个质子转变为中子。+衰变时母核和子核的质量数无变化，但子核的核电荷数减少一个单位，+衰变可用下式表示：189F18

25、8O+0.66MeV正电子衰变核素，都是人工放射性核素。正电子射程仅12mm，在失去动能的同时与其邻近的电子（）碰撞而发生湮灭辐射，在二者湮灭的同时，失去电子质量，转变成两个方向相反、能量皆为511 keV的光子。正电子发射断层仪（PET）能探测方向相反的511 keV光子，进行机体内的定量、定性和代谢显像。电子俘获衰变 原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个中微子的过程称为电子俘获衰变。发生在缺中子的原子核，与正电子衰变时核结构的改变相似。一个质子俘获一个核外轨道电子转变成一个中子和放出一个中微子，子核的原子序数比母核减少一个单位，在元素周期表向左移一个位置，质量数

26、不变。电子俘获衰变图原子核俘获一个内层电子（1）外层电子向内层补充（2）两层轨道之间能量差转换成特征X射线（3）或俄歇电子释放（4）。内转换电子过程电子俘获后，仍处于激发态的原子核把能量转给一个核外电子（1），这个电子被逐出原子成为内转换换电子（2），外层电子填补空穴，原子核回复到基态（3），能量由特征X射线（4）或俄歇电子携走（5）指数衰减规律指数衰减规律 N=N0e-t N0:（t=0）时放射性原子）时放射性原子 核的数目核的数目N:经过经过t时间后未发生衰变的放射性原时间后未发生衰变的放射性原子核数目子核数目:放射性原子核衰变常数放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质有关，与外大小

27、只与原子核本身性质有关，与外界条件无关界条件无关;数值越大衰变越快数值越大衰变越快半衰期半衰期半衰期半衰期(half-live)(half-live)：放射性原子核数从N0衰变到N0的1/2所需的时间N=NN=N0 0e e-t t衰变规律衰变规律放射性核素的另一个特征性的物放射性核素的另一个特征性的物理量理量半衰期半衰期，T T1/21/2（half-lifehalf-life），），表示原子数从表示原子数从N N0 0衰变到衰变到N N0 0的一半的一半所要的时间。所要的时间。放射性活度减少至一半所需要的时放射性活度减少至一半所需要的时间称作间称作物理半衰期（物理半衰期（T1/2）。重要概

28、念重要概念生生物物半半排排期期Tb是是指指生生物物体体内内的的放放射射性性核核素素经经由由各各种种途途径径从从体体内内排排出出一一半半所所需需要要的时间。的时间。有有效效半半衰衰期期TeffTeff是是指指生生物物体体内内的的放放射射性性核核素素由由于于从从体体内内排排出出和和物物理理衰衰变变两两个个因因素素作作用用，减减少少至至原原有有放放射射性性活活度度一一半半所所需的时间。需的时间。放射性活度 l放射性活度的旧制单位是居里放射性活度的旧制单位是居里（curiecurie），），1 1居里表示每秒居里表示每秒3.73.710101010次核衰变。次核衰变。l放射性活度（放射性活度（radi

29、oactivityradioactivity）是表示单位时间内发生衰变的原是表示单位时间内发生衰变的原子核数。子核数。l新的国际制单位是贝可（新的国际制单位是贝可（BqBq）。）。1Bq1Bq定义为每秒一次衰变。定义为每秒一次衰变。单位换算1Ci=3.73.7101010101010 Bq=37GBq=1000mCi1mCi=3.73.7101010107 7 Bq=37MBq=1000uCi 1uCi=3.73.7101010104 4 Bq=37kBq比活度与放射性浓度为了表示各种物质中的放射性核素含量，通常还采用比活度及放射性浓度。比活度定义为单位质量或单位摩尔物质中含有的放射性活度，单

30、位是Bq/g，MBq/g、MBq/mol。放射性浓度定义为单位体积溶液中所含的放射性活度，单位是Bq/ml、mCi/ml等。临床核医学使用放射性浓度较多。射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线的运动空间充满介质，射线就会与物质发生相互作用，射线的能量不断被物质吸收。这种相互作用亦称射线的物理效应，是我们了解辐射生物效应、屏蔽防护以及放射性检测、核素显像和治疗的基础。带电粒子与物质的作用带电粒子与物质的作用 电离作用（ionization）入射粒子（、）作用于原子（1）使轨道电子成为自由电子（2）而原子成为正离子。激发作用（excitation）能量E作用于内层轨道电子（1）使其跃迁到外层

31、轨道（2）外层电子填补空穴（3）原子核从稳定状态成激发状态，同时发射特征X射线（4）或俄歇电子释放出多余能量。散射作用（scattering）射线粒子受到原子核静电场射线粒子受到原子核静电场作用，改变原来运动方向，作用，改变原来运动方向，能量无损失。能量无损失。韧致辐射 高高高高速速速速带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子通通通通过过过过核核核核电电电电磁磁磁磁场场场场使使使使受受受受到到到到突突突突然然然然阻阻阻阻滞滞滞滞，运运运运动动动动方方方方向向向向和和和和速速速速度度度度都都都都发发发发生生生生变变变变化化化化，能能能能量量量量减减减减低低低低，多多多多余余余余的的的的能能能能量量量量以

32、以以以X X X X射射射射线线线线的的的的形形形形式式式式辐射出来，称为辐射出来，称为辐射出来，称为辐射出来，称为bremsstrahlungbremsstrahlungbremsstrahlungbremsstrahlung。致辐射的强度和粒子的反向散射的几率随屏蔽物质的原子序数增大而增大，随粒子的能量增加而增加。射线的屏蔽要用原子序数低的材料，如铝、塑料、有机玻璃等。射线由于自身质量数大、运行速度慢，较少产生韧致辐射。吸收作用带电粒子使物质的原子发生电离和激发的过程中，射线的能量全部耗尽，射线不再存在，称作吸收。粒子在物质中沿运动轨迹所经过的距离称为路程，而路程沿入射方向投影的直线距离称

33、为射程。带电粒子的能量损失与粒子的动能和吸收物质的性质有关，所以射程能比较直观地反映带电粒子贯穿本领的大小。光子与物质的相互作用光子与物质的相互作用射线和X射线及轫致辐射等属于电磁辐射，都是中性光子流，与物质相互作用方式相同，只与光子的能量有关主要产生三个效应：光电效应、康普顿效应和电子对生成。光电效应光电效应光子被原子内层电子吸收（1），全部能量被电子吸收使之成为自由的光电子（2），其位置由外层电子填补（3），同时发射出特征X射线（4）或俄歇电子（5）。康普顿效应康普顿效应光子将部分能量传递给核外电子，使之成为康普顿电子发射出来，而光子能量减少，改变方向运行。电子对生成能量大于1.022MeV光子穿过物质时，光子与原子核电场的相互作用过程中，突然消失而产生一对正、负电子，其能量转变为电子对的动能。思考题何谓同位素、同质异能素、核素？带电粒子、射线与物质的哪些作用是放射线探测和放射性核素治疗的基础？哪种效应对单光子显像有不利作用？何谓放射性强度、放射性比活度、放射性浓度？