1、核 医 学 总 论,北京大学第三医院 核医学科 张燕燕,主要内容,一、核医学的定义、内容、特点 二、核医学的诊疗原理和特点 三、核医学仪器 四、放射性药物 五、辐射防护原则 六、核医学历史回顾与现状 七、核医学展望,一、核医学的定义、内容、特点,Definition Nuclear Medicine 是一门将放射性核素以及核射线应用在诊治疾病、生物医学理论研究方面的学科。 是从属一级学科临床医学的二级学科；“影像医学与核医学”为其学位点；学科代码：100207,Content,实验核医学 （experimental nuclear medicine） 利用核技术探索生命现象的本质和物质变化规律
2、：核衰变测量、标记、示踪、体外放射分析、活化分析和放射性自显影、小动物显像等。 临床核医学 （clinical nuclear medicine） 利用开放型放射性核素诊治疾病的临床医学学科。,Essence,1. 利用放射性核素的可示踪性 2.利用放射性药物的选择性（靶向性）,二、核医学的诊疗原理和特点,Principle of radionuclide imaging,放射性核素显像，是以示踪技术为基础，以放射性浓度为重建变量，以组织吸收功能的差异为诊断依据的。 探测引入人体的，显像剂发射的r射线，除可见脏器的形态位置大小外，主要可得到以影像的方式显示的血流、功能、代谢、引流及受体密度等信
3、息。,Characteristics of radionuclide imaging,1. 放射性核素显像能反映脏器或病变的血流、功能、引流、代谢方面的信息，有利于疾病的早期诊断。 2. 可以提供各种参数，对影像进行定量分析。 3. 显像具有一定的特异性，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。 4.疗效预测，化疗等。 5 .无创、安全。 6. 放射性核素显像所得脏器和病变的影像清晰度较差，影响对细微结构的显示和病变的精确定位。近年来图像融合技术的应用，同机CT或MR与SPECT或PET信息准确融合，得到既能精确定位又能定性的高质量图像。,Basic type
4、s of radionuclide imaging,Static and dynamic Imaging 前者是显像剂在脏器内处于稳定状态时显像。后者是显像剂灌注脏器过程，核素数量随时间变化，可连续采集多侦图像。,Regional and whole body imaging 前者是显示某个脏器或身体的某部位。 后者是显示人体全身影像，常用于骨骼、骨 髓、 肿瘤、炎症显像。,Planar Imaging and tomography 前者是在体表定位采集叠加性的整体脏器影像，有厚度，内部病变易被掩盖。 断层显像（tomography）是将SPECT探头绕体表旋转采集信息;或用PET(密集排列的
5、多探头)在躯体四周同时进行三维信息采集，经处理并重建成横断、冠状和矢状断层图像。是临床核医学常规的显像方法。,Positive Imaging and Negative Imaging 前者：病变比正常部位的放射性增高为异常的显像，如肝血池显像。 后者：是病变部位比正常部位的放射性减低为异常的显像，如脑梗塞显像。,Early and delay imaging,早期显像（early imaging）是将显像剂引入体内2 h以内进行的显像。 延迟显像（delay imaging）是将显像剂引入体内2 h以后进行的显像。,Stress and rest imaging,负荷显像（stress im
6、aging）指受检者在生理活动，或药物干预状态下将显像剂引入体内进行影像采集的显像方法，亦称为介入显像（interventional imaging）。 静息显像（rest imaging）是受检者处于安静状态下将显像剂引入体内一定时间后进行影像采集的显像方法。 本法有利于探测静息状态下不易发现的病变，常用于检查脏器的储备功能。,Single photon and positron imaging 前者是显像所用核素发射单光子如99mTc，用 相机或SPECT(single photon emission computed tomography)显像。 后者是显像所用核素发射正电子如F-18，
7、用PET(positron emission computed tomography)、coincidence circuit ECT、超高能准直的ECT显像。,Test of nonimaging-detection of function,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。可以对脏器的血流及功能状态进行判断。具有简便、经济、实用的优点。,In vitro radioassay,体外检查法即体外放射分析法，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
8、疫分析（radioimmunoassay，RIA）。,放射免疫原理,Ab,In vitro radioassay,1、方法的多元化。免疫反应发展到非免疫反应；（配体 与受体等）应用非放射性示踪剂（如酶标、荧光、化学 发光、时间分辨等）代替放射性示踪剂。 2 、灵敏度高。痕量的物质。如游离(free)激素测定等。 3、被测物质及应用范围进一步拓宽。 4、操作流程的自动化，减少了误差和提高了效率。 5、不断提高检测方法的精确度灵敏度及特异性。,Principle of radionuclide therapy,放射性核素治疗，是利用-射线、俄歇电子、粒子的电离辐射生物效应来抑制或破坏病变组织的一种
9、治疗方法。 治疗原理是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，其特点为靶向性和持续性的治疗作用。,三、核医学仪器,Nuclear medicine instrument,核医学仪器一般由两大部分组成，即辐射探测器（radiation detector）及电子测量装置和/或计算机装置。, scintillation detector 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。主要部件由碘化钠（铊）NaI（Tl）晶体、光电倍增管（photomultiplier， PMT）、和前置放大
10、器组成。 光子激发NaI晶体，使之产生闪烁荧光，荧光光子在光阴极通过光电效应产生光电子，通过各联级进行放大，至阳极产生一个电位降，并产生一个瞬间的负电压脉冲。光电倍增管阳极输出的脉冲数就是入射的光子数。前置放大器对此微弱的脉冲加以放大并输入其后的电子学线路。,Single photon emission computed tomography SPECT是高性能 camera增加了旋转支架，探头可旋转180 或360，断层床和图像reconstruction 软件，最后获得transverse、 coronal、sagittal的tomogram。它有单、双、三探头之别，采集速度，灵敏度及空间
11、分辨率均提高很多。,Positron emission computed tomography ( PET ) 探头是由上千个 闪烁探测器 scintillation detector，排列成环形装置一次可采集多层面图像，可精确的定量分析。注入发射正电子的放射性核素后，核素在体内产生湮没辐射annihilation radiation，正电子与体内一个负电子结合，两个电子的静止质量转化成两个方向相反能量各为511keV光子，同时被两个相对的探测器所探测。,符合线路ECT:互成1800两个探头在旋转中接受方向相反的511keV 光子而成像(加了符合线路，并切割晶体)。既有SPECT功能又有部分P
12、ET功能,仅能采集发射正电子的长寿命核素的图像。,包括X线体层扫描装置和计算机系统。前者主要由产生X线束的发生器球管，以及接收和检测X线的探测器组成； X线束对所选择的层面进行扫描，其强度因不同密度的组织而产生相应的吸收和衰减。电信号，经模数转换（AD converter）转换成数字，并排列成数字矩阵（Digital matrix）。,Computed Tomography显像原理,Magnetic Resonance 显像原理,MRI成像条件： 1.人体内原子核氢质子（1H） 2.外加磁场： 主磁场（B0） 梯度磁场（Gy Gx Gz） 交变磁场（RF） 3.中心控制系统计算机,氢原子核在磁
13、场中产生磁化,通过射频的激发,产生磁共振现象,通过射频线圈接收磁共振信号,经过图像重建后,来展示人体结构的设备. MR具有无电离辐射性（放射线）损害；无骨性伪影；高度的软组织分辨能力；无需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点。,PET/MR,Function mesurment instrument 由 闪烁探测器、电子线路、计算机和记录显示装置组成。探测radioactivity count, 或测定脏器的time activity curve，以分析脏器血流和功能，给出参数 。,Activity instrument 用于测量放射性药或试剂所含放射性种类和量 （Bq）or ( Ci )数
14、 。,Well-type scintillation detector 用于血、尿样品测定放射性量（计数）的定标器。,Contamination monitor 对工作人员体表、衣物、工作场所有无放射性污染进行检测。,四、放射性药物,Localizing mechanism of radiopharmaceuticals,1特异性摄取 2化学吸附 3微血管栓塞和细胞拦截 4特异性结合 5代谢性陷入 6通道、灌注和生物分布区 7细胞的吞噬和吞饮作用 8简单扩散 9特殊价态物质摄取 10排泄和清除,1. Cells selective uptake radionuclide 核素可被特定组织或器官
15、摄取，故可对该组织或器官进行功能测定、显像或治疗，如: 甲状腺摄取特殊原料物质 碘-131。,2. Chemical adsorption 如：骨骼结构中羟基磷灰石晶体,经离子交换等作用，有高度吸附锝标记膦酸化合物的功能；并和未成熟骨胶原结合而使骨骼显影。,3.Microvascular embolism and cell interception 如：大于毛细血管直经的放射性蛋白颗粒或微球（10-60m）进入人体肺循环，暂时栓塞在部分肺微血管（7m）内使肺显影。 用99mTc标记的经热变性或化学处理后的红细胞可以被脾脏拦截而进行脾显像。,4. Specific combine 核素标记的 a
16、ntibody与相应的 antigen结合。核素标记的 ligand与其 receptor结合均有高度特异性。酶与底物等等。,5. Metabolic sink 核素标记的天然底物类似物进入细胞参与代谢的部分过程，由于类似物与天然底物结构的差异导致其代谢障碍停留在细胞中。,Glucose,18F-FDG,6. Passageway、perfusion and distribution of biological region 核素直接引入通道系统如动静脉，可获得动脉血流灌注像和大血管、心房、心室影，各脏器血池像； 呼吸道可显示气道和肺泡；蛛网膜下腔可使脑池显影等。 如：脑脊液的鼻漏和耳漏等。,
17、7. Cells phagocytosis and pinocytosis 是细胞将放射性药物颗粒以膜包方式使之进入细胞。如肝脏内单核巨噬细胞吞噬99mTC-胶体颗粒而肝脏显影 。淋巴结巨噬细胞胞饮99mTC -DX而淋巴节显影。,8. Simple diffusion 放射性药物由于浓度梯度进入细胞，分布于组织中。,9.Special valence,某些细胞可选择性摄取特殊价态物质。如心肌细胞可摄取类似K+的正一价物质。如TL201等。 又如脑细胞可摄取脂溶性的零价小分子。,10.Excretion & clearance,特定结构的非特异性底物经一定途径排泄，如99mTc-DTPA经肾小
18、球滤过排泄，可用于肾动态显像。,Radiopharmaceuticals,1.放射性药物是由放射性核素，及其标记化合物组成的；是利用其靶向定位的机制和可被探测的核射线，供诊断和治疗用的一类特殊药物。 2. 诊断用放射性药物亦称为显像剂。（imaging agent）或示踪剂（tracer）。 3.放射性药物除了和一般药物一样必须符合药典，如无菌、无热源、化学毒性小等要求；还应对其发射的核射线种类、能量和T1/2有一定要求。,Essential demands of clinical radiopharmaceuticals,1. Physical ： Kind 射线：单光子，正电子(+)发生淹
19、没辐射而产 生双光子 。 Energy合适为100-300 keV(SPECT), 511keV (PET)。太高难以屏蔽，太低难测量。 Half-life 合适为2-10小时左右, 太长其辐射量大，太短使用不便。 99mTc( , 140 keV , T1/2 6h) 123I (, 159 keV, T1/2 13h),2. Biological：1）定位性能 靶/非靶放射比值高，血 液清除快 2）排泄性能 诊：滞留时间短。治：非靶排泄快 3. Chemical：化学纯度好，性质活泼 天然放射性核素不足放射性核素的3% 。,1. Cyclotron produce 回旋加速器能加速带电粒子
20、（质子，氘核，粒子）这些粒子轰击各种靶核生成多种放射性核素医用的有18F，11C， 13N， 15O， 123I， 201Tl， 67Ga， 111In等。,放射性药物的制备 一、放射性核素的生产(加速器、反应堆、裂变产物),利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。,2. Reactor produce 反应堆是指能够在受控下(所以不会发生原子弹那样爆炸)持续进行核裂变链式(连锁)反应的装置。 反应堆强大的中子流轰击各种靶核可产生大量放射性核素。医用的有99Mo, 113Sn， 125I， 32P， 14C， 3H， 89Sr， 133Xe， 186Re， 153Sm等
21、。,3. Fission product 重核子如铀或鈈在中子轰击下产生裂变，分成为较轻的核子，同时释放更多的中子。 对医学上有价值的核素有99Mo， 131I， 133Xe。,Radionuclide generator 发生器是从长半衰期核素（母体）中分离短半衰期核素（子体）的装置。母体不断衰变，子体不断增长，最后达到平衡，定时分离出短半衰期子体。 常用的发生器有： 99Mo 99mTc、 188W 188Re 82Sr 82Rb、 81Rb 81mKr 其中99mTc应用广泛，使用量大，标记化合物占80%。,二、放射性核素的标记,方法 主要有同位素交换法、化学合成法、生物合成法。 AX+
22、BX*=AX*+BX *化学合成法与非放射性化学合成方法一致。 *生物合成法 指通过生物体的代谢或生物酶的活性将 放射性核素引入到被标记分子上的方法。 (如：将植物叶片置于14CO2气氛中培养，通过光合作用可以生成碳14均匀标记的氨基酸、核苷酸和糖类等多种化合物。),三、放射性药物的质量控制,1.质量保证 QA为达到质量要求而采取的标准化措施。 2.质量控制QC 检查生产的重要环节和产品的重要质量指标. 物理检定：包括性状、放射性核纯度、放射性活度与比活度测定（指放射性活度与其质量之比）。 化学检定：包括pH值，化学量、化学纯度及放射化学纯度. 生物学检定：即无菌无热原测定；生物分布和显像；毒
23、性效应和药代动力学研究。,四、放射性药物正确使用总原则,1、诊治带来的好处要大于辐射带来的损害;T/N尽量大。 2、尽量选用最先进设备，降低受试者吸收剂量。 3、采用保护措施（如封闭甲状腺等器官、促排措施等）减少不必要的照射。 4、恶性疾病患者，可适当放宽剂量。 5、对小儿、孕妇、哺乳期妇女及近期准备生育者从严控制。,五、放射性药物的小儿应用原则,一般情况下，放射性检查不作为小儿的首选方法。 1岁以内，用成人剂量的20%30%； 13岁为成人剂量的30%50%； 36岁为成人剂量的40%70%； 615岁为成人剂量的60%90%。,六、放射性药物的育龄妇女应用原则,1.妊娠期原则上禁用放射性药
24、物。 2.哺乳期用放射性药物，应在用该药后停止哺乳5-10个有效半减期。 3.育龄妇女应按WHO提出的十日法则，即放射学检查安排在月经开始后的10天内进行。,放射性药物的不良反应及防治 与普通药物的相互作用,1.万分之二：过敏，发热 2.注射室、检查室备急救箱和氧气袋 3.增大放射性药物体积，慢速注入 4.发生情况，及时对症处理 血池显像体内标记红细胞时，不能用肝素；用药前应停相关干扰药物至少24-72小时。,放射性药物的临床应用与进展 Radiopharmaceuticals in diagnosis,1. 单光子放射性药物（能量以100300 keV， SPECT ），99mTc为纯光子发
25、射体，99mTc及其标记放射性药物占80%以上，广泛用于心、脑、肾、骨、肺、甲状腺等多种脏器疾患的检查。 2.正电子放射性药物（双光子,511keV,PET ）。 18F、 11C、13N、15O标记药物在研究人体生理、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。 3.其他131I、201Tl、67Ga、111In、123I等放射性核素及其标记药物 这类光子的核素及其标记药物也有较多应用。,Radiopharmaceuticals in therapy,1. 发射纯-射线的放射性治疗药物： 32P、89Sr、90Y等。
26、 发射-射线时伴有射线的放射性治疗药物： 131I、153Sm、188Re等。 2、俄歇电子。I-125等 （电子俘获、内转换）,放射性药物进展,放射性核素标记的受体显像，反义显像，基因显像等。 99mTc标记药物对18F,11C标记药物的替代趋势。,五、辐射防护原则,内照射的防护,1、避免食入吸入或经皮肤粘膜及伤口摄入放射性物质。 2、避免向周围环境逸散放射性气体、液体或灰尘。,外照射的防护,1、时间防护：缩短与放射源接触的时间。 2、距离防护：尽量增大人体与放射源的距离。 3、屏蔽防护：在人与放射源之间安装屏蔽。,六、核医学回顾与现状,核医学发展历史,序幕1895-1934：1895 Ro
27、eg发现X射线;1896 Becqueral发现铀盐的放射 性;1898 Curie夫妇成功提取了放射性钋和镭。；1934 Joliot和 Curie 第一次以人工方法获得32P。 初创阶段1935-1945：131I,32P,198Au,24Na.盖革计数管和定标器。 甲状腺、血液病、转移瘤。 初具规模阶段1946-1960：反应堆、新核素及其标记物。 闪烁扫描仪。 为核医学新学科的出现奠定了理论及临床的基础。 迅速发展阶段1961-1975：加速器、发生器、 相机、体外放射分析 （可测定10-1210-18g水平微量物质） 现代核医学阶段1976- 断层显像装置-PET、SPECT 的出现
28、；心脑及肿瘤 显像,剂的研制成功；免疫、受体基因显像的成功标志着核医学进入了分子 影像的新时代。,七、核医学展望,Prospect,分子影像（molecular imaging）是运用影像学手段显示组织、细胞和亚细胞水平的特定分子在活体状态下的变化，并将其可视化；对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。,细胞分子生物学已渐发现调控肿瘤、心、脑疾病的分子机制，及关键调控分子；核医学是最早研究如何用放射性核素，标记这些新靶点的特异性配体的学科。以解决更早期的诊断，及个性化医疗问题。,放射免疫显像和放射免疫治疗等领域研究活跃。肿瘤的乏氧显像、受体显像、反义显像和基因表达显像迅猛发展，显示出
29、分子核医学的勃勃生机。二十一世纪，用于肿瘤诊断和治疗的放射性药物是最有希望和前途的研究领域。 核医学显像仪器的发展主要集中在晶体的研制、计算机性能和软件技术的更新和开发。特别是以多模态、多探针为基础的影像融合技术的进一步开发应用，做到了优势互补。 核素影像进一步利用介入技术等以提高诊断灵敏度和特异性。 核医学正走入更精确的定量以及更个性化医疗的新时代。,相信在未来的世纪里，核医学在疾病诊断、治疗及疾病机理研究中将发挥越来越重要的作用。为医学发展与核能的和平利用作出更大的贡献。,Summary,Radiopharmaceuticals and nuclear instrumentation ar
30、e essential componentis in Nuclear Medicine. This chapter give you the mechanism of localization of radiopharmaceuticals in a target organ, and radionuclides are obtained from cyclotron、reactor、fission products and generators. Its also important that forms and types of nuclide imaging because you will meet it in every chapters almost.,思考题,1试述放射性药物的体内定位机制。 2试述核仪器的基本原理。 3试述放射性核素显像的主要特点。 4试述核素显像的基本类型。 5试述辐射防护的基本原则。,Good bye !,
