《核医学》期末复习手册

核医学 复习手册南开大学医学院辛然一、核医学诊断六大特点(1)同时反映脏器功能和结构(2)特异性和灵敏度高(3)定量分析(4)动态观察(5)安全、无创(6)简便二、核物理1.同质异能素：核内质子数和中子数都相同但能量状态不相同的核素彼此称为同质异能素(如99mTc和99Tc)2.核衰变(母核一子核)(1)a衰变：不稳定原子核自发地放射出a粒 子(H e核)而变成另一个核素的过程AzX-WZ-2Y+He+Qa粒子质量大且带两个单位正电荷，穿透力弱、射程短，很容易被物质吸收，一张纸就能阻挡a粒子的通过a射线在体内恶性肿瘤的放射性核素内照射治疗方面具有潜在的优势(2)B衰变(发生原因一一母核中子或质子过多)1)衰变：放射性核素的核内放射出射线的衰变方式，放出一个B-粒子(电子)和反中微子，核内一个中子转变为质子，原子序数增加一位核素治疗常用的放射性核素多是衰变核素AzX -*V.Y+B 一 +u+Q射线的本质是高速运动的负离子流2)B+衰变：由于核内中子缺乏而放射出正电子的衰变，称为正电子衰变，也称B+衰变，发射一个正电子和一个中微子，原子核内一个质子转变为中子，原子序数减少一位AZX-*Y +1 +u+Q发生正电子衰变的核素都是人工放射性核素湮灭辐射：B+粒子射程仅在与物质相互作用并完全耗尽其动能前，与物质中的B-粒子结合，正负两个电子的静止质量转化为两个方向相反、能量各为5 1 1 K e V 的Y光子而自身消失，称为湮灭辐射。PE T （正电子发射断层显像仪）的原理：探测辐射事件中产生的两个方向相反、能量均为5 1 1 K e V 的 Y光子，并借助符合电路对这一事件进行空间定位，从而显示正电子核素及其标记化合物在体内代谢分布3）电子俘获衰变（E C）：原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变为一个中子和放出一个中微子的过程称为电子俘获衰变俄歇电子：电子俘获衰变时，核结构的改变可能伴随其他射线的放出，因为内层电子最靠近核，被俘获的概率最大，因此当发生电子俘获衰变时，内层轨道少了一个电子出现空位，原子处于激发态，外层轨道电子向内层补充，两层轨道之间的能量差转换为特征X射线，或者将能量传递给另一个更外层的电子，使之脱离轨道而形成自由电子，这种电子称为俄歇电子（3）Y衰变：激发态的原子核以放出Y射线的形式释放能量而跃迁到较低能量级的过程称为Y衰变，继发于a、0之后，可用于显像。在 Y衰变的过程中核的电子序数和质量均不改变，仅仅能级改变，称为同质异能跃迁Az X -%Y +Y如：9 9 mT c-*9 9 T c+Y1）放出能量适合的、单纯Y射线的核素最适合单光子发射计算机断层显像（S PE C T）2）Y衰变的特点 从原子核中发射出光子 常常在a、B衰变后核子从激发态退激时发生产 生的射线能量离散可 以通过测量光子能量来区分母体的核素类别（4）内转换：核素的原子核由激发态向基态或由高能态向低能态跃迁时，将多余的能量直接传给核外壳层电子，使壳层电子获得足够能量后发射出去，这一过程称为内转换，因内转换放射的电子称为内转换电子。3 .衰变规律N=Noe-At衰变常数：放射性核素在单位时间内衰变的原子核数，这个百分数称核衰变常数。用人表示，它反映放射性核素核衰变的速度N O：放射性原子核的数目N：经 过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目X：放射性原子核衰变常数4 .半衰期 物 理 半 衰 期：由于核衰变使原有的放射性核素数目减少到一半所需要的时间称为物理半衰期。=等T 1/20 生物半衰期：进入生物体内的放射性核素或其化合物，由于生物代谢而从体内排出到原来一半所需的时间，称为生物半衰期(T b)0 有效半衰期：由于物理半衰期和生物半衰期共同作用而使体内放射性核素减少一半所需的时间称为有效半衰期(T e)1111/，5.放射性活度(A)：表示单位时间内发生衰变的原子核数，过去习惯性称之为放射性强度。在新的国际单位制(S I)中，其单位是贝可(B q),定义为每秒一次衰变lB q=1 SA-1与旧单位居里(C i)的换算：lC i=3.7 X)0AlO B q；I B q =2.7 X 1 0A-H C i例：例0 B q=每 秒1 0 0次衰变。I C i为 每 秒3.7 X 1 0 1 0次衰变比放射性活度：单位质量或单位摩尔物质中含有的放射性活度，单位为B q/g、M B q/g、M B q/mol放射性浓度：定义为单位体积溶液中含有的放射性活度，单 位 是B q/ml,mC i/ml7.带电粒子与物质的相互作用(1)电离作用：a、B等带电粒子通过物质时，与介质原子的轨道电子产生静电作用，使其获得能量从原子中逸出，成为带负电荷的自由电子，而原子则变成带正电荷的离子，形成正负离子对，这一过程称为电离作用次级电离：初级电离所形成的电子通常也有较高的动能，可在物质中行进继续引起物质电离，称为次级电离电离密度：单位路径长度上形成的离子对数目称为电离密度，或称为比电离，是射线粒子电离能力的指标（2）激发作用：带电粒子通过物质时，如果原子的核外电子所获得的能量还不足以让其脱离原子，而只能从内层轨道跳到外层轨道，这时原子从稳定状态变成激发状态，这种作用称为激发作用。被激发的原子很不稳定，很快从激发态退回到稳定的基态，同时释放多余的能量散射作用：B射线由于质量小，行进途中容易受到介质原子核静电场的作用而改变原来的运动方向，称为散射韧致辐射：高速运动的带电粒子通过物质时，在原子核静电场的作用下，运动速度突然减低，这时入射粒子的运动方向发生偏转，部分或全部动能转变为具有连续能谱的电磁辐射，称为韧致辐射。韧致辐射的强度和B粒子反向散射的几率随屏蔽物质的原子序数的增大而增大，还随P粒子的能量增加而增加（5）吸收作用：带电粒子使原子发生电离和激发的过程中，射线的能量全部耗尽，射线不复存在，称为吸收。（6）射程：粒子在物质中沿运动轨迹所经过的距离称为路程，而路程沿入射方向投影的直线距离称为射程。射程能直观反映带电粒子穿透能力的大小8.Y射 线（光子）与物质的相互作用（1）光电效应：当入射光子（Y）与物质原子中的轨道电子作用时，光子把全部能量移交给某个轨道电子，使其脱离轨道发射出去成为自由电子，而Y光子本身消失，这个过程称为光电效应（2）康普顿-吴有训效应：当入射光子和原子中的一个电子发生弹性碰撞时，入射光子只将部分能量交给轨道电子并使其脱离轨道而释放，而入射光子本身则成为能量较低的散射光子并与自己初始运动方向呈0角而运动，这种现象称为康普顿-吴有训效应，所产生的电子称为康普顿散射电子（3）电子对生成：当入射光子的能量大于两个电子的静止质量（1 0 2 0 K e V）时，在原子核静电场作用下，入射光子的能量可全部被吸收而产生一对电子（正电子和负电子），光子本身消失，这一过程称为电子对生成或电子对效应。Photoelectric Effect Compton Scattering Pair Productionp+三、核医学仪器发展简史：盖革弥勒计数器-扫描机f Y相机一发射型计算机断层显像仪（E C T）-S P E C T/P E T+C T1.核射线探测的基本原理（1）电离作用：射线引起物质电离，引起电离的数量与收集的电子对数目具有相关性（2）荧光现象：电子与物质原子产生激发效应，退激时产生荧光，荧光转为电信号（3）感光作用：射线使感光材料形成潜影，经显影和定影处理后，感光材料中出现黑色颗粒沉淀2.核射线探测器的种类（1）闪烁型探测器（2）电离型探测器（3）半导体探测器（4）感光材料探测器3.核探测器的电子学线路(1)放大器：前置放大器、主放大器。放大器就是对电脉冲进行放大、整形、倒相的电子学线路(2)脉冲高度分析器(P H A)：是选择性记录探测器输出特定高度电脉冲信号的电子学线路4.Y照相机：也 称An g er型Y照 相 机(1 9 5 7年An g er研制)。主要由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器、放大器、X-Y位置电路、总和电路、脉冲高度分析器及显示或记录器件构成(1)准直器：主要参数包括孔数、孔径、孔深及孔间壁厚度1)类型：按几何形状分为针孔型、平行孔型、扩散型、汇聚型2)适用的射线能量分为：低能准直器、中能准直器、高能准直器3)按灵敏度和分辨率分为：高灵敏度型、高分辨型和通用型关系：孔 径I厚 度f分辨率t孔 径t厚 度I孔 间 壁I灵敏度f适用能量范围：主要和孔间壁厚度有关低能：壁 厚0.3 m m左右，W 1 5 0K eV中能：壁 厚1.5 m m左 右,1 5 0-3 5 0K eV高能：壁 厚2.0m m左右，3 5 0K eV(2)闪烁晶体：N ai (T I)晶体是目前应用最广泛托Y照相机闪烁晶体5.S P E C T 和 S P E C T/C T(1)S P E C T1)定义：单光子发射型计算机断层显像仪。是Y照相机与电子计算机技术相结合发展起来的一种核医学显像仪器，在Y照相机平面显像的基础上，应用电子计算机技术增加了断层显像功能。2)工作原理探头围绕受检对象或部位呈1 8 0或/和3 6 0旋转，从多角度、多方位采集一系列平面投影像，经计算机图像处理系统重建获得横断层面、冠状面和矢状面图像3)S P EC T和C T的区别 S P EC T主要显示人体组织器官的功能和代谢变化，对解剖结构和比邻关系显示不如C T、M R I。射线是随机的，可向任意方向发射 C T主要显示解剖结构，X线的穿透是有序向一个方向(2)S P EC T/C T将S P EC T和C T有机结合在一起，实现了功能代谢图像与解剖结构图像的同机融合，一次显像既可获得S P EC T功能代谢图像，又能获得C T解剖功能图像及S P EC T/C T融合图像，实现了两种影像学技术的同机融合(3)S P EC T由探头、机架、检查床、图像采集处理工作站四部分组成，探头是S P EC T的核心，通常有1-3个，最常用2个(4)双探头符合线路断层显像仪(D H T C)具有两个探头，配备符合探测电路及X线或Y射线的透射衰减校正装置，可完成常规单光子核素S P EC T显像，也能完成正电子核素显像(5)S P EC T的图像采集根据临床需要可分为静杰采集和动态采集、平面采集和断层采集、局部采集和全身采集，以及门控采集等。其中断层采集是利用S P EC T探头环绕患者旋转180-360,每隔一定角度采集一帧图像，获得靶器官各个方向的放射性分布信息，经过电子计算机重建断层图像在一定的范围内，矩阵越大，图像分辨率越高，但所需存储容量越大(6)S P EC T的图像重建重建算法可分为滤波反投影法(FB P：滤波和反投影)、迭代法(先假设，再比较修正，迭代次数越高，图像越好，对计算机要求越高)注：滤波反投影法：截止频率越低，图像细节和噪声受到越多的抑制，图像越光滑，过低的截止频率将降低图像的分辨率；截止频率越高，图像细节越丰富、但噪声越多，过高的截止频率也降低图像的分辨率(7)S P EC T的质量控制和性能评价均匀性(固有均匀性和系统均匀性)空间分辨率 平面源灵敏度（灵敏度明显下降则仪器有问题，增高可能有污染）空间线性最 大计数率多 窗空间位置重合性 固有能量分辨率 旋转中心6.P E T、P E T/C T 和P E T/M RP E T：正电子发射型计算机断层仪，P E T/C T 是将P E T 和 CT结合在一起的实现了 P E T 图像和CT图像的同机融合P E T 和S P E C T 的主要区别：探测的放射性核素不同P E T 的组成：机架、扫描床、电子柜、操作工作站、分析工作站、打印设备P E T 图像采集：发射扫描、透射扫描1）发射扫描 2D采集和3D采集：2D采集时，隔板将来自其他环的光子屏蔽掉，只能探测到同环之间的光子对信号。3D采集时在撤除隔板的情况下进行的一种快速立体采集方式，探头能探测到来自不同环之间的光子对信号，使探测范围扩大到整个轴向视野静态采集和动态采集门控采集：包括心脏门控采集、呼吸门控采集2）透射扫描3）