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1、核医学仪器与方法 Nuclear Medicine Instruments and Methods 清华大学,刘亚强 Cell: 13601390718 Email: liuyaqiang,参考书,Physics in Nuclear Medicine, James A. Sorenson & Michael E. Phelps, W.B. Saunders Company, 1987 Radiological Imaging The Theory of Image Formation, Detection and Processing, Harrison H. Barrett & Willi
2、am Swindell, Academic Press,Inc., 1981 放射成像图象形成、检测和处理的理论，Harrison H. Barrett & William Swindell著，张万里、王维道译，科学出版社 Nuclear Medicine, Robert E. Henkin etl., Mosby-Year Book,Inc, 1996 Digital Image Processing, William K. Pratt, John Wiley & Sons,Inc., 1978,相关网站 （学术组织）,中国国家原子能机构： 中华核医学专业网： 中华放射医学网： 国际原子能机
3、构（IAEA）：http:/www.snm.org，其Division of human Healt，核医学项目网址是：http:/www.iaea.or.at/programmes/nahunet/e1/index.html 亚洲地区核医学协作理事会(The Asian Regional Cooperative Council for Nuclear Medicine，ARCCNM) ：http:/www.arccnm.org 美国核医学协会：http:/www.snm.org 美国核医学杂志：http:/jnm.snmjournals.org/current.shtml 北美放射学会：ht
4、tp:/www.rsna.org 加拿大核医学协会：http:/www.csnm.medical.org 欧洲核医学联合会：http:/www.eanm.org 英国核医学会：http:/www.bnms.org.uk/bnms.htm,相关网站（大学和公司）,劳伦兹伯克利国家实验室核医学和功能成像部：http:/www.lbl.gov/lifesciences/departments/nmfi.html 哈佛大学医学院核医学：http:/radiology.bidmc.harvard.edu/kinds_of_exams/nuclear/nucmed.html 约翰霍普金斯大学放射学系：ht
5、tp:/www.rad.jhmi.edu/ 北卡罗莱那大学生物医学工程系：http:/www.bme.unc.edu 宾夕法尼亚大学放射学系：http:/www.med.upenn.edu/radiology.html 亚利桑那大学放射学系：http:/www.radiology.arizona.edu 芝加哥大学放射学系：http:/www.radiology.uchicago.edu 匹兹堡大学放射学系：http:/www.radiology.upmc.edu/ 通用电气公司医疗系统： 飞利浦医学系统： 西门子公司：,1 核医学及其技术基础 2 同位素及辐射测量 3 放射配体结合分析 4
6、脏器功能测量仪 5 核医学平面成像设备 6 闪烁图像的数字化 7 断层成像方法,8 单光子发射断层成像 9正电子发射断层成像 10核医学仪器的新发展 11图像融合与多模式复合成像 12分子核医学成像设备,第一章 核医学及其技术基础,1.什麽是核医学 核医学（Nuclear Medicine，NM）采用放射性同位素来进行疾病的诊断、治疗及研究。它是核技术与医学相结合的产物。 与放射医学不同，核医学通常将开放型放射性同位素，以放射性药物的形式引人体内。 核医学是现代医学的重要组成部分，是医学现代化的标志之一。,核医学(NM),临床NM,基础NM,诊断NM,治疗NM,体内 in vivo,体外 In
7、 vitro,显像 imaging,非显像 nonmaging,体内诊断，把放射性核素引入活体内， 进行脏器功能测量或显像。 体外诊断，将放射性核素放在试管中， 进行放射性免疫测量或活化分析。,基础核医学为临床核医学提供理论依据和技术支持。它以研究正常的和病态的生命现象为主要内容，在免疫学、分子生物学、遗传工程等新兴学科的发展中发挥着重要的作用。,核医学的工作领域,2.核医学的基本原理及特点,（1）同位素示踪原理 放射性核素及其标记物构成放射性药物。它们保持着对应稳定核素或被标记药物的生物学特性，能够正常参与机体的物质代谢。将放射性药物引入人体以后，它所产生的射线能穿出机体，被置于体外的探测器
8、测量到，使医生能够观察药物分子在活体中被输运、摄取和排泄的过程，获得病人的生理学和脏器功能方面的信息，揭示细胞中的新陈代谢过程，洞悉生命现象的本质、疾病的发病原因和药物的作用机制。 核素成像以药物分子的（molecular）、代谢的（metabolic）、生物的（biological）、功能的（functional）显像为特点，成为影像医学不可缺少的组成部分。,在疾病的发生、发展过程中，往往是相关组织与器官先发生生化、代谢、血流与功能性改变，在经过一定的功能代偿期或潜伏期后，才发展成器质性病变，出现组织与器官形态学变化（如出现异常结节、肿块，密度改变，器官体积增大或缩小）和其它临床症状。核医学
9、能在发生脏器形态改变之前发现功能的变化。 与疾病发生时的情况相对应，当疾病治愈、康复时，相关组织与器官的功能恢复也往往滞后于疾病的治愈。在疾病的康复期，监测和确认病愈组织与器官的功能恢复情况，对于疾病的康复指导和愈后评价是十分有效和重要的。 核医学对于心血管系统、神经系统、肿瘤等严重威胁人类健康的疾病的早期诊断、治疗决策、疗效判断和预后估价中起着十分重要的作用。,抗原和抗体互相结合的免疫反应具有很强的特异性，一种抗原只与一种特定的抗体结合。 核测量具有很高的灵敏度，甚至可以测到单个原子。 综合了这两种技术的放射免疫测量，能够检测人体中10-910-12克的微量生物活性物质。 放免分析仅需从病人
10、取少量血样或尿样，即可测量其中某种物质的含量。它可测定血液成份（如肌红蛋白、心肌球蛋白、铁蛋白）、激素（如甲状腺激素、前列腺素、生长激素、促性腺激素、胰岛素、胃泌素、胰泌素）、病原体（如肝炎病毒）、肿瘤相关抗原（如癌胚胎性抗原、血清铁蛋白、单克隆抗体）等多种重要的生物活性物质。,（2）放射免疫分析,核素辐射的、能导致物质电离，损伤细胞分子，破坏特定细胞的功能（包括分裂或增生）。核素治疗是将放射性核素或其标记物引入病灶，进行内照射，达到抑制或破坏病变组织的目的。作为非手术治疗方法，核素治疗可以减少病人的痛苦。 选择合适的放射性核素或其标记物，使其有选择性地浓聚于病变组织，令病变部位的局部受到大剂
11、量的照射，而周围正常组织所受辐射量很低，损伤较小，这种方法称为靶向内照射治疗。例如，给病人服用的适量131I会在甲状腺聚集。131I发射的-粒子能够杀死癌细胞或部分“割除”亢进的甲状腺组织，达到治疗功能自主性甲状腺腺瘤、功能性甲状腺癌转移灶和甲亢等疾病的目的。131I发射的-粒子射程只有23mm，对周围组织影响很小。,（3）电离辐射的生物效应和内照射治疗,放射免疫治疗则利用特异性抗体作载体，利用免疫反应，将发射-粒子或粒子的放射性核素导向肿瘤抗原部位，实现对瘤体的内照射治疗。例如用131I抗肿瘤坏死单克隆抗体（TNT）治疗肝癌、肺癌和淋巴瘤。 受体介导的靶向放射性核素治疗和基因介导的靶向放射性
12、核素治疗是当今核素治疗的发展方向，如用90Y-Octrotide治疗神经内分泌肿瘤。 由于治疗的效果取决于所选择的放射性核素是否具有适合内照射治疗的生物物理学特性以及在病变处特异性聚集的程度，因此寻找和研制适用于靶向内照射治疗的放射性药物，研究施予的放射性核素活度与细胞水平上的辐射吸收剂量的关系，估量辐射的生物学效果，对核素靶向内照射治疗的安全性和有效性是非常重要的。,除靶向内照射治疗外，放射性胶体腔内治疗将放射性胶体注入病人体腔（如胸腔、腹腔、膀胱、关节腔等），使胶体颗粒附着在体腔内壁和肿瘤组织表面，所发射的-粒子对渗出液内的游离癌细胞和散播在浆膜表面的肿瘤结节进行照射，达到预防手术后肿瘤细
13、胞的扩散，控制恶性肿瘤引起的腹水之目的。目前主要使用32P-胶体磷酸铬、198Au-胶体金等，它们仅发射-粒子。 核素种子治疗则将125I、103Pa颗粒种植在肿瘤内，进行局部照射。 通过导管将核素送入冠状动脉内进行照射，可以防止PTCA支架等介入治疗导致的血管再狭窄。前列腺增生放射性核素尿道内置入治疗是近年发展起来的新技术。 最近美国有人证实18F-FDG在肿瘤中滞留明显，认为肿瘤局部注射18F-FDG是抑制肿瘤生长的有效方法。,3.核医学的发展历程,初创（三十四十年代） 1934年Frederic Joliot Curie和Irene Curie第一次获得30P。第二年，Chiewetz和
14、Hevesy就观察了32P在小白鼠体内的分布与排泄，开始了放射性示踪研究。1936年Hamilton用24Na为示踪剂观察了Na在人体中的吸收与排泄，成为临床应用的开端。1942年Hertz和Hamilton开始用131I治疗甲抗。 当时放射性核素种类有限，使用的核仪器只是一般的GM管和率表，它们的探测效率低，计数率也低，不能做能量分析。,确立（五十年代初） 1950年闪烁探测器问世，核辐射的测量灵敏度从mCi级进入Ci级，并能进行幅度分析。定标器，单道、多道脉冲幅度分析技术导致功能测量仪和扫描机的诞生。产生了影像核医学，大大提高了诊断的准确性。 1953年美国首先成立了核医学学会（Socie
15、ty of Nuclear Medicine），从而确立了核医学这门学科。大量的物理、化学工作者进入核医学领域，与医生们共同研究开发核医学的诊断、治疗方法和设备。,飞越（五十年代末六十年代末） 1958年Hal O.Anger发明单晶体相机，它灵敏度高，分辨率好，可以拍摄动态影像，从而把形态和功能结合起来。这个时代还诞生了性能极好的核素99mTc。 六十年代末计算机技术引入核医学，使得测量、分析自动化，还实现了多门控数据采集等方法。扫描机、相机使用了图像处理系统以后提高了图像质量，核医学的特点功能性显像得到更充分发挥。,现代化（八十年代末今） 建立了放射性核素的发射型计算机断层重建术，显像从二
16、维进入三维，定量分析更精确。单光子发射断层仪（SPECT）普遍用于常规临床检查。正电子发射断层仪（PET）的空间分辨率及探测效率大大提高，它使用的轻核素为组织器官的功能测定提供广泛的可能，对认识思维的本质，进行分子生物学和分子核医学研究具有重大价值。 在这个时代，新型放射药物层出不穷，各种99mTc标记的显像剂、受体、抗体、多肽广泛应用，201Tl、123I、113In、和11C、13N、15O、18F进入临床。,创新（二十一世纪） 生命科学研究已经从机体、器官、组织进入细胞、染色体、DNA的微观水平，医学正在从传统的疾病表征观察、常规的生化实验室检测，过渡到从人体全身显像分析基因、蛋白质表达水平来认识疾病的病因，并提供全新的预防、诊断和治疗手段。 新诞生的分子核医学（Molecular NM）把核医学的方法用于分子生物学和分子医学的研究，又将分子生物学和分子医学的方法和成果引人核医学。它将在基因学、遗传工程、干细胞治疗技术、免疫学、脑科学等新兴学科中发挥重要的作用。
