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核医学总论PPT课件.ppt
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1、核医学总论核医学总论主要内容绪论绪论核医学物理核医学物理核医学仪器核医学仪器放射性药物放射性药物辐射效应与防护辐射效应与防护核素示踪显像原理核素示踪显像原理体外分析技术体外分析技术分子核医学与分子影像分子核医学与分子影像 核医学(核医学(Nuclear Medicine)Nuclear Medicine)是研究核是研究核技术(放射性示踪技术)在医学中(诊技术(放射性示踪技术)在医学中(诊断和治疗疾病)的应用及其理论的一门断和治疗疾病)的应用及其理论的一门学科。学科。分子核医学分子核医学(Molecular NM)(Molecular NM)是应用核医学是应用核医学示踪技术从示踪技术从分子水平分
2、子水平认识疾病,阐明病变组认识疾病,阐明病变组织细胞的受体、基因、生化代谢及信息传导织细胞的受体、基因、生化代谢及信息传导等变化与疾病关系,为临床诊断、治疗和医等变化与疾病关系,为临床诊断、治疗和医学研究提供分子水平信息的学科。学研究提供分子水平信息的学科。绪绪 论论核核医医学学内内容容绪绪 论论实实验验临临床床 放射性药物(标记),示放射性药物(标记),示踪技术,体外免疫分析,踪技术,体外免疫分析,自显影,成像技术,动物自显影,成像技术,动物显像等。显像等。诊断核医学(功能检测,诊断核医学(功能检测,影像)影像)治疗核医学(内照射与外治疗核医学(内照射与外照射)照射)u涉及领域多,应用范围广
3、,内容丰富涉及领域多,应用范围广,内容丰富。核医学特点核医学特点绪绪 论论基础与临床的桥梁:基础与临床的桥梁:超前性:技术及显像方法,超前性:技术及显像方法,分子影像与治疗分子影像与治疗实时性:观察代谢排泄过程,功能活动过程实时性:观察代谢排泄过程,功能活动过程生理性:细胞功能,核酸、蛋白及糖代谢,生理性:细胞功能,核酸、蛋白及糖代谢,分析生命的不同环节的生理现象。分析生命的不同环节的生理现象。靶向性:特定部位的吸收靶向性:特定部位的吸收低剂量:内照射,持续性低剂量:内照射,持续性高效率:化学量少,生物效应高。高效率:化学量少,生物效应高。18961896年年Henri BecquerelHe
4、nri Becquerel发现铀盐的发现铀盐的放射性物质。放射性物质。18981898年居里夫妇成功提取放射性钋和年居里夫妇成功提取放射性钋和放射性镭。放射性镭。19341934年用人工方法获得放射性年用人工方法获得放射性3232P P。放射性核素的历史已一百多年放射性核素的历史已一百多年 。核医学发展简史核医学发展简史 绪绪 论论一一、初创阶段初创阶段(1935-19451935-1945年):年):最简单的核素、放射性探测器(盖革计最简单的核素、放射性探测器(盖革计数管和定标器)。应用项目仅有甲状腺功数管和定标器)。应用项目仅有甲状腺功能测定及治疗、血液病治疗等几项。能测定及治疗、血液病治
5、疗等几项。二、二、初具规模阶段初具规模阶段(1946-19601946-1960年):年):19461946年核反应堆投产年核反应堆投产 ,19491949年年闪烁功闪烁功能仪和能仪和19511951年第一台自动年第一台自动闪烁扫描仪制闪烁扫描仪制成成 。开展一些脏器的扫描检查。开展一些脏器的扫描检查。核医学发展简史核医学发展简史 绪绪 论论三、三、迅速发展阶段迅速发展阶段(1961-19751961-1975年):年):钼钼-锝发生器锝发生器 ,人体各重要脏器几乎都能,人体各重要脏器几乎都能用放射性核素显像用放射性核素显像 。四、四、现代核医学阶段现代核医学阶段(19751975年以来):年
6、以来):19751975年第一台年第一台PETPET研制成功,研制成功,1979 1979年研制年研制成功了成功了SPECTSPECT(单探头到多探头发展)。(单探头到多探头发展)。五、五、图像融合图像融合:PET/CTPET/CT,SPECT/CT,SPECT/CT。核医学发展简史核医学发展简史 绪绪 论论治疗核医学治疗核医学19011901年年DanlosDanlos 放射性镭放射性镭 治疗结核皮肤病治疗结核皮肤病19031903年年Bell Bell 放射性镭放射性镭 近距离肿瘤治疗近距离肿瘤治疗19131913年开始静脉注射镭治疗各种疾病年开始静脉注射镭治疗各种疾病19361936年年
7、 用磷用磷-32-32治疗白血病治疗白血病19421942年年 用碘用碘-131-131治疗甲亢(应用最多)治疗甲亢(应用最多)研究研究 放射免疫靶向治疗,受体介导的靶向治疗,放射免疫靶向治疗,受体介导的靶向治疗,核素基因治疗,放射性粒子治疗。核素基因治疗,放射性粒子治疗。核医学发展简史核医学发展简史 绪绪 论论第一章核素核素(同位素,同质异能素,稳定性核素,(同位素,同质异能素,稳定性核素,放射性核素)放射性核素)核素射线及核衰变核素射线及核衰变(衰变,衰变,衰变,衰变,衰衰变)变)核衰变核衰变(衰变规律,半衰期,放射性测量(衰变规律,半衰期,放射性测量单位)单位)射线与物质的作用射线与物质
8、的作用(粒子,光子,中子)(粒子,光子,中子)核素基本概念原子结构原子结构原子结构 原子核中子质子电子+核 素v原子核原子核由质子和中子(统称由质子和中子(统称核子核子,Nucleon,Nucleon)组成。)组成。v元素元素指凡质子数相同的原子指凡质子数相同的原子为一种元素。为一种元素。A A代表原代表原子的质量子的质量数,原子数,原子结构简便结构简便表达:表达:A AX,X,如如131131I I核 素v核素(核素(Nuclide)Nuclide)指核内质子数、中子数、核指核内质子数、中子数、核能完全相同的一类原子。能完全相同的一类原子。v同位素同位素指具有相同质子数、但中子数及质量指具有
9、相同质子数、但中子数及质量数不同的核素。它们在周期表中同一位置。数不同的核素。它们在周期表中同一位置。核 素v同质异能素同质异能素指两个核素质子数指两个核素质子数和中子数都相同,而能量状态和中子数都相同,而能量状态不同的核素。不同的核素。v稳定性核素稳定性核素是指原子核稳定的是指原子核稳定的核素,在没有外来因素干扰时,核素,在没有外来因素干扰时,不容易发生核内成分或能级的不容易发生核内成分或能级的变化。变化。v放射性核素放射性核素是原子核不稳定的是原子核不稳定的核素,由于中子与质子比例失核素,由于中子与质子比例失衡,容易发生核内成分或能级衡,容易发生核内成分或能级的变化。的变化。核衰变核衰变是
10、指放射性核素的原子核不稳定,会自是指放射性核素的原子核不稳定,会自发地变成另一种核素,同时释放出一种或一种发地变成另一种核素,同时释放出一种或一种以上的射线。以上的射线。衰变类型:衰变类型:,,衰变衰变,电子俘获电子俘获.衰变衰变:核衰变时释出出核衰变时释出出粒子(氦核)的衰粒子(氦核)的衰变。母核失去二个质子和二个中子。主要发生变。母核失去二个质子和二个中子。主要发生在质子在质子8282的核素。的核素。放射性核衰变-衰变衰变:主要发生在中子相对过剩的核素。主要发生在中子相对过剩的核素。核中核中1 1个中子转化为质子,释放个中子转化为质子,释放1 1负电子,原子负电子,原子序数加序数加1 1。
11、+衰变(正电子衰变)衰变(正电子衰变):主要发生在中子相主要发生在中子相对不足的核素。核中对不足的核素。核中1 1个质子转化为中子,释个质子转化为中子,释放放1 1正电子和正电子和1 1中微子,原子序数减中微子,原子序数减1 1。放射性核衰变1818F-F-1818O+O+1.655Mev+1.655Mev电子俘获(电子俘获(ECEC):发生在中子相发生在中子相对不足的核素。原子核先从核外对不足的核素。原子核先从核外较内层的电子轨道俘获一个电子,较内层的电子轨道俘获一个电子,与一个质子结合转化为中子,同与一个质子结合转化为中子,同时发射出一个中微子时发射出一个中微子 。衰变及同质异能跃迁衰变及
12、同质异能跃迁:指核素指核素由高能态向低能态或激发态向基由高能态向低能态或激发态向基态跃迁的过程中释出态跃迁的过程中释出射线或单射线或单光子的衰变。光子的衰变。放射性核衰变核衰变规律 指数衰减规律指数衰减规律 N=N N=N0 0 e e-t t N N0:0:(t=0t=0)时放射性原子核的数)时放射性原子核的数)时放射性原子核的数)时放射性原子核的数目目目目N:N:经过经过经过经过t t时间后未发生衰变的放射时间后未发生衰变的放射时间后未发生衰变的放射时间后未发生衰变的放射性原子核数目性原子核数目性原子核数目性原子核数目 :放射性原子核放射性原子核放射性原子核放射性原子核衰变常数衰变常数衰变
13、常数衰变常数 表示单位时间内衰变的核数目表示单位时间内衰变的核数目表示单位时间内衰变的核数目表示单位时间内衰变的核数目占当时的放射性核数目的比率占当时的放射性核数目的比率占当时的放射性核数目的比率占当时的放射性核数目的比率.核衰变规律 半衰期(半衰期(Half life)Half life)物理半衰期物理半衰期物理半衰期物理半衰期(T T T T1/21/21/21/2):):):):放射性核素的原子数衰变一半所需要的放射性核素的原子数衰变一半所需要的放射性核素的原子数衰变一半所需要的放射性核素的原子数衰变一半所需要的时间。时间。时间。时间。T T T T1/21/21/21/2=0.693/
14、=0.693/=0.693/=0.693/生物半衰期生物半衰期生物半衰期生物半衰期(T(T(T(Tb b b b):放射性活度通过生物排泄一半的时间。放射性活度通过生物排泄一半的时间。放射性活度通过生物排泄一半的时间。放射性活度通过生物排泄一半的时间。有效半衰期(有效半衰期(有效半衰期(有效半衰期(T T T Te e e e):生物衰减和物理衰减双重作用所剩一半生物衰减和物理衰减双重作用所剩一半生物衰减和物理衰减双重作用所剩一半生物衰减和物理衰减双重作用所剩一半的时间的时间的时间的时间。换算公式:换算公式:换算公式:换算公式:T T T Te e e e=(T=(T=(T=(T1/21/21
15、/21/2 x T x T x T x Tb b b b)/(T)/(T)/(T)/(T1/21/21/21/2+T+T+T+Tb b b b)放射性测量单位放射性活度放射性活度放射性活度放射性活度:单位时间内核素衰变次数。:单位时间内核素衰变次数。:单位时间内核素衰变次数。:单位时间内核素衰变次数。国际单位国际单位国际单位国际单位贝克勒尔(贝克勒尔(贝克勒尔(贝克勒尔(BecquerelBecquerel,BqBqBqBq),旧单位居里),旧单位居里),旧单位居里),旧单位居里(Ci)(Ci)(Ci)(Ci)1 Ci=3.7 X 10 1 Ci=3.7 X 10 1 Ci=3.7 X 10
16、1 Ci=3.7 X 1010101010 Bq Bq Bq Bq,1 1 1 1 m m m mCi=37 MBqCi=37 MBqCi=37 MBqCi=37 MBq放射性比活度放射性比活度放射性比活度放射性比活度:单位容积或重量的放射性活度:单位容积或重量的放射性活度:单位容积或重量的放射性活度:单位容积或重量的放射性活度.放射性纯度放射性纯度放射性纯度放射性纯度:样品中某:样品中某:样品中某:样品中某物质物质物质物质的放射性活度占总的放射性的放射性活度占总的放射性的放射性活度占总的放射性的放射性活度占总的放射性活度的比例。活度的比例。活度的比例。活度的比例。放射化学纯度放射化学纯度放射
17、化学纯度放射化学纯度:样品中某种:样品中某种:样品中某种:样品中某种化学形式化学形式化学形式化学形式存在的物质的放射存在的物质的放射存在的物质的放射存在的物质的放射性活度占总的放射性活度的比例。性活度占总的放射性活度的比例。性活度占总的放射性活度的比例。性活度占总的放射性活度的比例。吸收剂量吸收剂量吸收剂量吸收剂量:单位质量的物质受照射后吸收的电离辐射的平:单位质量的物质受照射后吸收的电离辐射的平:单位质量的物质受照射后吸收的电离辐射的平:单位质量的物质受照射后吸收的电离辐射的平均能量。单位是戈瑞均能量。单位是戈瑞均能量。单位是戈瑞均能量。单位是戈瑞(Gy).1 Gy=100 rad(Gy).
18、1 Gy=100 rad(Gy).1 Gy=100 rad(Gy).1 Gy=100 rad剂量当量剂量当量剂量当量剂量当量:是吸收剂量、品质因素及其修正因素的乘积。:是吸收剂量、品质因素及其修正因素的乘积。:是吸收剂量、品质因素及其修正因素的乘积。:是吸收剂量、品质因素及其修正因素的乘积。单位是希沃特(单位是希沃特(单位是希沃特(单位是希沃特(Sv).Sv).Sv).Sv).全身均匀照射的年剂量当量全身均匀照射的年剂量当量全身均匀照射的年剂量当量全身均匀照射的年剂量当量5mSv.5mSv.5mSv.5mSv.射线与物质的相互作用一、带电粒子和物质的作用一、带电粒子和物质的作用:电离作用电离作
19、用是指射线使物质中的原子失去轨道是指射线使物质中的原子失去轨道电子而形成正负离子对。电子而形成正负离子对。激发作用激发作用指射线使某些原子的轨道电子从低指射线使某些原子的轨道电子从低能级跃迁至高能级。能量以光子或热能形式能级跃迁至高能级。能量以光子或热能形式释出。释出。韧致辐射韧致辐射是指高速带电粒子受到原子核电场是指高速带电粒子受到原子核电场作用受阻,运动方向发生偏移,部分能量转作用受阻,运动方向发生偏移,部分能量转化为电磁辐射。化为电磁辐射。一、带电粒子和物质的作用一、带电粒子和物质的作用:散射作用散射作用是指带电粒子受到物质原子核库是指带电粒子受到物质原子核库仑电场的电作用时而改变运动方
20、向。仑电场的电作用时而改变运动方向。射线与物质的相互作用 湮没辐射湮没辐射指指+离子与离子与物质的自由电子结合,物质的自由电子结合,正负电子转换为方向相正负电子转换为方向相反、能量反、能量511Kev511Kev的的2 2个个光子的过程光子的过程。二、光子与物质的作用二、光子与物质的作用光电效应光电效应:光子与核内电光子与核内电子作用,把子作用,把全部全部能量交给电能量交给电子,使电子脱离原子。子,使电子脱离原子。康普顿康普顿-吴有训效应吴有训效应:光子光子与核内电子作用,把与核内电子作用,把部分部分能能量交给电子,使电子脱离原量交给电子,使电子脱离原子。子。射线与物质的相互作用三、中子与物质
21、的作用三、中子与物质的作用中子将部分能量传递给被碰撞的原子核,中子将部分能量传递给被碰撞的原子核,自己反冲脱离壳层电子作用成为反冲核运自己反冲脱离壳层电子作用成为反冲核运动,引起物质的电离和激发。动,引起物质的电离和激发。射线与物质的相互作用电子对生成电子对生成:光子的光子的能量高于能量高于1.02 1.02 MeVMeV,在,在原子核电场的作用下,原子核电场的作用下,转化为一对正负电子。转化为一对正负电子。第二章核医学仪器闪烁探测器闪烁探测器 (19501950年年Hal AngerHal Anger)闪烁扫描机闪烁扫描机(1951(1951年年Cassen)Cassen)功能测定仪(功能测
22、定仪(吸碘率测定仪,肾图仪吸碘率测定仪,肾图仪吸碘率测定仪,肾图仪吸碘率测定仪,肾图仪)照相机照相机 (19571957年)年)单光子发射计算机断层仪单光子发射计算机断层仪 (SPECT)(SPECT)(19791979年年 Kuhl and Edwards)Kuhl and Edwards)正电子发射计算机断层仪正电子发射计算机断层仪(PET)(PET)仪 器核探测仪器基本原理放射性探测放射性探测:探测仪器将射线能量转换成可探测仪器将射线能量转换成可记录和定量的光能、电能等,测定放射性记录和定量的光能、电能等,测定放射性核素的活度、能量、分布的过程。核素的活度、能量、分布的过程。放射性探测放
23、射性探测的基本过程的基本过程核医学仪器显像原理核医学仪器显像原理信号分析和数据处理信号分析信号分析:信号甄别,信号位置判断,能峰信号甄别,信号位置判断,能峰判断,时间判断,符合判断,信号增益校正,判断,时间判断,符合判断,信号增益校正,射线散射校正,均匀性校正,旋转中心校正射线散射校正,均匀性校正,旋转中心校正等。等。图像处理:图像处理:衰减校正,(时间,空间)图象衰减校正,(时间,空间)图象平滑处理,平滑处理,ROIROI等图象定量分析,断层图象等图象定量分析,断层图象重建(滤波反投射法,叠代法),剖切等。重建(滤波反投射法,叠代法),剖切等。图象融合:图象融合:将两种不同图象融合成一幅图象
24、将两种不同图象融合成一幅图象的技术,是医学影像发展的亮点。的技术,是医学影像发展的亮点。Single Photon Emission Computed TomographySPECTSPECT:在闪烁照相机基础上在闪烁照相机基础上增加了探头旋转装置、图象重增加了探头旋转装置、图象重建软件。有单探头、双探头、建软件。有单探头、双探头、三探头。三探头。SPECT/CTSPECT/CT同时提供功能血流灌注、代谢影像和解剖形同时提供功能血流灌注、代谢影像和解剖形态结构影像,为临床提供科学诊断依据。态结构影像,为临床提供科学诊断依据。Positron emission tomography PET:是专
25、为探测体内正电子发是专为探测体内正电子发射体湮灭辐射时同时产生的方向射体湮灭辐射时同时产生的方向相反的两个相反的两个光子而设计的显像光子而设计的显像仪器。数十个甚至上百个小仪器。数十个甚至上百个小光光子探测器环形排列,在躯体四周子探测器环形排列,在躯体四周同时进行探测。同时进行探测。PET全全身身正正常常影影像像PET/CTPET/CT以以PETPET特性为主,同时将特性为主,同时将PETPET影像叠加在影像叠加在CTCT图像上,使得图像上,使得PETPET影像更影像更加直观,解剖定位更加准确。加直观,解剖定位更加准确。食管癌PET-CT显像其他核仪器功能测定仪功能测定仪:甲状腺功能仪,肾图仪
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