核医学 Nuclear Medicine

1. 核医学 Nuclear Medicine 吉林大学第二医院核医学科 N.M. Dpt of the second hospital ,Jilin university 罗云霄

2. 第一章 核医学基础 第一节 绪论 一、核医学概念，二、发展史，三、内容 第二节 原子基本结构 一、原子组成，二、原子核结构表示法，三、几个核物理概念 第三节 核衰变类型及规律 一、衰变类型，二、衰变规律 第四节 射线与物质的相互作用 一、带电粒子，二、光子

3. 第一节、 绪 论 • 一、核医学（ Nuclear Medicine）定义： • 用放射性核素或其化合物对疾病进行诊断、治疗及医学研究的医学学科。 • 研究核技术在医学中的应用及其理论的学科。 • 涉及 核物理，化学，生物学，电子学，计算机技术及医学本身。 ﹢ 核技术 医学 核医学 ﹢ ﹦

4. 二、发展史 ： 重金属 • 1895---Wilhelm Roentgen---x射线 • 1896---Henri Becquerel---类似x射线的射线---铀盐 • 1898—Maric Curie 夫妇---镭（Ra），而后发现钚（Pu）和钍（Th），提出“放射性”概念。贝可勒尔射线。 • 1899---卢瑟福发现铀放出α和β射线； • 1913---英国Frederick Soddy 提出“同位素”一词； • 1923 Hevesy 首先用同位素进行生命科学示踪研究，提出了“示踪技术”的 概念，1943年获诺贝尔化学奖。 • 1935---Joliet &Joliot- Curie ---人工放射性核素 • 1936---32P治白血病，128I（T1/2 21.99m,β)—吸碘功能；1942---131I治甲亢; 1946--- 131I治甲癌； • 1937 ---锝（99mTc），1965---市售钼-锝发生器. • 获得多项诺贝尔奖。

5. 中国核医学的发展 • 我国，56 、57年西安第一、二期训练班（王世真，丁德泮），58年北京临床应用训练班----核医学进入临床应用的起点。 70年代，在全国得到了普及。 • 1977年我国将核医学作为医药院校本科生必修课，教育部和卫生部先后组织编写了多版规划教材。 • 1980年成立了中华医学会核医学分会及各省市核医学分会。 • 1981年创办了中华核医学杂志。

6. 医学与核医学的发展 核医学 医学 基础医学 临床医学 免疫学 生物学 RNA-DNA逆转录、遗传密码、胆固醇合成与代谢、细胞周期，细胞膜受体 心血管 内分泌 脑 肿瘤 基因显像 反义显像 受体显像 导向治疗 内分泌激素测定 内分泌腺体显像 放射免疫分析 放射免疫显像 放射免疫治疗 缺血性疾病 心肌活性 诊断与治疗 神经精神疾病 脑认知与行为 分子核医学与分子影像

7. Roentgen----X射线----透视人体解剖结构--- 疾病诊断； Hevesy----RN示踪法---显示体内生化过程- 推进了宏观向微观医学的发展。 显微镜----对机体的认识从宏观进入微观 （细胞）； 核医学-----由细胞进入分子水平。

8. 核医学 Nuclear Medicine 实验核医学 Experimental Nuclear Medicine 放射性核素示踪技术 放射性核素动力学分析 体外放射分析 放射自显影和活化分析 动物PET、SPECT成像 临床核医学Clinical Nuclear Medicineis a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc. 三、核医学内容 利用核医学的各种原理、技术和方法来研究疾病的发生、发展，研究机体的病理生理、生物化学和功能结构的变化，达到诊治疾病的目的，提供病情、疗效及预后的信息 发展、创立新的诊疗技术和方法

9. 临床核医学 诊断 治疗 体内 体外 体内 体外 显 像 法 非 显 像 法 体 外 分 析 敷 贴 131I 32P

10. 第二节、原子基本结构 一、原子组成 e- K L M Z+N

11. 二、原子核结构表示法： • AZXN 3215P17 • AX 32P 131I 89Sr

12. 三、核物理基本概念 • 1、核素（nuclide）： 质子数、中子数及所处的能量状态均相同即为一种核素。 123I 125I 131I 稳定性核素（stable nuclide）： 原子核稳定，不会自发发出射线而衰变的核素。 放射性核素（radionuclide）： 原子核能自发地发生核的变化，由一种核素转变为另一种核素，同时伴随有射线的放出。 • 2、同位素（isotope）： 质子数相同而中子数不同的核素互称为同位素。 • 3、同质异能素（isomer）： 质子数、中子数相同，所处的能量状态不同的核素，互称为同质异能素。 99Tc 99mTc

13. 射线种类（衰变类型） αβγе+ 放 射 性 核 素 物 理 特 性 射线能量（MeV,KeV） 物理半衰期(y,m,d,h)

14. 第三节、放射性衰变 不稳定性核素自发地放出射线并转变为另一种核素的过程称为放射性衰变（radiation decay）。

15. 一、衰变类型（decay type） • 1 、α decay： • 放出α粒子（alpha particle）的放射性衰变。 α粒子由两个质子和两个中子组成——氦核（42He）。 • AZX → A-4Z-2Y + 42He +Q • 22688Ra → 22286Rn + 42He + 4.879MeV 镭（radium） 氡（radon）

16. 2、β- decay： • 发生在中子过剩的原子核。 • AZX → AZ+1Y + β- +反中微子+ Q • 3215P → 3216S + β- + 反中微子+ 1.71 MeV (磷) (硫) ( electron) (antineutrino) (兆电子伏特)

17. 3、 β+ decay（positron decay）： • 发生在中子缺乏核素。 • AZX → AZ-1Y + β+ + ν + Q • 189F → 188O + 0+1 e+ ν + 1.655 MeV • (氟) (氧) (positron) ( neutrino) • 正电子的射程仅1～2mm 即发生淹灭辐射（annihilation radiation），失去电子质量，转变成两个能量为511KeV，方向相反的 γ 光子。

18. 4、 electron capture ，EC（电子俘获衰变）：核内的一个质子转变为一个中子。 • AZX + e- → AZ-1Y + ν + Q • 5526Fe + e- → 5525Mn + ν + 0.0231 MeV • （最内层轨道电子） • 内层轨道电子被俘入核内，外层轨道电子补入，两电子轨道能量差转换为特征X线（characteristic X ray）或传给一个轨道电子，使之脱离原子----饿歇电子（auger electrons）。 • 该衰变后，有的原子核仍处激发态—γ射线--基态，或原子核把能量传给一个核外电子，使之发射出去—内转换电子。 • 特征X线、 γ射线可用于显像（111In、123I、67Ga、201Tl),俄歇电子和内转换电子用于治疗（125I)。

19. 5、 γ decay or γ transition（跃迁）： • 原子核从激发态（excited state）向基态（ground state）转变时，多余能量以γ光子放出。 γ线是中性光子流。 • (这种激发态原子核常在α、 β decay 或核反应后形成。) • 66.02h • 9942Mo → 99m43Tc + β- • 6.03h • 99Tc + γ

20. α、β、γ 三种射线性质比较

21. 二、衰变规律 • 放射性核素原子的衰变并非在瞬间同时完成，而是随机的，自发的，按一定规律进行。各种放射性核素都有自己特有的衰变常数[decay constant（ λ）]。 • λ: (整个放射源,发生衰变的原子核数占总核数的百分比;单个原子核,原子核发生衰变的几率) • N=N0e-λt Nt=N0e -λt • N：经时间t衰变后的原子数； • N0：t=0时的原子数;

22. 放射性活度(radioactivity,A): • 单位时间内发生衰变的原子核数. • A=N λ=A0 e -λt • 旧制单位:居里(curie,Ci) • 国际制：Bq (becquerel,贝可) :每秒一次衰变. • 1Ci=3.7×1010Bq • 1Ci=103mCi=106μCi • 1Bq=10-3 kBq=10-6 MBq=10-9 GBq • 放射性浓度(specific activity):单位量物质中含有的放射性活度（mCi/ml）. mCi/mg-固体

23. 半衰期（half life） • 物理半衰期（physical half life ，T1/2）： • 放射性核素由于自身衰变，其活度（核数）减少至原来一半所需时间。 • 生物半衰期（biological half life，Tb）： • 生物体内的放射性核素由于生物代谢等作用，其活度减少一半所需时间。 • 有效半衰期（effective half life，Te）： • 生物体内的放射性核素由于放射性衰变及生物代谢的共同作用。其活度减少一半所需时间。 • λ e=λ+ λb λ=0.693/T1/2 Te-1= T1/2–1+ Tb-1

24. 第四节、射线与物质的相互作用 • 一、带电粒子与物质的相互作用： （一）电离(ionization)作用： 带电粒子（ charged particles，α ，β ）使物质中的原子失去轨道电子而形成自由电子和正离子的过程。 1、入射粒子电荷量越大，电离作用越强。 α》β 。 2、自由电子能量足够大，又可使其他原子电离---间接电离或次级电离。 3、单位路径中形成的离子对数为电离密度，反应电离本领。 4、电子飞出，某壳层有空位产生，外层轨道电子填充，发射特征X射线。

25. （二）激发（excitation)作用： 带电粒子通过物质时，原子的电子获得的能量不足以使其脱离原子，而只能从内层跳到外层轨道-----激发态。 1、激发态原子极不稳定，很快退回基态，释放特征X射线。 2、电离和激发是射线引起生物效应的机制之一。

26. （三）散射（scattering）作用： β 射线质量小，行进中易受介质原子核电场力的作用而改变前进方向—散射。 带电粒子在物质中通过可能经过多次散射。

27. （四）韧致辐射（bremsstrahlung） ： • 快速电子通过物质时，在原子核电场力作用下，急剧减速，电子的一部分或全部动能转化为连续能量的X线发射出来----韧致辐射。 • 1、韧致辐射强度和β 射线反向散射的几率与屏蔽材料的密度正相关。还随β 射线能量增加而增加。 • 2、α 粒子质量大，运行速度慢，较少产生韧致辐射。 屏蔽β射线和中子用质地软的材料：玻璃，有机玻璃，朔料，橡胶等。

28. （五）吸收（absorption)作用: 带电粒子使物质的原子电离和激发时，射线能量全部耗尽，射线不再存在----吸收。 粒子在物质中沿运动轨迹所经过的距离叫路程， 而路程沿入射方向投影的直线距离叫射程。 关系 反映 带电粒子能量 吸收物质性质 带电粒子穿透能力

29. 二、γ 射线与物质的相互作用 1、光电效应（photoelectric effect）： 光子把能量完全传给一个轨道电子， 使之发射出 成为光 电子。

30. 2、康普顿散射（compton scattering） • 或康普顿效应（ compton effect）： • γ 射线能量较大时，光子只把部分能量传给轨道电子，使之脱离原子核成为compton电子（类似β 射线 ）， • 光子本身改变 • 方向继续运行， • 称为康普顿 • 散射光子。

31. 3、电子对生成（electron pair production）：当光子能量大于1.022MeV，在原子核或其他电场的作用下，转化为一对正、负电子对。 (X射线能量较小，一般不发生。)