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讲授内容

注解

 

 

一、定义和学科分类

1.定义:核医学(nuclear medicine)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。

2.学科分类

为临床医学。根据我国医学专业学位点的设置,核医学属于影像医学与核医学学位点。

3.核医学显像与X-CT显像的区别

目前影像医学包括X线诊断学、超声影像诊断学和磁共振影像诊断学。

核医学显像与X-CT显像的区别

 

核医学显像

X-CT显像

仪器

SPECTPET

T-CT、螺旋CT

成像

发射型成像(r射线由体内射出成像)

穿透型成像(X射线穿透人体成像)

成像原理

利用脏器内外或脏器与病变之间的放射性浓度差别为基础

利用脏器内外或脏器与病变之间的密度差别为基础

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

二、核素显像的优缺点

1)        早期诊断:血流、代谢异常常是疾病的早期变化,出现在形态学改变之前。

2)        提供多种参数:研究疾病早期变化。

3)        具有较高的特异性:如显示受体、肿瘤、炎症、异位等。

4)        无创伤性检查,过敏及毒副作用极少。

5)        辐射吸收剂量远低于X线检查。

6)        缺点:影像清晰度差。

三、核医学的内容

核医学显像、器官功能测定、体外分析、核素治疗。

 

第一章  放射性衰变基本知识

第一节  原子核结构

1.    原子核(nucleus)结构

2.基态(ground state)和激发态(excited  state

原子核结构可表示为AZN,其中X为元素符号,N为中子数,Z为质子数,A为质量数, 通常可以省略为AX,如13153I78可省略为131I。原子核可处于不同的能量状态,平常情况下处于最低的状态称为基态。原子核在某些核反应、核裂变及放射性衰变后仍处于高能状态,称为激发态。

3.核素(nuclide

质子数、中子数均相同,并且原子核处于同一能量状态的原子,称为一种核素。

4.同位素(isotope

凡具有相同质子数而中子数不同的核素互称同位素。如125I 131I127I互为碘元素的同位素。具有相同的化学性质和生物学特性。

5.同质异能素(isomer)

质子数和中子数都相同,处于不同核能状态的原子称为同质异能素。激发态的原子和基态的原子互为同质异能素。如 99Tc处于基态, 99Tcm处于激发态,二者互为同质异能素。

 

第二节  放射性衰变

一、核力和放射性核素

1.核力

   质子和中子统称为核子(nucleon),原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力。

2.稳定核素(stable nuclide)

   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

原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。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。

3.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 99Tcm131I32P90Sr153Sm188Re125I60Co等。

二、放射性衰变(radiation decay

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。

核衰变方式

1)        a衰变(alpha decay):释放出a射线的衰变。

2)        b-衰变(beta decay ):释放出b-射线的衰变。

3)        正电子衰变:释放出正电子的衰变。

4)        电子俘获( electron capture ):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。

5)        g衰变(gamma decay :原子核从激发态回复到基态时,以发射g光子释放过剩的能量的过程。

              几种核衰变方式的鉴别

 

a射线

b-射线

正电子

电子俘获

g射线

组成

氦核

42He

高速运动的电子流

b+粒子

X射线

俄歇电子

内转换电子

g光子

特征

发生于原子序数>82的核素

a粒子质量大,带电核

射程短、穿透力弱,不适合显像 

穿透力弱

发生于贫中子核素

射程仅1~2mm

发生于贫中子核素

发生于a衰变、b衰变或核反应之后 

不带电荷,运动速度快(等于光速),穿透力强,对组织的局部作用较b-射线和a射线弱

应用

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

治疗,如32P-真性红细胞增多症,131I-甲状腺疾病

PET显像

核医学显像、

体外分析、

放射性核素治疗

体外显像

三、衰变规律

1.衰变规律

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:   N=N0e-lt

u        N0为初始放射性原子数;

u        N为经t时间衰变后的原子数;

u        e是自然对数底;

u        l是衰变常数

Ø          对整个放射源,表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数;

Ø          对单个原子核,表示原子核发生衰变的几率,即发生衰变的可能性。

u         每种放射性核素都有其固定的l值。从N=N0e-lt中可看出,l值越大,放射性核素衰变越快。

2.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。

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。

99mTc     6Hr      153Sm     47Hr

131I      8Day     186Re     90Hr

32P      14Day     125I      60day

3.放射性活度A radioactivity

单位时间内原子核的衰变数量。衰变常数l表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数,即A=lN,因此N=N0e-lt换算为A=0e-lt

u    A 0为初始时间的放射性活度;

u    A为经t时间的放射性活度;

放射性活度随时间呈指数规律减少。

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)为旧的单位,1Ci表示每秒衰变3.7x1010次。1Ci=3.7x1010Bq,1mCi=37MBq

放射性活度与质量

阿伏加德罗常数;1摩尔量的各种元素皆含6.023´1023个原子。m=(I•T1/2 • A)/(4.17 ´1017)m=(C•T1/2 • A)/(1.13 ´1013)式中:m为质量gI为活度MBqC为活度旧制CiT1/2为物理半衰期,A为质量数。

1 32PT1/214.26天,A=32,代入上式可得:1MBq 32P的质量为9.45 ´ 10-11g

2131IT1/28.04天,A=131,代入上式可得:1MBq 131I的质量为2.18 ´ 10-10g

3125IT1/260.2天,A=125,代入上式得:1MBq 125I的质量为1.56 ´ 10-9g

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;光谱分析:10-10g

第三节    射线与物质的相互作用

一、带电粒子与物质的相互作用

1.电离与激发:(ionization and excitation

电离:α、β→物质→核外电子→e-脱离轨道→自由电子;失去e-的核带正电荷,两者形成一对离子。自由电子还可使其它原子发生电离:次级电离

激发:α、β→物质→轨道电子获能→由低能级→高能级,使整个原子处于激发态;退激时可发射标识X射线和Auger电子。

电离密度:单位路径形成的离子对数目称为:ionization density。表示带电离子电离能力大小;电离密度取决于带电粒子能量、速度与物质密度。带电粒子能量大、速度慢、物质密度低,电离密度则大。

2.轫致辐射 bremsstrahlung

高速带电粒子通过物质原子核电场时受到突然阻滞,运动方向发生偏转,部分或全部动能转化为具有连续能谱的轫致辐射;产生几率随带电粒子的能量和物质原子序数增大而增大。

3.散射 scattering

入射粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变运动方向与能量的过程。仅改变运动方向能量不变者为弹性碰撞。α粒子的质量较大,径迹基本呈直线,发生散射较少。β粒子轻,运动为曲线,散射明显。二、X、γ射线与物质的相互作用

1.光电效益(photoelectric effect):多发生在低能量:<0.5MeV;光子被物质原子完全吸收后发射轨道电子;脱离轨道的电子称光电子,还可产生次级电离;原子因电子空位处于激发态,退激时发射标识X线或俄歇电子。

2.康普顿效益 Compton effect:多发生在中等能量:0.5-1.0MeV;入射光子将部分能量

转移给物质核外电子,其余部分能量被散射光子带走;入射光子多为与外层轨道电子弹性碰撞,光子与电子的相互作用。

3电子对生产效应electron pair production:发生在能量足够大的光子:>1.02MeV(两个电子的静止质量);光子在电场作用下被完全吸收,产生一对正负电子;光子能量被正、负电子任意分配带走(超过1.02MeVEr转化为正负电子动能)

            第四节    辐射剂量及单位

我国的法定计量单位是以国际制单位为基础,同时选用了一些非国际制的单位。适用光子能量在几keV-3MeV。单位:库仑.千克(C.kg-1)。照射量率(X):单位时间的照射量  X=dx/dt   C.kg-1.S-1。常用单位:照射量、吸收剂量、剂量当量和有效剂量当量。

1吸收剂量 absorbed dose:单位质量被照射物质吸收任何电离辐射的平均能量。           D=dE/dm

单位:J.kg-1    单位名称:Gy

1Gy=1J.kg-1

吸收剂量率:单位时间的吸收剂量(Gy/s)    D=dD/dt

2.剂量当量 dose equivalent组织中某点处的剂量当量是吸收剂量(D)、品质因素Q以及其它修正因数的乘积。      H=D.Q.N

专用名:SvSievert

剂量当量率:Sv/s

ICRP 60号出版物改为当量剂量

1.有效剂量当量effective dose equivalent:修正后的剂量当量。HE =ΣT WT HT

当受到非均匀性照射时,各组织或器官受到的危险剂量当量与相应的权重因子乘积的总和。ICRP 60号出版物改为有效剂量

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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