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核技术在医学领域中应用.ppt
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1、第六章第六章 核技术在医学领域核技术在医学领域 中的应用中的应用主要内容主要内容第一节第一节 核医学影像技术及其设备核医学影像技术及其设备第二节第二节 医用放射性同位素医用放射性同位素第三节第三节 诊断用放射性药物诊断用放射性药物第四节第四节 治疗用放射性药物治疗用放射性药物第五节第五节 放射治疗放射治疗2024/5/25 周六2核技术应用概论核技术在医学领域中的应用医学是核技术应用的重要领域之一医学是核技术应用的重要领域之一n全世界生产的放射性同位素中,约有全世界生产的放射性同位素中,约有80%80%以上用于以上用于医学。医学。将核技术用于疾病的预防、诊断和治疗,形将核技术用于疾病的预防、诊
2、断和治疗,形成了现代医学的一个分支成了现代医学的一个分支-核医学。核医学。n核医学是以核素(包括放射性核素和稳定核素)标核医学是以核素(包括放射性核素和稳定核素)标记的示踪剂,用于医学和生物(体内、体外)医疗记的示踪剂,用于医学和生物(体内、体外)医疗(主要包括诊断、治疗)和研究用途的学科。(主要包括诊断、治疗)和研究用途的学科。引言引言2024/5/25 周六3核技术应用概论核技术在医学领域中的应用第一节核医学影像技术及其设备第一节核医学影像技术及其设备p相机相机p发射型计算机断层成像术发射型计算机断层成像术2024/5/25 周六4核技术应用概论核技术在医学领域中的应用引言引言CTCTMR
3、IMRI超声成像超声成像核医学影像核医学影像医医学学影影像像技技术术 反映的是器官与组织对于反映的是器官与组织对于X X射线射线的吸收系数大小的吸收系数大小反映的是体内反映的是体内H H2 2O O中质子的弛豫中质子的弛豫时间的空间分布时间的空间分布反映的是器官和组织对于超声波反映的是器官和组织对于超声波的反射能力的反射能力反映的是显像剂或其代谢产物在反映的是显像剂或其代谢产物在体内的时间和空间分布体内的时间和空间分布2024/5/25 周六5核技术应用概论核技术在医学领域中的应用n闪烁相机,又称闪烁相机,又称AngerAnger相机,由探头、相机,由探头、电子学线路、记录电子学线路、记录及显
4、示装置及附加及显示装置及附加设备四部分组成,设备四部分组成,可对脏器中放射性可对脏器中放射性核素的分布进行一核素的分布进行一次成像和连续动态次成像和连续动态观察观察。一、一、相机相机SIGMA438改改进进型型照相机照相机 2024/5/25 周六6核技术应用概论核技术在医学领域中的应用一、一、相机相机2024/5/25 周六7核技术应用概论核技术在医学领域中的应用二、发射型计算机断层成像术二、发射型计算机断层成像术现代核医学常用的两种影像技术现代核医学常用的两种影像技术:n单光子发射计算机断层成像术(单光子发射计算机断层成像术(Single photon Single photon emis
5、sion computed tomographyemission computed tomography,SPECTSPECT)n正电子发射断层成像术(正电子发射断层成像术(Positron emission Positron emission tomographytomography,PETPET)该类技术是该类技术是利用病人体内药物发射射线成像利用病人体内药物发射射线成像,故统称发射型计算机断层成像术。故统称发射型计算机断层成像术。2024/5/25 周六8核技术应用概论核技术在医学领域中的应用(一)(一)SPECT用于用于获得人体内放射性核素的三维立体分布图像获得人体内放射性核素的三维立
6、体分布图像。光电倍增管光电倍增管的磁屏蔽必须的磁屏蔽必须增强,以克服增强,以克服探头旋转过程探头旋转过程中地球磁场变中地球磁场变化对光电倍增化对光电倍增管性能的影响。管性能的影响。西西门门子公司生子公司生产产的双探的双探头头SPECT 2024/5/25 周六9核技术应用概论核技术在医学领域中的应用主要原理主要原理投影(投影(Projection)采集)采集 根据需要从某一角度开始,在预定时间内采集投影图像,根据需要从某一角度开始,在预定时间内采集投影图像,然后旋转一定角度,在同样时间内采集下一幅投影图像。如然后旋转一定角度,在同样时间内采集下一幅投影图像。如此重复,直到旋转此重复,直到旋转1
7、80度或度或360度停止。度停止。重建(重建(Reconstruction)断层)断层 从投影数据经过适当的计算得到断层图像称为重建。从投影数据经过适当的计算得到断层图像称为重建。SPECT/CT SPECT/CT由由SPECT和和CT结合而成,两者轴心一致,共结合而成,两者轴心一致,共用一个扫描床,这样就使得在一次检查中就可采集同一部位用一个扫描床,这样就使得在一次检查中就可采集同一部位的的功能图像功能图像和和解剖图像解剖图像,进而实现图像的融合。,进而实现图像的融合。2024/5/25 周六10核技术应用概论核技术在医学领域中的应用(二)(二)PETPET是是反映病变的基因、分子、代谢及功
8、能状态反映病变的基因、分子、代谢及功能状态的显像设备。的显像设备。PETPET有两个不同于有两个不同于其它核医学成像其它核医学成像技术的重要特点:技术的重要特点:p放射性示踪剂是放射性示踪剂是用用发射正电子的发射正电子的核素核素所标记的;所标记的;p采用的是符合探采用的是符合探测技术。测技术。PET装置装置 2024/5/25 周六11核技术应用概论核技术在医学领域中的应用主要原理主要原理“活体生化显像活体生化显像”PET利用发射正电子的核素标记一些生理需要的化合利用发射正电子的核素标记一些生理需要的化合物或代谢底物如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、水等,引入物或代谢底物如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、水等
9、,引入体内后,应用正电子扫描机而获得体内化学影像,也称体内后,应用正电子扫描机而获得体内化学影像,也称之为之为“活体生化显像活体生化显像”。广泛用于肿瘤、冠心病和脑部。广泛用于肿瘤、冠心病和脑部疾病的诊断和指导治疗。疾病的诊断和指导治疗。PET使无创伤性的、动态的、定量评价活体组织或使无创伤性的、动态的、定量评价活体组织或器官器官在生理状态下及疾病过程中细胞代谢活动的生理、在生理状态下及疾病过程中细胞代谢活动的生理、生化改变,获得分子水平的信息生化改变,获得分子水平的信息成为可能,这是目前其成为可能,这是目前其它任何方法都无法实现的。它任何方法都无法实现的。目前最常用的目前最常用的PET显像剂
10、为显像剂为18F-FDG(18F标记的一种标记的一种葡萄糖的类似物葡萄糖的类似物-氟化脱氧葡萄糖)。氟化脱氧葡萄糖)。2024/5/25 周六12核技术应用概论核技术在医学领域中的应用PET/CT 将将PET和和CT整合在一台仪器上,两者轴心一致,共整合在一台仪器上,两者轴心一致,共用一个扫描床,组成一个完整的显像系统,用一个扫描床,组成一个完整的显像系统,可以同时获可以同时获得得CT解剖图像和解剖图像和PET功能代谢图像功能代谢图像,两种图像优势互补,两种图像优势互补,使医生在了解生物代谢信息的同时获得精准的解剖定位,使医生在了解生物代谢信息的同时获得精准的解剖定位,从而对疾病做出全面、准确
11、的判断。从而对疾病做出全面、准确的判断。2024/5/25 周六13核技术应用概论核技术在医学领域中的应用小动物小动物PET/CT小动物正电子发射断层显像小动物正电子发射断层显像/计算机体层成像技术计算机体层成像技术 Micro PET/CT,相对于传统的体外检测技术,小动相对于传统的体外检测技术,小动物物PET/CT在同一动物身上进行无损伤的反复实验,减在同一动物身上进行无损伤的反复实验,减少了实验动物的使用,节约了实验费用,对同一只动物少了实验动物的使用,节约了实验费用,对同一只动物在不同时间点进行研究,进行连续的动态测定,消除了在不同时间点进行研究,进行连续的动态测定,消除了种属差异。种
12、属差异。该技术正在成为药物开发、肿瘤学、人类疾该技术正在成为药物开发、肿瘤学、人类疾病研究(如神经系统和心血管疾病)以及基因组学研究病研究(如神经系统和心血管疾病)以及基因组学研究的重要方法的重要方法。2024/5/25 周六14核技术应用概论核技术在医学领域中的应用第二节第二节 医用放射性核素医用放射性核素p诊断用放射性核素诊断用放射性核素p治疗用放射性核素治疗用放射性核素2024/5/25 周六15核技术应用概论核技术在医学领域中的应用引言引言n放射性药物(放射性药物(RadiopharmaceuticalRadiopharmaceutical)指可用于临床诊断或治疗的放射性核素或其标记的
13、单质、指可用于临床诊断或治疗的放射性核素或其标记的单质、化合物及生物制剂。如,化合物及生物制剂。如,单质:单质:133133XeXe(肺灌注显像剂)(肺灌注显像剂)化合物:化合物:NaNa131131I I(甲状腺疾病治疗)(甲状腺疾病治疗)生物制剂:生物制剂:99m99mTc-RBCTc-RBC(用于血池显像)(用于血池显像)标记化合物标记化合物放射性药物放射性药物放射性药品18F-FDG全身显像图全身显像图 2024/5/25 周六16核技术应用概论核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素一、诊断用放射性核素nSPECTSPECT显像用的放射性核素显像用的放射性核素:最好只发射单能:最
14、好只发射单能射线,不发射线,不发射带电粒子,因为后者对于显像不仅没有贡献,反而会对病射带电粒子,因为后者对于显像不仅没有贡献,反而会对病人增加不必要的内照射。人增加不必要的内照射。射线能量最好在射线能量最好在100keV300keV之间,能量太低,从发射点穿出体外的吸收损失增加;能量之间,能量太低,从发射点穿出体外的吸收损失增加;能量过高,要求的准直器厚度增加。过高,要求的准直器厚度增加。99m99mTcTc为首选核素,占全部放为首选核素,占全部放射性药物的射性药物的80%80%。nPETPET显像用的放射性核素:显像用的放射性核素:最好只发射最好只发射+粒子,不发射粒子,不发射射射线,因为后
15、者会增加偶然符合计数,降低信噪比。半衰期最线,因为后者会增加偶然符合计数,降低信噪比。半衰期最好在好在10s10s80h80h,太短很难甚至无法将其标记到运载分子上;,太短很难甚至无法将其标记到运载分子上;太长,显像以后残留在体内的放射性活度太高,给病人造成太长,显像以后残留在体内的放射性活度太高,给病人造成额外的照射,限制了放射性药物的总活度。额外的照射,限制了放射性药物的总活度。以以1818F F为最优,代为最优,代表药物为表药物为1818F-FDGF-FDG。2024/5/25 周六17核技术应用概论核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素一、诊断用放射性核素核素核素T1/2衰变衰变
16、方式方式主要射线能量主要射线能量(keV)生产方式生产方式67Ga3.261 dEC93.311(39.2)67Zn(p,n););66Zn(d,n)99mTc6.008 hIT140.511(88.5)99Mo(-)111In2.805 dEC245.4(94.09)111Cd(p,n););109Ag(,2n)123I13.27 hEC158.97(83.3)123Te(p,n););121Sb(,2n)125I59.41 dEC35.4919(6.67)124Xe(n,););123Sb(,2n)201Tl72.91 hEC167.43(10.0)Hg(d,x););203Tl(p,3n
17、););201Pb(EC)适合于适合于SPECT显像的常用放射性核素及其生产方法显像的常用放射性核素及其生产方法 2024/5/25 周六18核技术应用概论核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素一、诊断用放射性核素适合于适合于PET显像的常用放射性核素及其生产方法显像的常用放射性核素及其生产方法 核素核素T1/2(min)主要射线能量主要射线能量(keV)生产方式生产方式11C20.39511(199.52)14N(p,););10B(d,n)13N9.965511(199.84)16(p,););10B(,n)15O2.037511(199.8)14N(d,n););16(3He,)1
18、8F109.77511(193.46)18O(p,n););20Ne(d,)62Cu9.67511(194.86)60Ni(,n););62Zn(EC)68Ga67.629511(178.2)68Zn(p,n););68Ge(EC)82Rb1.273511(190.94)85Rb(p,4n););82Sr(EC)2024/5/25 周六19核技术应用概论核技术在医学领域中的应用二、治疗用放射性核素二、治疗用放射性核素适合于治疗的放射性核素应满足下列条件适合于治疗的放射性核素应满足下列条件:n只发射只发射、俄歇电子,或仅伴随发射少量弱、俄歇电子,或仅伴随发射少量弱射线射线;n半衰期为数小时至数十
19、天半衰期为数小时至数十天;n衰变产物为稳定核素衰变产物为稳定核素;n可获得高比活度的放射性制剂可获得高比活度的放射性制剂。粒子的粒子的LETLET(传能线密度)高,能量为(传能线密度)高,能量为4MeV4MeV8MeV8MeV的的粒子粒子在组织中的射程约为在组织中的射程约为2560m,与细胞的直径相当,与细胞的直径相当,用用放射性核放射性核素体内治疗肿瘤其能量聚积最集中。素体内治疗肿瘤其能量聚积最集中。粒子在组织中具有一定的射程,药物不一定必须跨膜进入细粒子在组织中具有一定的射程,药物不一定必须跨膜进入细胞才能起治疗作用。胞才能起治疗作用。粒子在组织中聚积的能量均匀而分散,不如粒子在组织中聚积
20、的能量均匀而分散,不如粒子集中,尽管粒子集中,尽管粒子的能量沉积还是局限在较小的范围,即使粒子的能量沉积还是局限在较小的范围,即使药物的肿瘤选择性非常好,在杀伤肿瘤细胞的同时,也会大量杀伤药物的肿瘤选择性非常好,在杀伤肿瘤细胞的同时,也会大量杀伤正常细胞。正常细胞。2024/5/25 周六20核技术应用概论核技术在医学领域中的应用二、治疗用放射性核素二、治疗用放射性核素核素核素T1/2衰变衰变方式方式主要粒子能量主要粒子能量(keV)生产方法生产方法32P14.262 d-1710.3(100.0)31P(n,););32S(n,p)89Sr50.53 d-1495.1(99.99)88Sr(
21、n,)90Y2.667 d-2280.1(99.99)90Sr(-););89Y(n,)109Pd13.701 h-1027.9(99.9)108Pd(n,)131I8.0207 d-606.3(89.9)131Te(-)153Sm46.284 d-635.3(32.2););808.2(17.5)152Sm(n,)165Dy2.334 h-1286.7(83.0)164Dy(n,)188Re17.005 h-2120.4(71.1)187Re(n,););188W(-)198Au2.69517 h-960.6(98.99)197Au(n,)一些比较适合于治疗肿瘤的放射性核素一些比较适合于治疗
22、肿瘤的放射性核素 2024/5/25 周六21核技术应用概论核技术在医学领域中的应用第三节诊断用放射性药物第三节诊断用放射性药物p心血管显像剂心血管显像剂p脑显像剂脑显像剂p肿瘤显像剂肿瘤显像剂p其它脏器显像剂其它脏器显像剂2024/5/25 周六22核技术应用概论核技术在医学领域中的应用一、心血管显像剂一、心血管显像剂心肌灌注显像剂心肌灌注显像剂 心肌乏氧显像剂心肌乏氧显像剂心肌代谢显像剂心肌代谢显像剂心血池显像与心功能测定心血池显像与心功能测定血栓显像剂血栓显像剂心心血血管管显显像像剂剂2024/5/25 周六23核技术应用概论核技术在医学领域中的应用(一)心肌灌注显像剂(一)心肌灌注显像
23、剂在临床上,心肌灌注显像用于冠心病心肌缺血早期诊断,在临床上,心肌灌注显像用于冠心病心肌缺血早期诊断,心肌梗塞和心肌病诊断,心肌活力评估等。心肌梗塞和心肌病诊断,心肌活力评估等。理想的心肌显像剂应满足以下要求:理想的心肌显像剂应满足以下要求:p心肌对它有较高的摄取和较长的滞留时间;心肌对它有较高的摄取和较长的滞留时间;p血清除快,且有较高的心血清除快,且有较高的心/肝、心肝、心/血、心血、心/肺比值;肺比值;p心肌摄取量与心肌血流成正比;心肌摄取量与心肌血流成正比;p最好有心肌再分布特性。最好有心肌再分布特性。已经用于临床或正在进行临床实验的心肌灌注显像已经用于临床或正在进行临床实验的心肌灌注
24、显像剂有剂有201201TlClTlCl、99m99mTc-MIBITc-MIBI、99m99mTc-TEBOTc-TEBO、99m99mTc-PTc-P5353、99m99mTc-QTc-Q1212、99m99mTc-NOETTc-NOET。2024/5/25 周六24核技术应用概论核技术在医学领域中的应用(二)心肌乏氧显像剂(二)心肌乏氧显像剂 心肌因供血不足,致使部分心心肌因供血不足,致使部分心肌处于乏氧状态;若得不到及时治肌处于乏氧状态;若得不到及时治疗,就可能坏死。目前,采用溶栓、疗,就可能坏死。目前,采用溶栓、血管成形或再造技术等临床手段可血管成形或再造技术等临床手段可降低死亡率,
25、改善预后。降低死亡率,改善预后。心心脏脏搭搭桥桥手手术术 2024/5/25 周六25核技术应用概论核技术在医学领域中的应用(二)心肌乏氧显像剂(二)心肌乏氧显像剂 在进行心脏在进行心脏“搭桥搭桥”手术之前,区别心肌缺血(心肌手术之前,区别心肌缺血(心肌细胞仍存活,但处于冬眠状态)细胞仍存活,但处于冬眠状态)/坏死(永久性损伤)非坏死(永久性损伤)非常重要。常重要。乏氧显像剂乏氧显像剂被缺血细胞摄取后,在乏氧条件下可被被缺血细胞摄取后,在乏氧条件下可被黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶催化还原而滞留在乏氧细胞中,而在正常催化还原而滞留在乏氧细胞中,而在正常氧供条件下不被还原而难以滞留,但坏死细胞对显像剂
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