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1、核医学总论,山西医科大学第一医院 核医学科 刘建中,概述,什么是核医学？ 利用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科，分为实验核医学和临床核医学 按专业学位点，核医学属于“影像医学与核医学” 临床核医学除显像外还有器官功能测定、核素治疗和体外放射分析,核医学是一个独立的学科同时也是一门综合性医学学科 涉及到核物理学、电子学、化学、生物学、计算机技术及医学本身 核医学应用范围几乎涉及到各个医学学科和专业 现代核医学代表了当今核技术、计算机技术等尖端科技的发展水平 核医学融入了现代生命科学研究的重要成果,实验核医学的内容,放射性药物学 放射性核素示踪技术 核素动力学分析 体外放射分析 活化分
2、析 放射自显影 动物PET、SPECT的应用 稳定性核素分析,利用核医学的各种原理、技术和方法 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 提供病情、疗效及予后等信息 随着学科发展临床核医学又可细分 心血管核医学（核心脏病学）、肿瘤核医学、神经核医学、内分泌核医学治疗核医学及影像核医学,临床核医学的内容,临床核医学,核医学发展简史,序 幕 阶 段 （1895-1935） 初 创 阶 段 （1936-1942） 初具规模阶段（1946-1960） 迅速发展阶段（1961-1975） 现代核医学 （1976-至今）,核医学发展-序幕（1895-1934）,发现和开始认识核
3、射线 初步应用核射线进行皮肤病，并尝试静脉注射镭治疗各种疾病 第一次描述人造放射性，建立第一台回旋加速器用来制造人造放射性同位素 指出获得各种人造放射性核素的应用前景,应用131I、32P、198Au和24Na简单的无机化合物形式 放射性探测器只有盖革计数管和定标器 甲状腺功能测定（128I ） 甲状腺疾病治疗（甲亢、甲癌）血液病治疗、腹腔转移瘤治疗 锝元素的发现,核医学发展-初创（1935-1945）,核医学发展-奠定基础（1946-1960）,核反应堆投产，生产更多种类和大量的放射性核素，标记技术进步成功制备较复杂的放射性标记化合物 井型闪烁计数器、闪烁功能仪和闪烁扫描机问世，实现放射性标
4、本测定和多种脏器功能测定及显像 发明放射免疫分析（RIA）技术，开创了标记免疫测定新纪元 初步具备了核医学的理论基础、方法手段，拥有颇具特点的临床诊治项目,加速器和发生器（如99mTc发生器）普遍应用 r照相机广泛应用 体外放射分析已发展到能测定300余种体内微量活性物质 临床核医学逐渐成为临床不可缺少的重要学科,核医学发展-规模发展（1961-1975）,核医学发展-现代核医学（1976-）,SPECT、 PET、 SPECT/CT、 PET/CT的应用，实现脏器、组织或病变的定量或半定量测定 各种显像剂开发和药盒供应，正电子放射性药物的发展 提供脏器或病变的血流、功能、代谢等影像信息 在分
5、子影像诊断中具重要的地位，可反映受体、抗原（或抗体）、转运体、酶、基因、DNA、RNA等在疾病情况下的异常表达 体外放射分析和核医学治疗也长足发展,核医学主要发展阶段,核医学必备的物质条件,放射性药物 (Radiopharmaceuticals),放射性试剂 (Radioactive Reagent),核医学仪器 (Nuclear Medical Instrument),核射线探测仪器-按探测目的分,显像仪器： 扫描机、照相机、SPECT、 PET、 SPECT/CT 、 PET/CT 测量仪器：如固体闪烁仪、计数仪、能谱仪、脏器功能测量仪、液体闪烁仪、放射性层析扫描仪、放射性活度计等 计量仪
6、器：如电离室、胶片、热释光等辐射计量仪 防护仪器： （）辐射仪、放射性表面污染监测仪、放射性报警仪等,核医学显像的主要设备,相机：提供平面的静态或动态影像 SPECT：（single photo emission computed tomography）单光子发射计算机断层扫描仪 SPECT/CT：SPECT与CT同机融合，解剖图像与功能图像同机融合 带符合SPECT：SPECT探测正电子核素-代谢显像 PET：（positron emission computed tomography）正电子发射计算机断层扫描仪 PET/CT： PET 与CT硬件、软件同机融合，解剖图像与功能、代谢图像同机
7、融合,符合线路SPECT/CT,CTA与心肌灌注融合,SPECT/CT,PET/CT,PET/CT融合,全身扫描： 190 cm 扫描长度，从头到脚一次扫描18min 不同部位可以设置不同扫描速度,固体闪烁测量仪,由闪烁体、光导、光电倍增管和相关电路和外周屏蔽组成 用于射线测量，常用的固体闪烁体有无机晶体（如NaI晶体）、有机闪烁体和塑料闪烁体 大致可分为射线探测器和辅助电子仪器两部分,固体闪烁测量仪,-相机的基本结构,ECT的基本结构,ECT的结构,ECT探头剖面图,探头周围铅屏蔽 准直器固定结构 准直器孔 NaI 晶体 光电倍增管,不同类型的准直器,碘化钠（铊）晶体,在Nal中掺入0.1%
8、-0.4%的Tl作为启动剂后，Nal(Tl)在与射线相互作用时就能产生大量光子 射线或x射线与Nal(Tl)晶体通过光电效应、康普顿效应、电子对效应发生相互作用，以此通过电离或激发将Nal分子提高到激发状态 Nal分子从激发态回到基态时，发射出光子。每1keV能量产生约20-30个光子。,光电倍增管（PMT）,光电倍增管（PMT）,光阴极：接收光子并转换成光电子的电极 聚焦电极和打拿极：光电子经聚焦后到打拿极倍增（3-6倍），经过10个打拿极的连续倍增最终到达阳极的电子总数可增加105-108倍,由19只PMT组成的X、Y位置电路,PET/CT的发展历史,1953年 正电子探测脑肿瘤 1963
9、年 发射断层 1973年 Hounsfield发明CT 1976年 PET用于临床 1991年 螺旋CT问世 1995年 Townsend研制PET/CT, NCI Grant 2000年 PET/CT在北美放射学会问世 2001年 PET/CT用于临床 2002年 LSO PET/CT UPMC,First Installation in Zurich March 2001,Discovery LS,PET/CT,正电子衰变示意图,符合探测示意图,CT与PET比较,What is PET？,Isotope production CYCLOTRONS Tracer production CHE
10、MISTRY SYSTEMS Imaging SCANNER,PET/CT的特点,CT与PET硬件、软件同机融合 解剖图像与功能图像同机融合 同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程 高灵敏度、高特异性、高准确性 PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；PET/CT能实现的，PET或CT不一定能实现,放射性核素显像概论,核医学显像是显示显像剂（放射性核素标记的放射性药物）在体内的分布特性：特异性或非特异性地浓聚于特定的脏器组织或病变组织 显示某一系统、脏器和组织的形态、功能、代谢的变化，达到对疾病进行定位、定性、定量诊断的目的
11、近年来提出分子影像的概念,核医学显像的概念,是功能性显像 是把放射性核素示踪剂引入体内，射线由体内发射，用显像仪器探查放射性核素在靶器官或组织内动态和/或静态分布状况或浓度差 放射性核素显像是以脏器、组织和病变内外放射性浓度差为基础 显像剂聚集的多少与细胞功能、数量、代谢率和排泄引流等有关,显像的原理,显像的特点,显示脏器、组织和病变的位置、形态、大小等解剖结构，同时提供血流、功能、代谢和引流等方面的信息 具有多种动态显像和定量、半定量方式，给出很多功能参数 放射性核素显像多因脏器、组织或病变特异性聚集某一种显像剂而显影，常具有较高的特异性 缺点是：分辨率较差（放射性统计涨落和计数率低、采集矩
12、阵小所致）,核医学分子影像的特点,分子靶向或靶向分子而不是靶向器官或组织 放射性核素标记物是病变标志物或其配基类似物 靶分子是病理生理情况下存在的分子：受体、抗原、转运体、酶、基因、DNA、RNA等在疾病情况下的异常表达,例如：受体显像的特点,受体的体内含量极低，常规CT、MRI无法达到诊断目的，最近功能性MRI （f MRI ）的试验阶段在内皮细胞生长、生长激素等受体成像中取得了一些进展（可达10-6 mol ）。 体内酶浓度为10-310-9 mol 受体为10-610-15 mol 一些挥发物如气味分子只有10-20 mol PET是目前唯一可以在活体显示到如此低的浓度的影像技术,不同设
13、备产生影像信号所需浓度,核医学显像的主要设备,SPECT：（single photo emission computed tomography）单光子发射计算机断层扫描仪 PET：（positron emission computed tomography）正电子发射计算机断层扫描仪 PET/CT： PET 与CT硬件、软件同机融合，解剖图像与功能图像同机融合,放射性核素显像与XCT的不同,ECT和XCT都是利用射线（和）成像的技术 与XCT不同，功能性显像是把放射性核素示踪剂引入体内，用显像仪器探查核素在靶器官内的动态和/或静态分布状况或浓度差 这些示踪剂具有一定的生理生化特征，借以了解人体
14、器官的功能和生理生化方面的变化,放射性核素显像与XCT的不同,绝大多数疾病在病程的早期仅有功能（包括血流、功能、代谢和受体等）的改变 有的疾病经治疗后结构上的变化恢复正常，但功能上的损伤仍然存在，此时CT和MRI常阴性，而功能性显像具有独特优势，特别是早期诊断提供重要的信息 许多情况下功能性显像对疾病的诊断更具特异性,现代医学影像学的成像原理,放射性核素显像的类型,静态显像和动态显像 局部显像和全身显像 平面显像和断层显像 早期显像和延迟显像 阳性显像和阴性显像 静息显像和介入显像（负荷显像） 门控显像、电影显示 二维显示、三维显示、四维显示,放射性药物,是指药物的本身含有放射性核素，用于人体
15、疾病的诊断与治疗的特殊药物。放射性药物还可称为放射性示踪剂，其中用于核医学显像的又称为显像剂 可以是放射性核素本身：如131I、99mTc、201T1等 但绝大多数放射性药物是由放射性核素和被标记的化合物组成，如骨显像剂99mTc-MDP,毒性 放射性药物的毒性包括两方面，一是被标记药物的毒性另一个是辐射安全性 被标记药物的一次性使用量极微（微克或毫克水平），化学毒性极微 辐射安全性问题的评价指标为医用内照射量。在使用放射性药物时，其估算MIRD值须符合国家有关法规的规定。,放射性药物,常用SPECT显像剂及用途,常用PET显像剂及用途,医用放射性核素的来源,医用回旋加速器：将高能带电粒子在高
16、能电磁场中加速后，轰击金属靶，产物通过化学分离。如11C、13N、15O、18F、 67a、 123I、201Tl等 核反应准：是医用放射性核素的主要来源。以235U和239Pu为核燃料，在核裂变过程中产生的中子来轰击靶物，产物经过化学分离和提纯后，即可生产出医用放射性核素：3H、11C、32P、51Cr、99Mo、l25I、131I、153Sm等,医用放射性核素的来源,裂变产物提取： 99Mo、131I 、133Xe 发生器：以长半衰期核素为母体，经衰变后分离出短半衰期子体核素的产物，核素发生器就是一种从放射性核素母-子体系中周期性地分离出放射性子体的装置。近年来已达20余种，其中用量最大的是99钼-99m锝(99Mo-99mTc)发生器,99Mo-99mTc发生器,99mTc,99Mo：半减期为2.76d（66.7h） 99mTc：适合的半减期（ 6.02h ） 发射单一能量光子，能量为140KeV（100-300KeV最适合显像） 能标记多种化合物-“万能核素” 淋
