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第六章示踪技术及放射性核素显像技术

第一节     放射性核素示踪技术

              定义

放射性核素示踪技术是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂,应用射线探测方法来检测示踪剂的行踪,研究示踪物在生物体系或外界环境中的分布状态及其变化规律的一门技术。

      原理

     放射性核素之所以可作为示踪剂,其原理主要基于与被研究物质具有同一性和可测性两个基本事实。

1.标记物与非标记物的同一性 

放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化学性质及生物学行为是示踪技术的理论基础。例如用18F标记的脱氧葡萄糖研究机体某些器官的糖代谢等。

2.放射性核素的可测性

放射性核素示踪剂与其未标记的化合物的主要区别在于可发出各种不同的射线,其射线能够用放射性探测仪器或感光材料等方法进行精确定性、定量、定位。

              主要类型

(一)     体内示踪技术

又称整体或在体示踪,是以完整的生物有机体作为研究对象,通过探测仪器体外观察或取标本测量以了解示踪物在机体内的吸收,分布,转运及排泄过程,用于研究被观察物质在机体内的运动或量变规律。

1.       脏器与组织显像   应用显像仪器在体外记录脏器和组织中放射性药物的吸收、分布与代谢状态,以功能影像形式达到诊断疾病的目的。

2.      脏器与组织功能测定  应用功能测定仪器记录放射性药物在脏器或组织中的量变规律,或在机体动态采集含有示踪剂的样品进行测定, 获得有关功能参数,达到诊断疾病或判断病情程度的目的。

3.       体液与细胞容积测定  应用稀释法原理结合采集样品进行放射性测量,根据标记物在体内被稀释的程度可获得机体的某些特定的体液或细胞的容积。

4.     物质代谢与转化的示踪研究  将被标记的待研究物质引入生物体内,通过体外探测或采集标本等方法可在生理状态下无创性动态观察该物质的吸收、分布、代谢、转化与排泄的全过程信息,甚至是实时信息。

(二)     体外示踪技术

又称离体示踪实验,是以研究组织或细胞等简单系统为对象,多用于某些特定物质如蛋白质,核酸等的转化规律,以及某些精细结构的功能研究。

1.           体外放射分析技术  将反射性核素标记某些抗原、抗体、受体的配体等物质,以特异性结合反应为基础,以放射性测定为定量手段测定生物样品中的某些微量物质的含量为目的,例如临床常用的血液中各种激素、蛋白质、抗原或抗体浓度,受体活性测定等。

2.          细胞掺入实验  例如用3H-TdR掺入DNA作为淋巴转化的指标观察细胞免疫情况;3H-TdR掺入RNA周期;125I-UdR究肿瘤细胞增殖速度、研究各种抗肿瘤药物作用;通过标记不同前身物(如某种氨基酸、各种核苷酸等)研究蛋白质、核酸等生物大分子的合成、结构和功能等。

3.      放射自显影技术

4.      活化分析

      示踪技术的主要特点

1.       灵敏度高

2.       测量方法简便,准确

3.       合乎生理条件

4.       定性、定量、定位与动态研究相结合

5.       缺点和局限性

1)      需要专用的实验条件

2)      需要专业技术人员

3)      必须保证试验过程中示踪剂没有分解、没有脱标

4)      辐射效应  由于放射线的过量照射会对机体或组织细胞造成一定的损伤,必须注意安全防护。

第二节    放射性核素显像技术

      显像原理

显像的基本条件是:

1.         具有能够被特定脏器,组织和病变选择性摄取的放射性核素或标记化合物,使该脏器,组织或病变与邻近组织之间的放射性浓度差达到一定程度;

2.          利用核医学显像装置可探测到这种放射性浓度差,从而获得脏器或组织放射性药物分布状态的静态,动态或断层影像。

      显像剂被脏器或组织聚集的机制

1.      组织代谢 脏器和组织的正常合成功能需要某种元素或一定的化合物,若用该元素的放射性核素或利用放射性核素标记特定的化合物引入体内,则可进行脏器和组织显像。例如甲状腺的位置、形态、大小,以及甲状腺结节的功能状态。

 

2.         细胞吞噬 单核-巨噬细胞具有吞噬异物的功能,将放射性胶体颗粒由静脉注入体内后,将作为机体的异物被单核-巨噬细胞系统的巨噬细胞所吞噬,用于单核-巨噬细胞丰富的组织如肝,脾和骨髓的显像。

3.      循环通路

1) 流经通道:经腰椎穿刺将放射性药物如99mTc-二乙三胺五醋酸(99mTc-DTPA)注入蛛网膜下腔,显像剂将随脑脊液循环,使脊髓蛛网膜腔,脑池等显影,以动态观察脑脊液的循环通道功能情况。

2) 血流灌注:自静脉“弹丸”式快速注入放射药物后,它依次通过腔静脉、右心房、右心室、肺血管床、左心房、左心室、主动脉以及周围组织,通过快速动态显像用以判断心脏及大血管等循环通道的形态、时相、显影顺序、功能是否正常,以及周围组织血管床的灌注情况,亦称为放射性核素心血管动态显像。临床用于诊断心脏及大血管疾病或判断病变组织的血供情况借以判断病变性质。

3) 微血管暂时性栓塞: 颗粒直径大于10μm的放射性药物如99m-Tc大颗粒聚合人血清蛋白(99mTc-MAA)等注入静脉后随血流经肺毛细血管时,由于这些颗粒直径大于肺毛细血管的直径而被阻断不能通过,暂时性的阻塞于部分肺微血管内从而使肺显像,可以观察肺内血流灌注的情况,早期诊断肺栓塞。

4) 血池分布:将放射性核素标记的某些血液成分为显像剂,静脉注射后,在循环中混合均匀进行显像可以显示某些脏器的血池分布。如99mTc-RBC或人血清白蛋白(99mTc-HAS)进行心、肝、大血管及胎盘等血池显像。

4.     选择性摄取浓聚:病变组织对某些放射性药物有选择性摄取浓聚作用,例如某些亲肿瘤的放射性药物能与恶性肿瘤细胞有较高的亲和力,用于恶性肿瘤的定位,定性诊断等。

5.      特异性结合:利用某些放射性核素标记化合物与病变组织某些特定分子具有特异性结合的特点,使病灶显影,达到特异性的定位与定性诊断目的。如放射受体显像,放射免疫显像以及放射性核素标记的反义寡核苷酸进行的反义或基因显像等。

6.     选择性排泄:某些脏器对一些放射性药物具有选择性排泄功能,引入体内后进行动态显像可以观察该放射性药物从吸收分布和排泄的全过程,达到判断该脏器功能状态的目的,如肾动态显像。

7.      通透弥散:进入体内的某些显像剂借助简单的通透弥散作用可使脏器和组织显影。例如99mTc-六甲基丙二胺肟(99mTc-HMPAO 等不带电荷脂溶性小分子化合物能游离扩散通过正常的血脑屏障并较长期地滞留于脑组织,进行脑血流显像。

8.      细胞拦截:经热变性或化学处理后地红细胞可以被脾等脏器所拦截。如99mTc-RBC标记行脾显像。

9.     化学吸附和离子交换:骨组织中构成无机盐的主要成分是羟基磷石灰晶体,这些晶体在体内类似于离子交换柱,能与组织液中的某些阳离子,阴离子或化合物(包括某些放射性核素及其标记化合物)进行离子交换和化学吸附,从而沉积在骨骼组织内。因此,静脉注入99mTc标记的各种磷酸盐化合物如99mTc-亚甲基二磷酸盐(99mTc-MDP)后可使骨骼清晰显像。

      显像类型

1.           静态显像  当显像剂在脏器内或病变处的浓度达到相对平衡时进行的显像称为静态显像

2.            动态显像   显像剂随血流、组织液流经或灌注脏器、或被脏器不断摄取、排泄或在脏器内反复充盈和射出等过程,造成脏器内的放射性在数量上或在位置上随时间而变化。用显像仪器以一定的速度或不同时相连续采集该脏器的多帧影像,动态显示脏器功能状态。

3.            局部显像  只显示身体某一部位或某一脏器的影像。

4.             全身显像   是利用γ照相机的探测器沿体表做匀速移动,从头至足依序采集全身各部位的显像剂分布信息。

5.            平面显像   应用γ照相机或ECT于患者某一方位采集的脏器或组织影像,即二维影像。

6.            断层显像   利用可旋转的或环形的探测器,在体表连续或间断采集多体位平面影像信息,再由计算机重建各种断层影像。

7.            早期显像   显像剂注射后2小时内所进行的显像。

8.            延迟显像   显像剂注射后2小时以后所进行的显像。

9.            阴性显像   指显像剂主要被有功能的正常细胞摄取,显示其正常组织器官的形态,而病变细胞摄取减低或不摄取,在影像上表现为放射性分布稀疏或缺损,如心肌灌注显像肝胶体显像甲状腺显像和肾显像等均属此类型。

10.        阳性显像   是指显像剂主要被某些病变组织所摄取,而正常组织一般不摄取或少摄取,如急性心肌梗死灶显像、亲肿瘤显像、放射免疫显像等。

 

11.         静息显像   是指受检者没有受到来自生理的或药物的干预时,引入显像剂后所进行的显像。

12.         负荷显像   受检者在药物或生理活动干预状态下,引入显像剂后所进行的显像,又称为介入显像。如临床常用的运动或药物负荷心肌灌注显像。

      图像分析方法及要点

(一)     静态图像

1.      位置(平面)

2.      形态大小

3.      放射性分布

(二)     动态显像

1.      显像顺序

2.      时相变化

(三)     断层显像

      放射性核素显像的特点及其他影像的比较

放射性核素显像的特点及与其他影像的比较

(一)     核素显像的特点

1.      功能影像特征

2.      安全无创伤

3.      放射性核素显像的缺点

(二)     与其他影像学的比较

放射性核素显像是一种功能显像,清晰度主要由脏器或组织的功能状态决定,其成像取决于脏器或组织的血流,细胞功能,细胞数量,代谢活性和排泄引流情况等因素,而不是组织的密度变化。

CTMRI以及超声显像主要显示脏器或组织的解剖学形态变化。

习题:

1名词解释

放射性核素示踪技术  

2问答

1)      放射性核素显像原理是什么?

2)      显像剂被脏器或组织聚集的机制是什么?

3)      放射性核素显像的特点有哪些?

4)      试述图像分析方法及要点

 

 

 

理解

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

掌握

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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