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1、 核医学核医学 Nuclear Medicine 吉林大学第二医院核医学科吉林大学第二医院核医学科N.M. Dpt of the second hospital ,Jilin university 罗云霄罗云霄 第一章第一章 核医学基础核医学基础第一节第一节 绪论绪论 一、一、核医学概念，二、发展史，三、内容核医学概念，二、发展史，三、内容 第二节第二节 原子基本结构原子基本结构 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 第三节第三节 核衰变类型及规律核衰变类型及规律 一、衰变类型，二、衰变规律一、衰变类型，二、衰变规律 第四
2、节第四节 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 一、带电粒子，二、光子一、带电粒子，二、光子 第一节、第一节、 绪绪 论论一、核医学（一、核医学（ Nuclear MedicineNuclear Medicine）定义：定义： 用放射性核素或其化合物对疾病进行诊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。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研究核技术在医学中的应用及其理论的学科。科。 涉及涉及 核物理，化学，生物学，电子学，计算机核物理，化学，生物学，电子学，计算机技术及医学本身。技术及医学本身。二、发展史二、发展史 ： 1895-Wil
3、helm Roentgen-x射线；射线； 1896-Henri Becquerel-类似类似x射线的射线射线的射线-铀盐；铀盐；Becquerel 1898Maric Curie 夫妇夫妇-镭（镭（Ra），而），而后发现钚（后发现钚（Pu）和钍（）和钍（Th）。）。 提出提出“放射性放射性”概念。贝可勒尔射线。概念。贝可勒尔射线。Marie S.Curie重金属重金属 1913-1913-英国英国Frederick Soddy Frederick Soddy 提出提出“同位素同位素”一一词； 1923 Hevesy 1923 Hevesy 首先用同位素进行生命科学示踪研究，提出首先用同位素进
4、行生命科学示踪研究，提出“示踪技术示踪技术” 概念，被称为实验核医学之父；概念，被称为实验核医学之父； 1926 1926年美国年美国BostonBoston内科医师内科医师BlumgartBlumgart首先应用放射性氡研首先应用放射性氡研究循环时间，第一次应用了示踪技术究循环时间，第一次应用了示踪技术。后来他又进行了多领域后来他又进行了多领域的生理、病理和药理学研究。被誉为的生理、病理和药理学研究。被誉为”临床核医学之父临床核医学之父”； 1935-Joliet &Joliot- Curie - 1935-Joliet &Joliot- Curie -人工放射性核素；人工放射性核素； 19
5、36- 1936-3232P P治白血病，治白血病，128128I I（T T1/2 1/2 21.99m,21.99m,)吸碘功能；吸碘功能； 1942- 1942-131131I I治甲亢治甲亢; 1946- ; 1946- 131131I I治甲癌；治甲癌； 1938 - 1938 -锝（锝（99m99mTcTc），），1965-1965-市售钼市售钼- -锝发生器；锝发生器； 我国，我国，56 56 、5757年西安第一、二期训练班（王世真，丁德年西安第一、二期训练班（王世真，丁德泮），泮），5858年北京临床应用训练班年北京临床应用训练班-核医学进入临床应用的核医学进入临床应用的起点
6、。起点。 获得多项诺贝尔奖。获得多项诺贝尔奖。核医学是现代医学的重要内容，也是医学现代化的重核医学是现代医学的重要内容，也是医学现代化的重要标志之一。要标志之一。核医学的发展促进了医学进步，医学的进步也促进了核医学的发展促进了医学进步，医学的进步也促进了核医学的发展。如免疫学。核医学的发展。如免疫学。 核医学示踪技术阐明了许多医学中的重大问题：核医学示踪技术阐明了许多医学中的重大问题： RNA-DNA逆转录，遗产密码，胆固醇合成与代谢，逆转录，遗产密码，胆固醇合成与代谢， 细胞周期与细胞膜受体，人体各种激素与微量物质细胞周期与细胞膜受体，人体各种激素与微量物质 的定量分析等。的定量分析等。 显
7、微镜显微镜-对机体的认识从宏观进入微观（细胞）；对机体的认识从宏观进入微观（细胞）； 核医学核医学-由细胞进入分子水平。由细胞进入分子水平。 三、核医学内容：三、核医学内容：实验核医学：实验核医学：放射性药物学放射性药物学，放射自显影技术，活，放射自显影技术，活 化分析化分析技术，技术，放射性核素示踪技术放射性核素示踪技术，放射性核素放射性核素 标标记技术记技术，放射性核素动力学分析，稳定核素示，放射性核素动力学分析，稳定核素示踪技术，动物踪技术，动物PET的应用及的应用及体外放射分析技术体外放射分析技术。临床核医学临床核医学:临床核医学临床核医学诊断诊断治疗治疗体内体内体外体外体内体内体外体
8、外显显像像法法非非显显像像法法体体外外分分析析敷敷贴贴131I32P第二节、原子基本结构第二节、原子基本结构 一、原子组成一、原子组成 e- K L M Z+N 二、原子核结构表示法：二、原子核结构表示法： AZXN 3215P17 AX 32P 131I 89Sr三、核物理基本概念三、核物理基本概念1、同位素（、同位素（isotope）：）：质子数相同而中子数不同的核素互称为同位素。2、核素（、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 131I3、同质异能素（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
9、，互称为同质异能素。 99Tc 99mTc第三节、放射性核素衰变第三节、放射性核素衰变放射性核素（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。素转变为另一种核素，同时伴随有射线的放出。 不稳定性核素自发地放出射线并转变为另一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种核素的过程称为放射性衰变放射性衰变（radiation decay）。）。 放放射射性性核核素素物物理理特特性性物理半衰期物理半衰期(y,m,d,h)射线能量（射线能量（MeV,KeV）射线种类（衰变类型）射线种
10、类（衰变类型） + + 一、衰变类型一、衰变类型（decay typedecay type）1 、 decay：放出放出粒子（粒子（alpha particle）的放射性衰变。的放射性衰变。 粒子由两个质子和两个中子组成粒子由两个质子和两个中子组成氦核氦核（42He）。）。 AZX A-4Z-2Y + 42He +Q22688Ra 22286Rn + 42He + 4.879MeV镭（镭（radium） 氡（氡（radon） 2、- decay： 发生在中子过剩的原子核。发生在中子过剩的原子核。AZX AZ+1Y + - + 反中微子反中微子 + Q3215P 3216S + - + 反中微子
11、反中微子 + 1.71 MeV (磷磷) (硫硫) ( electron) (antineutrino) (兆电子伏特兆电子伏特) 3、 + decay（positron decay）：）： 发生在中子缺乏核素。发生在中子缺乏核素。AZX AZ-1Y + + + + Q189F 188O + 0+1 e + + 1.655 MeV(氟氟) (氧氧) (positron) ( neutrino)正电子的射程仅正电子的射程仅12mm 即发生淹灭辐射（即发生淹灭辐射（annihilation radiation），），失去失去电子质量，转变成两个能量为电子质量，转变成两个能量为511KeV，方向相反
12、的方向相反的 光子。光子。4、 electron capture ，EC（电子俘获衰变电子俘获衰变）：核内的一个质子转变为一个中子。核内的一个质子转变为一个中子。 AZX + e- AZ-1Y + + Q5526Fe + e- 5525Mn + + 0.0231 MeV （最内层轨道电子）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能量差转换为特征特征X线线（characteristic X ray）或传给一个轨道）或传给一个轨道电子，使之脱离原子电子，使之脱离原子-饿歇电子饿歇电子（auger elec
13、trons）。）。 该衰变后，有的原子核仍处激发态该衰变后，有的原子核仍处激发态射线射线-基态，或基态，或原子核原子核把能量传给一个核外电子，使之发射出去把能量传给一个核外电子，使之发射出去内转换电子内转换电子。 特征特征X X线、线、 射线可用于显像（射线可用于显像（111111InIn、123123I I、6767GaGa、201201TlTl),),俄俄歇电子和内转换电子用于治疗（歇电子和内转换电子用于治疗（125125I)I)。5、 decay or transition（跃迁）跃迁）：原子核从激发态（原子核从激发态（excited state）向基态（向基态（ground state
14、）转变时，多余能量以转变时，多余能量以光子放出。光子放出。 线是中性光子流。线是中性光子流。(这种激发态原子核常在这种激发态原子核常在、 decay 或核反应后形成。或核反应后形成。) 66.02h9942Mo 99m43Tc + - 6.03h 99Tc + 、 三种射线性质比较三种射线性质比较 性质性质 射线射线 射线射线 射线射线 本质本质 带电粒子流带电粒子流 电子流电子流 光子流光子流 能谱能谱 单能单能 连续能谱连续能谱 单能单能 穿透力穿透力 弱弱 较强较强 最强最强 射程射程 短短 中等中等 长长 电离能力电离能力 最强最强 中等中等 最弱最弱内照射生物效应内照射生物效应 最大
15、最大 大大 最小最小外照射生物效应外照射生物效应 几乎无几乎无 大大 小小 医学应用医学应用 考虑内照射考虑内照射 治疗治疗 显像显像 治疗肿瘤治疗肿瘤二、衰变规律二、衰变规律 放射性核素原子的衰变并非在瞬间同时完成，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放射性核素都有自己特有的衰变常数decay constant （ ）。: (整个放射源整个放射源,发生衰变的原子核数占总核数发生衰变的原子核数占总核数的百分比的百分比;单个原子核单个原子核,原子核发生衰变的几率原子核发生衰变的几率
16、) N=N0e-t Nt=N0e -t N：经时间经时间t衰变后的原子数；衰变后的原子数； N0：t=0时的原子数时的原子数;放射性活度放射性活度(radioactivity,A): 单位时间内发生衰变的原子核数单位时间内发生衰变的原子核数. A=N =A0 e -t 旧制单位旧制单位:居里居里(curie,Ci) 国际制：国际制：Bq (becquerel,贝可贝可) :每秒一次衰变每秒一次衰变.1Ci=3.71010Bq1Ci=103mCi=106Ci1Bq=10-3 kBq=10-6 MBq=10-9 GBq放射性浓度放射性浓度(specific activity):单位量物质中单位量物
17、质中含有的放射性活度（含有的放射性活度（mCi/ml）. mCi/mg-固固体体半衰期（半衰期（half life）物理半衰期物理半衰期（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。原来一半所需时间。生物半衰期生物半衰期（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。度减少一半所需时间。有效半衰期有效半衰期（effective half life，Te）：）
18、： 生物体内的放射性核素由于放射性衰变及生物代谢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。的共同作用。其活度减少一半所需时间。 e=+ b =0.693/T1/2 Te-1= T1/2 1+ Tb-1第四节、射线与物质的相互作用第四节、射线与物质的相互作用一、带电粒子与物质的相互作用：一、带电粒子与物质的相互作用： （一）电离（一）电离(ionization)作用：作用： 带电粒子（带电粒子（ charged particles， ， ）使物质中的原子失去）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。轨道电子而形成自由电子和正离子的过程。 1、
19、入射粒子电荷量越大，电离作用越强。、入射粒子电荷量越大，电离作用越强。 。 2、自由、自由电电子能量足子能量足够够大，又可使其他原子大，又可使其他原子电电离离-间间接接电电离或离或次次级电级电离。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。、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、电子飞出，某壳层有空位产生，外层轨道电子填充，发射特征特征X射射线。 （二）激发（二）激发（excitation)作用：作用： 带电粒子通过物质时，原子的电子获得的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
20、层能量不足以使其脱离原子，而只能从内层跳到外层轨道跳到外层轨道-激发态。激发态。1、激发态原子极不稳定，很快退回基态，释、激发态原子极不稳定，很快退回基态，释放特征放特征X射射线。2、电离和激离和激发是射是射线引起生物效引起生物效应的机制之的机制之一。一。（三）散射（三）散射（scattering）作用：作用： 射线质量小，行进中易受介质原子核射线质量小，行进中易受介质原子核电场力的作用而改变前进方向电场力的作用而改变前进方向散射。散射。 带电粒子在物质中通过可能经过多次带电粒子在物质中通过可能经过多次散射。散射。屏蔽屏蔽射线和中子用质地射线和中子用质地软的材料：玻璃，有机软的材料：玻璃，有机
21、玻璃，朔料，橡胶等。玻璃，朔料，橡胶等。 （四）韧致辐射（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线发射出来线发射出来-韧致辐射。韧致辐射。 1、韧致辐射强度和、韧致辐射强度和 射线反向散射的几率与屏蔽材射线反向散射的几率与屏蔽材料的密度正相关。还随料的密度正相关。还随 射线能量增加而增加。射线能量增加而增加。 2、 粒子质量大，运行速度慢，较少产生韧致辐射。粒子质量大，运行速度慢，较少产生韧致辐射。 （
22、五）吸收（五）吸收（absorption)作用作用: 带电粒子使物质的原子电离和激发时，射带电粒子使物质的原子电离和激发时，射线能量全部耗尽，射线不再存在线能量全部耗尽，射线不再存在-吸收。吸收。 带电粒子能量带电粒子能量吸收物质性质吸收物质性质带电粒子穿透能力带电粒子穿透能力粒子在物质中沿运动轨迹所经过的距离叫路程，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。而路程沿入射方向投影的直线距离叫射程。反映反映关系关系二、二、 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用 1、光电效应（、光电效应（photoelectric effect）：）： 光子把能量完全传给
23、一个轨道电子，光子把能量完全传给一个轨道电子， 使之发出使之发出 成为光成为光 电子。电子。 2 2、康普顿散射、康普顿散射（comptoncompton scattering scattering） 或康普顿效应或康普顿效应（ comptoncompton effecteffect）：）： 射线能量较大时，光子只把部分能量传给射线能量较大时，光子只把部分能量传给轨道电子，使之脱离原子核成为轨道电子，使之脱离原子核成为comptoncompton电子电子（类似（类似 射线射线 ），），光子本身改变光子本身改变方向继续运行，方向继续运行，称为康普顿称为康普顿散射光子。散射光子。3、电子对生成（、电子对生成（electron pair production）：）：当光子能量大于当光子能量大于1.022MeV，在原子核或其他电场的作用下，转化为一在原子核或其他电场的作用下，转化为一对正、负电子对。对正、负电子对。 (X射线能量较小，一般不发生。射线能量较小，一般不发生。)
