1、核医学总论Nuclear Medicine北京大学第四临床医学院张连娜北京积水潭医院 n核医学到底是什么？n检查过程如何？n与其他检查相比有哪些好处？n学习重点：核医学的定义内容和特点 放射性核素显像放射性核素显像的诊断原理及特点伽玛闪烁探测器及符合探测的工作原理第一节第一节 核医学的定义、内容和特点核医学的定义、内容和特点一、一、核医学的定义核医学的定义 核医学（nuclear medicine）是一门研究 核素和核射线在医学中的应用及生物医学理论的学科 二二 内容包括内容包括 实验核医学 （experimental nuclear medicine）临床核医学 （clinical nucl
2、ear medicine）n如果你是病人，你希望的检查是什么样的？三、核医学的特点 1 1.核医学功能代谢显像核医学功能代谢显像-准确性准确性2.放射性核素显像为无创性检查放射性核素显像为无创性检查3.放射性核素检查的安全性-放射性剂量小4.部分检查一次注药可进行全身检查，性价比高 5.影像的清晰度不如CT、MR，影响对细微结构的精确显示。三、核医学的特点功能代谢显像显像方法方法:静脉注射放射性示踪物，通过设备探测、接收并记录引入体内靶组织或器官的放射性示踪物发射的射线，并以影像的方式显示出来。三、核医学的特点功能代谢显像n可以显示脏器或病变的位置、形态、大小等解剖学结构，更重要的是可以同时提
3、供有关脏器和病变的血流、功能、代谢甚至是分子水平的化学信息，有助于疾病的早期诊断。三、核医学的特点 影像的清晰度不如CT、MR，影响对细微结构的精确显示。图像融合（图像融合（image fusionimage fusion）技术可将CT、MR解剖结构影像与核医学SPECT和PET获得的功能代谢影像相叠加，更有利于病变精确定位和准确定性诊断。表1-1 现代医学影像学技术及成像原理 影像学技术 成像原理图像性质 C T衰减系数 CT值 形态 解剖 MRI质子密度 T1T2 解剖 功能 B-US超声波反射(回声)形态 解剖 r-照相机放射性浓度(平面)血流 功能 SPECT放射性浓度(半定量)血流代
4、谢功能 PET放射性浓度(定量)血流代谢功能SPECT和CT的异同n SPECT CT _射线源 光子流(射线)光子流(X射线)射入方式 发射型 穿透型成像原理 探头探测和采集 探头探测 引入体内的核素 从外部穿透肌体后 发射的射线而 由组织密度差异而 产生的影像 产生的影像反映信息 器官的生理功能 解剖结构 与解剖结构 _ 第二节第二节 放射性药物放射性药物基本概念基本概念 放射性药物放射性药物-放射性药物（放射性药物（radiopharmaceuticalradiopharmaceutical）指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一类特殊药物。类特殊药
5、物。显像剂或示踪剂显像剂或示踪剂-诊断用放射性药物诊断用放射性药物通过一定途径引入体内，获得靶器官或组织通过一定途径引入体内，获得靶器官或组织的影像或功能参数，亦称为显像剂（的影像或功能参数，亦称为显像剂（imaging imaging agentagent）或示踪剂（）或示踪剂（tracertracer）。）。你认为诊断用的放射性药物应具有那些特点？1、合适的半衰期2、应为纯光子射线3、光子能量范围100-250KeV4、靶/非靶比值诊断与治疗用放射性药物诊断与治疗用放射性药物 一 诊断用放射性 药物 用发射光子 的核素及其标记物(由照相机或SPECT接收、探测)来源：诊断用放射性药物 1.
6、99mTc 标记的放射性药物 99mTc-核素性能优良，为纯光子发射体，能量140 keV，T1/2为6.02 h、方便易得、几乎可用于人体各重要脏器的形态和功能显像 99mTc是显像检查中最常用的放射性核素 诊断用放射性药物2.131I、201Tl、67Ga、111In、123I等放射性核素 这类光子的核素及其标记药物也有较多应用，在临床中发挥着各自的特性和作用。诊断用放射性药物3.正电子放射性药物正电子放射性药物 11C、13N、15O和18F等短半衰期放射性核素（表1-2）在研究人体生理、生化、代谢、受体等方面显示出独特优势，其中氟18F脱氧葡萄糖（18F-FDG）是目前临床应用最为广泛
7、的正电子放射性药物。一 诊断用放射性药物放射性核素发生器发生器是从长半衰期的核素（称为母体）中分离短半衰期的核素（称为子体）的装置。诊断用放射性药物 反应堆反应堆是最强的中子源，利用核反应堆强大的中子流轰击各种靶核，可以大量生产用于核医学诊断和治疗的放射性核素。医学中常用的反应堆生产的放射性核素有：99Mo、113Sn、125I、131I、32P、14C、3H、89Sr、133Xe、186Re、153Sm等。加速器能加速质子、氘核、粒子等带电粒子，这些粒子轰击各种靶核，引起不同核反应，生成多种放射性核素。医学中常用的加速器生产的放射性核素有：11C、13N、15O、18F、123I、201Tl
8、、67Ga、111In等。表1-2 常用正电子放射性核素核反应过程(生理性示踪剂,可完成几乎所有的分子生物学显示)PET核素半衰期核反应式15O2.05 min14N(d，n)15O/15N(p，n)15O13N9.96 min16O(p，)13N11C20.34 min14N(p，)11C18F110 min18O(p，n)18F/20Ne(d，)18F诊断用放射性药物 核燃料辐照后产生400多种裂变裂变产物，有实际提取价值的仅十余种。在医学上有意义的裂变核素有：99Mo、131I、133Xe等。二 治疗放射性药物Radionuclide Therapy 适宜的射线能量和在组织中的射程是选择
9、性集中照射病变组织而避免正常组织受损并获得预期治疗效果的基本保证。1.发射纯-射线的放射性治疗药物：32P、89Sr（1.46Mev2-3mm)、90Y等 2.发射-射线时伴有射线的放射性治疗药物：131I、153Sm、188Re、117Snm、117Lu等 三、放射性药物质量控制三、放射性药物质量控制放射性药物的质量控制（quality control，QC）至关重要，它直接影响其有效性和安全性。检测内容主要有：（一）物理性质 检测1.性状（澄明度、颜色、颗粒度；）2.放射性核纯度radionuclide purity 指特定放射性核素的放射性活度占总放射性活度的百分数；3.放射性活度（单位
10、时间内原子核衰变数，radioactivity）检定等。三、放射性药物质量控制三、放射性药物质量控制（二）化学性质检测 1.pH 2.化学纯度（指以某一形式存在的物质的质量占该样品总质量的百分数）3.放射化学纯度（是指以特定化学形态存在的放射性活度占总放射性活度的百分比，radiochemical purity，RCP或Rp）检定等，其中放射化学纯度对于放射性药物非常重要，有些放化杂质会浓集于血液和非靶器官，影响图像质量甚至影响结果判断。三、放射性药物质量控制三、放射性药物质量控制（三）生物学性质检测 1.无菌 2.无热原 3.毒性检定 4.生物分布试验 四、放射性药物正确使用四、放射性药物正
11、确使用放射性药物是一类特殊药物（一）放射性药物正确使用放射性药物正确使用1.在决定是否给病人使用放射性药物进行诊断或治疗时，首先要作出正当判断 2.医用内照射剂量必须低于国家有关法规的规定 (二)做好放射防护做好放射防护第三节第三节 核医学仪器核医学仪器 核医学仪器有多种：r-照相机,SPECT,符合线路ECT,PET,PET/CT 核医学仪器一般由两大部分组成：辐射探测器radiation detector（r-闪烁探测器 r-scintillation detector）电子测量装置和/或计算机装-电子学线路显示器，最后以一定的方式进行显示。一、一、闪烁探测器闪烁探测器闪烁探测器（scin
12、tillationdetector）实际上是一种能量转换器，其作用是将探测到的射线能量转换成可以记录的电脉冲信号。主要部件(探头)由碘化钠（铊）NaI（Tl）晶体、光电倍增管（photomultiplier，PMT）和前置放大器组成（图1-7）。光电转换光电转换图1-7 闪烁探测器的工作原理二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器（一）照相机 照相机（camera）是核医学最基本的显像仪器，它由探头及支架、电子线路、计算机操作和显示系统组成（图1-8）。二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器（二）单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomogra
13、phy，SPECT）二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器（三）符合线路SPECT（coincidence circuit SPECT）或SPECT/PET正电子发射断层仪PET(PositronEmissionTomography)+衰变产生的正电子具有一定的动能，能在介质中运行一定距离，当其能量耗尽时可与物质中的自由电子结合（两个电子的静止质量相当于1.022MeV的能量），正负电荷抵消，转换成为两个方向相反,能量各为0.511MeV的光子而自身消失 _湮没辐射符合探测:正电子断层显像的物理基础方向相反,能量各为511KeV的光子 同时被相对放置的2个探头探测到。二、核医学显像仪器二、核医学
14、显像仪器（四）正电子发射型计算机断层仪 （positron emissiontomography，PET）PET/CT中心回旋回旋加速器正电子化学合成器PET/CT二、核医学显像仪器二、核医学显像仪器（五）PET/CT 在PET、SPECT/PET基础上添加CT和/或MR成像系统三、功能测定仪三、功能测定仪功能测定仪由一个或多个探头、电子线路、计算机和记录显示装置组成（图1-19）。其对射线的探测原理见上述闪烁探测器。常用的有甲状腺功能测定仪、肾图仪、局部脑血流测定仪和心功能仪等。四、其它四、其它（一）井型计数器（well counter）四、其它四、其它（二）液体闪烁计数器 （liquid
15、scintillation counter）四、其它四、其它（三）活度计（radioactivity calibrator）和污染、剂量监测仪 第四节第四节 核医学诊断与治疗原理核医学诊断与治疗原理 一、放射性核素显像一、放射性核素显像定义：将放射性核素及其标记化合物 引入体内，实现脏器、组织、病变的 显像检查的方法。（一）放射性核素显像原理 放射性核素显像是利用放射性核素示踪技术在活体内实现正常和病变组织显像的核医学检查法。SPECT_放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化学及生物学特性有其一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中。PE
16、T _ 目前唯一可在活体分子水平完成生物学显示的影像技术,几乎所有的生物分子均可用生理示踪剂.心脏肿瘤神经n核医学最基本的原理-示踪原理（一）放射性核素显像原理聚集的主要机制有：细胞选择性摄取(包括特需物质、特价物质和代谢产物或异物)；特异性结合(放射免疫显像)；化学吸附(骨扫描)；微血管栓塞(肺灌注显像)；简单在某一生物区通过和积存等.（二）放射性核素显像类型1.平面与断层显像 平面显像（planar imaging）断层显像（tomography）（二）放射性核素显像类型2.静态与动态显像静态显像（static imaging）动态显像（dynamic imaging）（二）放射性核素显像
17、类型3.局部与全身显像 局部显像（regional imaging）全身显像（whole body imiging）（二）放射性核素显像类型4.阳性显像（positive imaging）与阴性显像（negative imaging）“热区”显像（hot spot imaging）“冷区”显像（cold spot imaging）（二）放射性核素显像类型5.静息与负荷显像 负荷stress静息rest（二）放射性核素显像类型6.早期与延迟显像早期显像（early imaging）延迟显像（delay imaging）（二）放射性核素显像类型7.单光子与正电子显像 单光子显像 SPECT（sin
18、gle photon imaging）正电子显像 PET（positron imaging）（三）图像显示方式及分析 1.黑白图像或彩色图像 以不同的灰度即黑白图像或色阶即彩色图像显示放射性分布状况。（三）图像显示方式及分析2.图像分析 n要了解临床医师申请核医学检查的目的，受检者的病史和相关临床辅助检查资料，必要时查体；n阅片时必须明确使用哪种显像剂和显像类型；n在有经验的上级医师指导下集体阅片，非常认真细致地正确辨认和分析正常（包括正常生理变异）及异常改变。（三）图像显示方式及分析3.定量与半定量分析n对病变部位的异常放射性浓聚灶或稀疏缺损通过目测可进行初步判断或定性诊断；n亦可利用计算机
19、勾画ROI技术，分别在病变部位和相应正常组织获得靶器官组织与本底（target/background，T/B）的摄取比值，进行半定量分析；n或通过计算机软件处理获得定量分析的功能参数协助诊断。（三）图像显示方式及分析图1-34 计算机勾画ROI技术计算T/B比值图1-35 肾动态显像获得GFR定量参数（四）放射性核素显像的特点1.放射性核素显像为功能显像，它能反映脏器、组织或病变的血流、功能、引流、代谢和受体方面的信息，有利于疾病的早期诊断。2.可以对影像进行定量分析，提供有关血流、功能和代谢的各种参数。3.某些脏器、组织或病变能特异地摄取特定显像剂而显影，这种显像即具有较高的特异性，如用放射
20、性标记的配体进行受体显像，放射性核素标记的单克隆抗体进行RII等。（四）放射性核素显像的特点4.图像融合技术的应用可将CT或MR提供的解剖结构信息与核医学SPECT或PET提供的功能代谢信息准确匹配，得到对病灶既能精确定位又能定性的高质量图像图像融合（imagingfusion）（四）放射性核素显像的特点5.安全性(P41工作人员的防护原则)显像剂大多数通过静脉注射或口服引入体内，属无创性检查。其化学量极微，多为几毫克，不良反应率远低于X线造影剂。受检者辐射吸收剂量也多低于X线检查，因此本法是一种安全的检查方法。二、非显像检查法二、非显像检查法-功能测定功能测定 非显像检查法即脏器功能测定也是
21、基于放射性核素的示踪原理，将示踪剂引入受检者体内后，用功能测定仪在体表对准特定脏器，连续或间断的探测和记录示踪剂在脏器和组织中被摄取、聚集和排出的情况，并以时间-放射性曲线等形式显示，即可以对脏器的血流及功能状态进行判断。非显像检查法的诊断准确性及所能提供的信息不如放射性核素显像，但其具有简便、经济、实用的优点。三、体外检查法三、体外检查法 体外检查法主要是体外放射分析法，不必将放射性核素引入体内，而是在试管内完成的微量生物活性物质的检测技术，最有代表性的是放射免疫分析（radioimmunoassay，RIA）。四、放射性核素治疗四、放射性核素治疗n定义：定义：放射性核素治疗是利用放射性核素
22、在衰变过程中发射出来的射线（主要是-射线）的辐射生物效应来抑制或破坏病变组织的一种治疗方法。n原理原理：通过放射性核素或其标记化合物高度选择性聚集在病变部位进行照射，受到大剂量照射的细胞因繁殖能力丧失、代谢紊乱、细胞衰老或死亡，从而抑制或破坏病变组织，达到治疗目的。四、放射性核素治疗四、放射性核素治疗常用的方法有：1 特异性内照射治疗如131I治疗甲亢及甲状腺转移癌；2 腔内治疗，如32P-胶体胸腔内治疗；3 敷贴治疗，如用90Sr敷贴器治疗毛细血管瘤；4 组织间插植治疗，如用125I粒子植入治疗前列腺癌；5 89Sr153Sm镇痛治疗骨转移癌6 其它治疗，如用32P或90Y标记树脂颗粒加工成
23、玻璃微球直接灌注到肿瘤组织供血的动脉，或将放射性核素胶体直接注射于肿瘤组织。四、放射性核素治疗四、放射性核素治疗n采用153Sm-EDTMP、188Re-HEDP、89SrCl2等放射性药物治疗恶性肿瘤骨转移骨痛已取得满意的疗效；n采用125I、103Pd和198Au等籽粒源组织间植入方法治疗实体瘤新疗法也越来越受到人们的关注；n冠状动脉狭窄血管成型术后进行放射性核素内照射治疗预防冠脉再狭窄的方法国内已开始试用于临床，并取得了较好效果。第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望n1、核医学仪器的发展。r-照相机 SPECT 符合线路ECTn2、核药物的发展。PETPET/CT第五节第五节
24、核医学发展与展望核医学发展与展望n1958年Anger发明了第一台照相机，开创了核医学显像新纪元，为核医学显像技术的应用奠定了基础，使照相机成为最基本的显像仪器；nYalow和Berson（图1-38）于1959年首创RIA法，开辟了医学检测史上的新纪元，并因此Yalow获得了诺贝尔生理学或医学奖。n20世纪80年代推出了SPECT以及PET，SPECT已成为目前核医学科最常用的显像仪器，实现了全身显像和断层显像，从而大大提高了图像的空间分辨率和诊断的灵敏度及准确性，进一步加速了临床核医学的发展。第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望核医学是一门比较年轻的新兴学科，它随着放射性核素研发
25、和核技术在生物医学领域广泛应用应运而生，并得到了快速发展。n1895年Roentgen（图1-37）发现X射线；n1896年Becqueral发现铀盐的放射性，人类首次认识放射性核素；n1898年Curi夫妇成功提取放射性钋和镭；n1931年发明了回旋加速器；n1934年Joliot和Curie研发成功第一个人工放射性核素32P，从此真正揭开了放射性核素在生物医学应用的序幕。之后10年为初期阶段，相继发现并获得了放射性核素99Tcm和131I；第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望n1939年Hamiton、Soley和Evans首次用131I诊断疾病；n1941年和1946年分别开始
26、用131I治疗甲亢和甲状腺癌；n1946年核反应堆投产，获得了大量新的放射性核素及其标记化合物；n1949年和1950年分别成功研制出闪烁扫描机和井型计数器等，成为核医学显像、体外放射分析新的里程碑，这阶段为临床核医学发展奠定了基础；n1957年99Mo-99Tcm发生器问世，标记技术得到不断提高和新的标记化合物研发成功，这对放射性药物和核医学的发展起了很大推动作用；第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望RIA创始人Yalow和Berson 世界著名核医学专家Wagner分子影像学(Molecularimagology)n在活体内以分子或生物大分子作为靶目标的分子成像技术。n分子核医学
27、是核医学的发展方向和出路。分子核医学(Molecularnuclearmedicine)n是核医学和分子生物学技术的进一步发展和相互融合而形成的新的核医学分支学科。n是应用核医学的示踪技术从分子水平认识疾病，阐明病变组织受体密度与功能的变化、基因的异常表达、生化代谢变化及细胞信息传导等，为临床诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平信息。第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望分子成像第五节第五节 核医学发展与展望核医学发展与展望 基因表达显像 基因显像实现了真正的病因诊断。实现了真正的病因诊断。核物理与电离辐射n1、概念：核素（nuclide）、同位素(isotope)、同质异能素(isomer)、物理半衰期(physicalhalflife,T1/2)、生物半排期(biologicalhalflife)、有效半减期(effectivehalflife)、放射性活度(radioactivity)、湮灭辐射(annihilationradiation)。核物理与电离辐射n2、几个问题：核衰变的几种方式；外照射的防护；内照射的防护；放射防护的基本原则；辐射剂量有几种、单位、意义。
