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,核医学到底是什么？ 检查过程如何？ 与其他检查相比有哪些好处？ 学习重点： 核医学的定义内容和特点 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 核医学的定义、内容和特点,一、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 内容包括 实验核医学 （experimental nuclear medicine） 临床核医学 （clinical nuclear medicine）,如果你是病人，你希望的检查
2、是什么样的？,三、核医学的特点,1.核医学功能代谢显像-准确性 2.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: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,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
3、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（image 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,SPECT和CT的异同,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 放射性药物,基本概念 放射性药物- 放射性
4、药物（radiopharmaceutical）指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一类特殊药物。 显像剂或示踪剂- 诊断用放射性药物通过一定途径引入体内，获得靶器官或组织的影像或功能参数，亦称为显像剂（imaging agent）或示踪剂（tracer）。,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100-250KeV 4、靶/非靶比值,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,99mTc 标记的放射性药物 99mTc-核素性能优良，为纯光子发射
5、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 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,放射性核素发生器是从长半衰期的
6、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、67Ga、111In等。,表1-2 常用正电子放射性核素核反应过程 (生理
7、性示踪剂,可完成几乎所有的分子生物学显示)PET,诊断用放射性药物,核燃料辐照后产生400多种裂变产物，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。 发射纯-射线的放射性治疗药物： 32P、89Sr（1.46Mev2-3mm)、90Y等 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,放射性药物的质量控制（
8、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 性状（澄明度、颜色、颗粒度；） 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； 放射性活度（单位时间内原子核衰变数，radioactivity）检定等。,三、放射性药物质量控制,（二）化学性质检测 pH 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） 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
9、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）生物学性质检测 无菌 无热原 毒性检定 生物分布试验,四、放射性药物正确使用,放射性药物是一类特殊药物 （一）放射性药物正确使用 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 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,第三节 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- scintil
10、lation 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、闪烁探测器,闪烁探测器（scintillation detector）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,图1-7 闪烁探测器的工作原理,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
11、器,（二）单光子发射型计算机断层仪 （single photon emission computed tomography，SPECT）,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 (Positron Emission Tomography),+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
12、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,（四）正电子发射型计算机断层仪 （positron emission tomography，PET）,PET/CT 中心,回旋加速器,正电子化学合成器,PET/CT,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,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,（一）井型计数
13、器 （well counter）,四、其它,（二）液体闪烁计数器 （liquid scintillation counter）,四、其它,（三）活度计 （radioactivity calibrator） 和污染、剂量监测仪,第四节 核医学诊断与治疗原理,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
14、择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中。 PET _ 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,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,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 i
15、maging）,动态显像（dynamic imaging）,（二）放射性核素显像类型,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）
16、,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 （single 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 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； 阅片时必须明确使用哪种显像剂和显像类型； 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
17、变。,（三）图像显示方式及分析,定量与半定量分析 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； 亦可利用计算机勾画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； 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
18、. 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（imaging fusion）,（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
19、，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-功能测定,非显像检查法即脏器功能测定也是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,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
20、性的是放射免疫分析（radioimmunoassay，RIA）。,四、放射性核素治疗,定义：放射性核素治疗是利用放射性核素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。 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,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125
21、I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,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； 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； 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 核医学发展与展望,1、核医学仪器的发展。 r-照相
22、机 SPECT 符合线路ECT 2、核药物的发展。,PET,PET/CT,第五节 核医学发展与展望,1958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； Yalow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。 20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 核医学发展与展望,核医
23、学是一门比较年轻的新兴学科，它随着放射性核素研发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。 1895年Roentgen（图1-37）发现X射线； 1896年Becqueral发现铀盐的放射性，人类首次认识放射性核素； 1898年Curi夫妇成功提取放射性钋和镭； 1931年发明了回旋加速器； 1934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 核医学发展与展望,1939年Hamiton、Soley和Evans首次用131I诊断疾病； 1
24、941年和1946年分别开始用131I治疗甲亢和甲状腺癌； 1946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； 1949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； 1957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 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(Molecular imagology),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
25、。 分子核医学是核医学的发展方向和出路。,分子核医学(Molecular nuclear medicine ),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。 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 核医学发展与展望,分子成像,第五节 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。,核物理与电离辐射,1、概念：核素（nuclide）、同位素(isotope)、同质异能素(isomer)、物理半衰期(physical half life,T1/2)、生物半排期(biological half life)、有效半减期(effective half life)、放射性活度(radioactivity)、湮灭辐射(annihilationradiation)。,核物理与电离辐射,2、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。,下课了！,
