医学应用的防护与安全

王晓峰,医用辐射源的放射防护与安全,主要内容,一、电离辐射源的医学应用历程二、医用辐射源的分类三、诊断及介入X射线设备的特点及防护四、核医学辐射安全与防护五、放射治疗的安全与防护,1895年伦琴发现X射线后6个月，X射线就应用于医学诊断。经过100多年的发展，从最初两维的正面投影的普通透视及X射线摄影，到计算机断层的两维投影，以及现在的三维、四维（时间）成像，基于X射线的医学诊断成为医疗部门必不可少检查手段。,一、电离辐射源的医学应用历程,1895 X线被发现（伦琴）1896爱迪生发明了荧光透视技术 1913 钨灯丝X射线管取代了阴离子X射线管1937 研制成旋转阳极球管1959 影像增强器应用到透视系统1980s 数字处理技术得到应用1990s 发明了数字探测器,X射线诊断的技术发展,核医学应用历程,1896年贝克勒尔发现“放射性”现象和1898年居里夫妇发现天然放射性元素钋和镭1931年发明了回旋加速器； 1934年Joliot和Curie研发成功第一个人工放射性核素32P，从此真正揭开了放射性核素在生物医学应用的序幕。之后10年为初期阶段，相继发现并获得了放射性核素99Tcm和131I； 1939年首次用131I诊断疾病； 1941年和1946年分别开始用131I治疗甲亢和甲状腺癌；,核医学应用历程,1949年和1950年分别成功研制出闪烁扫描机和井型计数器等，成为核医学显像、体外放射分析新的里程碑，这阶段为临床核医学发展奠定了基础； 1957年99Mo-99Tcm发生器问世； 1958年Anger发明了第一台照相机，开创了核医学显像新纪元； Yalow和Berson于1959年首创放射免疫分析（ RIA）法，开辟了医学检测史上的新纪元，并因此Yalow获得了诺贝尔生理学医学奖。 20世纪80年代推出了SPECT以及PET。,放射治疗发展历程,1907年斯坦贝克（Stenbeck）用镭治愈了皮肤癌揭开了放疗的序幕，但由于当时缺乏治疗肿瘤的设备，又未导入“剂量”这一物理概念，在其后很长一段时间进展不大。直到30年代，200千伏X射线管问世，照射剂量物理单位确立，才使放射逐渐发展成为与手术、化疗并列的治疗恶性肿瘤的主要手段。放疗技术历程可归为上世纪80 年代以前的常规放疗，90 年代初的立体定向治疗，90 年代中期的适形放射治疗，90年代末期的适形调强放射治疗，以及当今的图象引导放射治疗。,二、医用辐射源的分类,医用辐射源分类射线装置（分为3类）：是指X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。放射源（分为5类）：是指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性材料。非密封放射性物质（使用场所分为三级）：是指非永久密封在包壳里或者紧密地固结在覆盖层里的放射性物质。,医用辐射辐射源的分支学科,X-CT 即X射线计算机断层摄影装置； DSA 即数字减影血管造影； DR 即数字摄影；CR 即计算机摄影； SPECT 即单光子发射计算机断层显像装置； PET 即正电子发射计算机断层显像装置。,三、诊断及介入X射线设备的特点及防护,X射线诊断的临床应用常见的医用射线装置X射线的发现与性质医学X射线诊断与介入影像设备医用诊断X射线设备安全与防护介入放射学中影响人员剂量的因素, 放射诊断是根据 X 射线穿过人体受 检部位的衰减信息，形成人体内部结 构的临床医学影像提供诊断疾病依据；, 所有放射学设备都包括一个X 射线源 （X射线管和发生器）与一个影像接收 器（例如：X射线胶片/增光屏组合、 影像增强器、各类数字影像接收器等）,1.X射线诊断的临床应用,1.X射线诊断的临床应用,医用X射线管,2、 常见的医用射线装置,X射线摄影设备,固定式,移动式,便携式,X射线摄影设备,胃肠诊断用X射线设备,乳腺X线摄影设备,X射线摄影设备,口腔全景X线机,DSA,2、常见的医用射线装置,DSA,64排CT,DSA球囊扩张血管示意图,3、X射线的发现与特点,3.1 X射线的发现、特点、产生和原理3.2 X线与物质相互作用3.3 X线在物质中的衰减3.4 评价X射线的物理量,3.1 X射线的发现,X线的发现：1895年伦琴（W.C.Roentgen）研究阴极射线管时，发现管的对阴极能放出一种有穿透力的肉眼看不见的射线。由于它的本质在当时是一个“未知数”，故称之为X射线。,X射线的特点,X射线的特点： 感光； 贯穿； 电离； 激发荧光；本质上是电磁波,X射线的产生,可通过X射线管产生X射线。两个电极：作为阴极的用于发射电子的灯丝（钨丝）和作为阳极的用于接受电子轰击的靶（又称对阴极）。两个电压：一个使灯丝加热的低压电源，一个给两极施加高电压的高压发生器。由于总是受到高能量电子的轰击，阳极还需要强制冷却（99左右能量转变成热能使靶温度升高） 。,X射线机的基本线路,mA,T2 ( 降压变压器）,T1 （升压变压器）,整流,X射线管,管电流I,管电压 KV,220V,R,低压电源,高压电源,220V,X射线产生的原理,当高速电子与阳极中的原子相撞，其速率从最大值 骤减，有很大的加速度，根据经典物理学的理论，加速运动的带电粒子必然要辐射电磁波，这种辐射称为韧致辐射。由于发生碰撞的方位千差万别，因此碰撞后的电子有各种加速度值，因此韧致辐射的 X 射线具有连续谱的特征。而且连续谱的形状与阳极的材料无关。,连续X射线谱产生的机制,+Ze,10-10m,10-15m,光子（h）,（原子半径）,（原子核半径）,高速电子撞击阳极靶时，受靶中原子核的库仑场作用而速度骤减，每个电子减少的动能转化为一个光子辐射出来，有X射线放出。,轫致辐射：,连续X射线谱产生的机制,高速电子进入靶内不同深度，损失的动能有各种数值，使射线(光子)波长连续变化,形成连续谱。,高速电子,光子（h）,光子（h）,3.2 X线与物质相互作用,X射线与物质的相互作用，是一个比较复杂的物理过程。一束X射线通过物体后，其强度将被衰减，它是被散射和吸收的结果，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。,. 光电效应,. 康普顿效应,+,+,e,e,hf,hf,hf ,. 电子对效应,+,hf,Ze,e-,e+,X线与物质主要的三种相互作用,光电效应的发生几率,a. 原子序数的影响 光电效应几率Z4 内层比外层发生几率大45倍,但必须大于结合能,b. 入射光子能量的影响 光电效应几率,光电效应的特点,光电子的角分布,光电子的角分布与入射X光子能量有关,能量低 大角度分散能量高 小角度集中（电离方向）,光电效应的特点,a. 优点 提高成像质量,b. 缺点 入射X线通过光电效应几乎全部被人,放疗时增加对肿瘤组织的剂量,因光电转换减少散射线，故减少照片灰雾,利用造影剂可增加对比度,体吸收，增加了受检者的剂量，对人体有负面作用。,放射学中的光电效应,康普顿散射（不相干散射）康普顿散射系由光子在自由电子（近似自由）上的非弹性碰撞所致。康普顿散射发生的几率（强度）与单位体积内的电子总数成正比。一般说来，康普顿散射的几率与入射光子的能量、物质的原子序数关系不大。,康普顿效应是与原子外层电子的作用,康普顿散射,康普顿效应的发生几率,原子序数的影响 康普顿效应几率 Z/A 除氢元素外，大多数材料具有相同的Z/A,b. 入射光子能量的影响 康普顿效应几率,康普顿效应的特点,散射光子和反冲电子的角分布,注: 康普顿效应的散射线，是X线检查中最大的散射线来源,且充满整个检查室空间。必须引起工作人员和防护人员的重视,并采取防护措施.,康普顿效应的特点,电子对效应（electric pair effect）是指入射光子与原子核周围的电场相互作用时，光子的全部能量会转变为具有一个负电子和一个正电子的现象。医学影像使用的X线能量范围一般不超过0.3MeV，显然，电子对效应不可能发生。,电子对效应,原子序数和能量与三种作用的关系,3.3 X线在物质中的衰减,当X线通过物质时，由于光电效应、康普顿效应和电子对效应等作用，使射线的强度衰减。即物质所致的衰减。,射线在物质中的衰减,随距离衰减,物质所致衰减,窄束X线在物质中的衰减规律,单能X线在物质中的衰减规律,光子数表示则满足,lnI,lnI0,x,光子数减少但频率不变！,（=0.2 cm-1),单能X线的衰减规律,连续X线在物质中的衰减规律,单能与连续X线衰减的比较,3.4 评价X射线的物理量,X线的质X线贯穿物质的能力大小叫做X线的质（或硬度），在医学诊断上，X线的质通常以X线管的管电压峰值kV表示。X线的量一定时间内通过与射线方向垂直的单位面积的光子数目。通常以X线管的管电流mA与照射时间s乘积，即毫安秒来表示。半价层：使X线束强度减弱到原来一半所需要的吸收体厚度。,低能X线不能透过人体(吸收)，对形成X线影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照射量。为减少无用低能光子对皮肤和浅表组织的伤害，需采用适当的滤过措施，在管口放置一定均匀厚度的金属，吸掉低能部分，使平均能量增高。,然而，对软组织摄影则需要低滤过X线,以增加软组织对比度.,X线的滤过,固有滤过：包括X线管的玻璃管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板。用铝当量表示。,铝当量：指一定厚度的滤过材料用相同衰减效果的铝板厚度表示。一般诊断X光机的固有滤过在0.5 mmAl。,固有滤过,包括附加滤过板、遮光器的滤过等。,根据衰减厚度能量分布不同,依具体情况选择管电压和材料形状厚度,附加滤过,楔形或梯形滤过板,使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害.因而厚度滤过技术对受检者降低剂量有重要意义.,滤过板厚度及对照射剂量的影响,不同质的X射线的用途,以手部拍片为例，说明X线在人体不同组织中的衰减差别及与管电压的关系。 用40kV拍片：,骨,肌肉,而用150kV拍片：,骨,肌肉,衰减差别大，形成高对比度,管电压对对比度的影响,滤过越多 = 病人剂量越低例如， 0.1 mm Cu 33% 皮肤剂量滤过越多 = 对比度越小 例如， 0.1 mm Cu from 2.76 to 2.46 （11%）脊骨软组织对比度 （ 80 kV）,滤过对剂量与对比度的影响,影像技术大讲堂,焦皮距（FSD）越大 = 病人剂量越低e.g. FSD 从 50 70 cm 皮肤剂量 49%焦皮距（ FSD）越大 = 几何放大越小 (因此几何畸变越小).,焦皮距对剂量与畸变的影响,4. 医学X射线诊断与介入影像设备,4.1 X射线透视机4.2 X射线摄影机4.3 CT机4.4 介入设备血管造影机（DAS）,4.1 X射线透视机,X射线透视设备的发展历程1950s: 透视影像增强剂/导管技术开始应用于临床1960s: 开始稀土增感屏技术研究1990s: 介入放射学技术的广泛应用,影像增强器 (I.I.),影像增强器 (I.I.) 的部件,入射屏（Input screen）: 将入射的X射线转换为光电子 (CsI)1 个X-射线的光子可以产生 3,000 个光电子光阴极（Photocathode）: 将光电子转换为电子只有 10到 20%的光电子被转换为电子电极（Electrodes）: 将电子聚焦到输出屏上电极同时提供放大作用输出屏（Output screen）: 将加速后的电子转换为光子,影像增强器 (I.I.),4.2 X射线摄影机,当一束大致均匀的X射线投照到人体上时，X 射线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投照在其上的X射线的吸收量各不相同，从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成X射线信息影像。X射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的X 射线影像。,X射线的采集与显示方式,医用X 射线胶片与增感屏 计算机X线摄影（Computed Radiography，CR）直接数字化X射线摄影（Digital Radiography，DR）,传统的X射线装置的缺点,影像重叠。深度方向上的信息至叠在 起，引起混淆。密度分辨率低，对软组织分辨能力低。所用剂量大。,4.3 X射线CT机,CT的诞生1914年，俄国学者依照运动产生模糊的理论，首先提出体层摄影的理论，即用一种特殊装置，使想观察的人体某层组织影像较清楚地显示，而该层组织以外的则模糊不清，以获取较大的空间分辨力。1930年意大利的Vallebona氏开始将体层摄影的有关理论和它的使用方法应用于临床并取得了很好的临床效果。,1961年美国神经内科医生Oldendor提出了电子计算机X线体层技术的理论。1968年英国工程师Hounsfild氏与神经放射学家Ambrose氏共同协作设计，于1972由英国EMI公司成功制造了用于头部扫描的电子计算机X线体层装置。1974年在蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际专题讨论会上正式将这种检查方法称作电子计算机体层摄影(computer tomography,简称CT)。,CT=“投影”,投影,投影,投影,洛书九宫图，幻方,已经数字化,洛书九宫图，幻方,CT成像原理,CT影像来源于对投影的重建投影来源于射线的指数衰减规律.从这些投影中我们如何才能得到一幅图像呢?我们定义一个函数, g,Io,I,现在，让我们假设我们不知道该物体，但是我们有投影数据，那么，我们怎么能计算出这个物体呢?,CT成像原理,对于刚才假设的未知的物体，我们来建立一个模型:将物体分成N个尺寸相同但吸收系数不同的单元.应用指数衰减规律，我们得到:,CT成像原理,使用我们定义 的涵数, g, 得到:,当Dx 趋于0时,CT重建问题,由此我们得4个未知数的4个方程，问题得到 解决,CT 成像原理,真实的事件不是上面的例子.在临床应用，我们至少需要512 by 512 pixel grid.也就是264,144 个方程及未知数需要解.在过去这是个挑战当CT1970年代问世时就是使用的这种方法只能计算少量像素的图像; 由于分辨率的问题不得不寻找更好的重建方法,现在的系统使用的方法为 “滤过反投影法（Filtered Backprojection）。,第一代，笔束平移旋转,第二代，扇束平移/旋转,第三代，扇束，连续旋转，单X射线源多检测器同步旋转,第四代，扇束，连续旋转方式,电子束CT扫描仪,Speed: 50, 100 msThickness: 1.5, 3, 6, 10 mmECG trigger cardiac images,(From Imatron),第五代，C-100超高速CT,(From G. Wang),管球的旋转床的平移数据的获取,第六代 多层螺旋CT,CT的发展,CT技术的未来发展，将由64层到128层，甚至使用超宽探测器256排，它利于采集更大范围的容积信息，以及提高采集速度，但它也将会限制图像空间分辨率的进一步提高，所以说CT机层数的革命已经不能带动CT技术的发展，层数的继续增加给临床带来的意义也越有限。总之，多层CT使影像学向高质量，高速度成像和减少射线剂量方向发展。,4.4 血管造影机（DAS）,血管造影：1923年。为了解决的问题：图象中的血管影象会与其它各种组织结构的影象重叠在一起，不利于判读。方法：减影，即在造影前和后对同一部位各照一张相，然后将两张图片相应部分的灰度相减。模拟方法：比如用一次成像的胶片（负片）和两次成像的胶片（正片），一起投影成像在某一屏幕上，则得到减影像。,减影技术的分类,时间减影: 对不同时间的图象进行减影。能量减影：利用造影剂与周围组织间对不同能量X线衰减的差别进行减影。造影剂碘的X线衰减系数在33keV处有显著的不连续性，此临界水平的能量即为碘的K缘，若在略高或略低于K缘能量条件下成像，然后将两种不同能量的影象相减，则得保留碘信息的影象（血管影象）,能量减影的原理,通过造影剂、骨、肌肉对光子的吸收差异而产生光密度或辉度的差别。,混合减影,通常利用时间和能量两种减影技术结合而形成混合减影。原理是通过时间减影减去骨和软组织，再通过能量减影除去气体和器官运动干扰（如心，大血管博动和肠蠕动等），从而只剩下血管影象，减影效果好。但此种减影是4帧影象形成，所以信噪比有损失，仅为时间减影的35%40%，因此，对小血管显示不利，此为混合减影的缺点。,数字减影系统的构成,DSA成像链主要由X线源、病人、X线检测器、图象信息的处理和显示等部分组成。理想X线源：足够高强度、焦点足够小、足够单色理想检测器：足够高的检测效率、接收零散射、除量子噪声的零噪声、足够高的空间分辨力、足够大视野、无失真。理想的图象处理：能校正各种伪影，最大限度保留或利用有用信息，删除无用信息。,5.医用诊断X射线设备防护要求,医用诊断X射线机机房的防护医用诊断X射线机机房的设置必须充分考虑邻室及周围场所的防护与安全，一般可设在建筑物底层的一端（不是必须）。 X射线机工作时辐射场有三种射线，即有用射线、X线管防护套的漏射线、经散射体后产生的散射线。防护设计原则即有效控制漏射线、散射线的量以及有用射线的合理安排。,5.医用诊断X射线设备防护要求,医用诊断X射线机机房的防护机房应有足够的使用面积。牙科X射线机应有单独机房。 摄影机房中有用线束朝向的墙壁应有2 mm铅当量的防护厚度，其他侧墙壁应有 1 mm铅当量的防护厚度。 透视机房各墙壁应有1 mm铅当量的防护厚度。 机房的门、窗必须合理设置，与其所在墙壁有相同的防护。,医用诊断X射线设备防护要求,医用诊断X射线机患者的防护合适的曝光条件恰当的照射野灵感部位的屏蔽特殊患者的保护医用诊断X射线设备工作人员的防护良好的工作习惯（经常检查设备）熟练的操作（尤其放射介入工作者）防护的自我意识，屏蔽、佩戴个人剂量计,6.介入放射学中影响人员剂量的因素,影响人员剂量的因素有：所使用的X设备（包括维护情况）辐射防护工具的使用手术例数操作人员的技巧及使用的程序除此之外，影响操作人员剂量的主要因素是病人 (散射线)。,采用了反散射滤线栅,病人剂量增加 2 到 6 倍,影响病人剂量的因素,由高噪声模式改为低噪音模式 ( DSA),每幅图像剂量增加 2 到 10 倍,影响病人剂量的因素,由普通透视改为数字透视,可以降低剂量 25%,影响病人剂量的因素,影像增强器野的直径,相对病人体表入射剂量,12 (32 cm) dose 100,9 (22 cm) dose 150,6 (16 cm) dose 200,4.5 (11 cm) dose 300,影响病人剂量的因素,采用小的增强器野,可以使病人剂量增加 3 倍,影响病人剂量的因素,影响操作人员受照剂量的因素,影响操作人员受照剂量的因素,射线入射的病人体表一侧剂量率高,0.3 mGy/h,0.6 mGy/h,0.9 mGy/h,100 kV,11x11 cm,1m patient distance,patient thickness 18 cm,1 mA,ANGLE DEPENDENCE,照射野越大散射的剂量率越高,0.3 mGy/h,0.6 mGy/h,0.8 mGy/h,100 kV,1m patient distance,Patient thickness 18 cm,0.7 mGy/h,1.1 mGy/h,1.3 mGy/h,17x17 cm,11x11 cm,17x17 cm,1 mA,FIELD SIZE DEPENDENCE,影响操作人员受照剂量的因素,离病人越远，散射的剂量率越小,100 kV,11x11 cm,1 mA,mGy/h at 1m,mGy/h at 0.5m,DISTANCE VARIATION,操作人员受照剂量的影响因素,床下管球的剂量率小，特别是眼晶体的剂量。,1.3 (59%),2.0 (91%),2.2 (100%),100 kV,20x20 cm,1m patient distance,1 m,1 Gy/h,(17mGy/min),mGy/h,1.2 (55%),X-Ray tube,1.3 (59%),1.2 (55%),1.2 (55%),100 kV,20x20 cm,1m patient distance,1 m,1 Gy/h,(17 mGy/min),mGy/h,2.2 (100%),X-Ray tube,影响操作人员受照剂量的因素,病人的体积增加,病人的皮肤剂量和由病人产生的散射水平相应的增加,影响病人剂量和工作人员剂量的因素,由正常的透视模式改为高剂量透视模式,剂量率增加 2 倍以上,影响病人剂量和工作人员剂量的因素,DSA术者空间剂量分布,第一术者不同身高处单例手术的剂量分布,第二术者不同身高处单例手术的剂量分布,DSA术者空间剂量分布,个人剂量计,采用多个个人剂量计,From: Avoidance of radiation injuries from interventional procedures. ICRP draft 2000,防护设备,铅围裙,甲状腺护套,铅屏和铅眼镜,典型屏蔽材料的透射率 (90 kV),0.25 mm 铅围裙 8.5%0.35 mm铅围裙 5%2 x 0.25 mm铅围裙 2.5%2 x 0.35 mm铅围裙 1.0%双层砖墙 0.003%石膏板墙 32%实木门 81%铅屏 (1.3 mm) 0.1%.,铅衣的保存,用完后即挂起不要 折叠堆放每年一次X射线检查但是如果有明显的破损，则要马上用X射线检查.,四、核医学辐射安全与防护,1：核医学概述2：放射性药物3：核医学影像设备4：核医学的安全与防护,1：核医学概述,1.1 核医学概述1.2 核医学分类1.3 核医学的特点1.4 核医学体内诊断原理,1.1 核医学概述,在本世纪30年代开创的临床核医学是一门核科学技术与医学相结合的新兴学科。几十年来核医学得到迅速的发展，已成为现代化医院中的重要部门。 核医学（Nuclear Medicine）是利用核素和核技术来进行生命科学和基础医学研究并诊断和治疗疾病的一门新兴综合性交叉学科，是现代医学的重要组成部分和最活跃的领域，也是原子能科学技术的一个重要支柱, 是核技术、电子技术、计算机技术、化学、物理和生物学等现代科学技术与医学相结合的产物 。,1.2 核医学的分类,1.3 核医学的特点,（1）高灵敏度，目前已可测量300种以上的活体，可探测到10-910-15克。（2）无创伤性（3）反映体内的生化和生理过程（4）同时反映组织或脏器的形态与功能（5）可进行动态观察,1.4 核医学体内诊断原理,将放射性核素或其标记化合物引入机体，选择性聚集在器官、细胞，其聚集的程度与脏器的功能、病变性质的变化程度等密切相关，形成放射性分布差异，通过体外探测或成像，对疾病及脏器功能状态进行诊断。多采用核素及其标记物。99Tcm最常用，占80%以上， 201Tl 、 123I 、 131I 、67Ga等也应用较多。 18F是最为广泛的正电子放射性药物 ，临床上还有11C、13N、15O的应用。,核医学治疗原理,通过口服、注射、植入等方式将放射性核素(射线如32P、89Sr、90Y或射线如131I、153Sm、188Re)引入体内或病变组织，对病变组织产生放射损伤。 治疗原理是通过放射性核素或其标记物高选择性聚集病变部位进行照射，受大剂量照射的细胞因繁殖能力丧失、代谢紊乱、细胞衰老或死亡，从而抑制或破坏病变组织，达到治疗目的。,2017/11/10,120/96,常用核医学治疗方法,特异性内照射治疗，如131I治疗甲亢与甲癌转移灶腔内治疗，如32P胶体腔内治疗敷贴治疗，如用90Sr敷贴器治疗毛细血管瘤组织间插植治疗，如用125I粒子植入治疗前列腺其它治疗，如32P或90Y-微球、188Re-碘油治疗肿瘤动脉栓塞,2、放射性药物,2.1 放射性示踪2.2 放射性药物定义及分类2.3 放射性药物的形式2.4 常用的放射性核素种类2.5 放射性核素来源 2.6 对放射性药物的基本要求,什么是示踪？ 所谓示踪就是指示行踪。什么是放射性核素示踪技术？ 是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测仪器和方法来检测它的行踪，来研究示踪剂在生物体或外界环境中分布状态或变化规律的核技术。,2.1 放射性示踪,为什么要用核素作为示踪剂？,一般非放射性物质进入机体后无法区别哪些是外来的,哪些是原有的物质。有些物质进入机体后发生代谢转化、分解，无法再找到它的踪迹。,示踪剂,为什么放射性核素可作为示踪剂？,其原理主要基于两个基本事实：其一是同一元素的同位素有相同的化学性质，同样参与转化过程，可用放射性核素代替其同位素中的稳定性核素。其二是放射性核素衰变时发射射线，可被放射性测量仪器所测定和记录。态观察各种物质在生物体内的量变规律。,2.2放射性药物定义及分类,放射性药物（或核药物） 是指含有一种或几种放射性核素并供医学诊断和治疗用的药物（品）。,2.3 放射性药物的形式,放射性药物除外和一般药物一样必须符合药典，如无菌、无热源、化学毒性小等要求，还应根据诊治需要而对其发射的核射线种类、能量和T1/2有一定要求。一般多为有机化合物，被放射性核素标记的包括抗生素、血液制品和生物制品（多肽、激素、单克隆抗体、核酸等）也有放射性药物是放射性核素的无机化合物形式，如磷酸钠32P、氯化亚铊201Tl等,2.4 常用的放射性核素种类,按元素在周期表中的位置和化学性质：卤族、氧族、氮族、碳族、碱土金属、稀有气体等放射性核素。按半衰期的长短可分为长半衰期（如钴57Co、碘125I）、中等半衰期（如磷32P、碘131I）、短半衰期（如锝99Tcm）和超短半衰期（如氟18F、碳11C）等放射性核素。,2.4 常用的放射性核素种类,按临床使用的目的：显像与功能测定类放射性核素（如18F、99Tcm）、治疗类放射性核素（如131I、32P、212Bi）、体外分析类放射性核素（125I、3H）等。按辐射类型：射线、X射线、射线，+（正电子）射线、电子俘获（EC）、中子辐射和同质异能跃迁（IT）等放射性核素。,2.5 放射性核素来源,1.反应堆生产的医用放射性核素：利用反应堆提供的高通量中子流照射特定的靶材料引起核反应可产生一些有用的子核素，通过一定的分离和纯化，可以得到多种医用放射性核素 临床核医学使用最多的治疗核素就是反应堆生产的131I、32P、153Sm。,反应堆生产的医用放射性核素,2.5 放射性核素来源,加速器生产放射性核素是利用加速器将带电粒子加速到一定的能量，轰击特定的靶材料，引起核反应而实现的。生产出来的放射性核素一般为缺中子核素，以发射+或电子俘获形式进行衰变，能量适度，半衰期短，辐射危害小，非常适合PET显像。目前加速器生产的放射性核素主要是一些生命核素如11C，13N，15O以及18F等，,回旋加速器,Medical cyclotron,Industrial cyclotron,2.5 放射性核素来源,乏燃料提取的医用放射性核素反应堆中的核燃料在受中子照射，发生核裂变，生成几百种放射性裂变产物，其中有些放射性核素可用于核医学，如99Mo， 90Sr， 131I， 89Sr等。分离获得的99Mo可制成90Mo-99Tcm发生器，用于临床。,2.5 放射性核素来源,放射性核素发生器生产放射性核素放射性核素发生器(radionuclide generator)是一种能从较长半衰期的母体放射性核素中分离出由它衰变而产生的较短半衰期放射性子体核素的装置。发生器的重要性在于它们容易运输，能为难以开展核药学生产与服务的偏远地区提供短寿命核素源，因而在医院及实验室已被普遍采用。,99Mo-99Tcm发生器,99Mo-99Tcm发生器以离子色谱法作为分离方法，基本部件是吸附柱（活性氧化铝柱,99Mo以99MoO4-的形式吸附在柱上）、淋洗系统和用于保护工作人员的辐射屏蔽套。柱内生成的99Tcm不被活性氧化铝吸附，当加入适当的淋洗剂时，99Tcm便以99TcmO4的形式被淋洗出来，称之为“挤奶”。供医用时，为了使用方便，除基本部件外，常附加子体核素溶液接收瓶和一定量的淋洗剂。,99Mo-99Tcm发生器,99Mo-99Tcm发生器,从该发生器中容易得到无菌、无热原、无载体的游离态核素99mTc相当好的物理和辐射特性：物理半衰期为6h；无辐射，GBq级活度的摄入用于诊断对患者不会产生显著辐射剂量，发射的140keV光子，易准直，可获得高的空间分辨率显像；99Tcm标记的放射性药物容易标记生产，只要简单地将99Tcm加入多种（无放射性）冷试剂盒即得，它是目前应用最广泛的放射性药物，几乎占临床所用放射性药物总量的85以上。淋洗生产99Tcm时,需要注意外照射的防护.,2.6 对放射性药物的基本要求,诊断用放射性药物适宜的核特性放射性核素应发射射线、正电子（+），不应发射或少发射射线或射线，以减少机体不必要的辐射损伤。射线衰变分支比要高，射线能量以50-500keV为好，尤以100-300keV最佳其物理半衰期（physical half-life，T1/2或Tp）应在满足诊断检查所需时间的前提下尽可能地短。,2.6 对放射性药物的基本要求,毒性小、体内廓清快放射性核素的活度和放射性纯度高放射化学纯度高良好的体内分布特征,距受药病人源1米处的剂量率,外照射防护?,18F存在外照射防护问题?,3、核医学设备,3.1核医学设备概述3.2照相机3.3 SPECT3.3 PET3.4 PETCT，PETMR,核医学仪器是把探测到的射线的能量转换成可记录和定量的电能、光能等，测定放射性核素的活度、能量、分布的装置.各种探测仪器的原理都是基于射线与物质的相互作用。核医学使用的探测器主要为闪烁探测器，是利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生数量。,3.1 核医学设备概述,按照核医学仪器的用途，分为以下几类： （一）测量用核医学仪器： 主要在医学研究和临床检验中，用于对被检测样品如血、尿、粪便、组织中的放射性测量。常用的仪器有闪烁计数器、液体闪烁计数器。,核医学仪器的类型,闪烁计数器,主要在临床核医学工作中，用来进行脏器功能测定和脏器显像。 1、显像仪器 照相机 显像仪器 单光子发射型(SPECT) 发射型计算机断层 正电子发射型(PET),(ECT),（二）诊断用核医学仪器,2、脏器功能测定仪 单探头：甲状腺功能仪、心功能仪等 双探头：肾功能仪等 多探头：多探头脏器功能仪。,心功能仪,（三）治疗用核医学仪器,射线敷贴器 32P和90Y等 前列腺治疗仪等。,3.2 闪烁照相机,1照相机的功能1957年Hal Anger研制出照相机。照相机是一种快速显像设备，它不仅能提供静态图像，而且可提供动态图像，了解血流和代谢过程，是诊断肿瘤和循环系统疾病的重要设备。 它把人体脏器内的放射性核素的三维分布变成一张二维分布的图像或照片. 2、照相机的主要缺点图像受脏器的厚度影响较大。照相机的空间分辨率较低，在形态学诊断上不及X-CT和MRI。,闪烁照相机的原理,当受检者注射放射性同位素标记药物后，放射性核素有选择地浓聚在被检脏器内，该脏器就成了一个立体射线源，该射线源放射出的射线经过准直器射在NaI(TL)晶体上，立即产生闪烁光点。闪烁光点发出的微弱荧光被光导耦合至光电倍增管（PMT），输出脉冲信号。这些脉冲信号经后面的电子线路处理形成能量和位置两个通道的信号，位置信号确定显示光点的位置，能量信号确定该光点的亮度。经过一定时间的积累，便形成一幅闪烁图像，并可用照相机拍摄下来，就完成了一次检查。,闪烁照相机原理图,1、闪烁探头：准直器、晶体、光电倍增管2、电子线路：主要由位置信号通道和能量信号通道两部分组成。3、显示记录装置：示波器、照相机和实体 放大器等。4、附加设备,照相机的组成,照相机探头结构,闪烁照相机,3.3 SPECT,单光子发射计算机断层（Single Photon Emission Computed Tomography,简称SPECT）。1979年研制成功。SPECT的基本原理，是利用放射性同位素作为示踪剂，将这种示踪剂注入人体内，使该示踪剂浓聚在被测脏器上，从而使该脏器成为Y射线源，在体外用绕人体旋转的探测器记录脏器组织中放射性的分布，探测器旋转一个角度可得到一组数据，旋转一周可得到若干组数据，根据这些数据可以建立一系列断层平面图像。计算机则以横截面的方式重建成像。,SPECT显像,GE双探头SPECT,以色列变角度SPECT,SPECT与相机的比较,SPECT包含了相机的功能，增加了断层图像获取和图像重建功能。SPECT与相机相比有三个优点(1)SPECT可以得到真正的三维立体信息，即由许多二维断层图像重建而形成三维图像，而相机只能得到二维重叠图像。(2)SPECT提供了全定量的分析手段。相机测得的放射性强度是单位面积的迭加信息；SPECT可得到单位体积的放射性浓度，能反映脏器深度方面的活性差异，这是开展定量分析的基本依据。(3)SPECT改变了脏器深度方面的空间分辨率，而一般相机对表浅部位容易探测，对脏器深部就很困难，深部信息重叠在一起，很难分辨。,SPECT与X-CT比较,（1）X-CT是透射式成像设备，射线源在人体外部；SPECT是发射式成像设备，射线源在人体内部。（2）X-CT的空间分辨率较高，可达到小于0.5mm，所以图像清晰；SPECT的图像分辨率只有4mm左右，图像清晰度不如XCT。 （3）X-CT的射线源是X射线；SPECT的射线源是射线。,SPECT与X-CT比较,（4）X-CT测得的图像反映的是脏器形态；而SPECT测得的图像可反映脏器的结构和功能。（5）在图像重建方面，SPECT和X-CT一般都采用滤波反投影的重建方法。（6）SPECT的价格一般比XCT便宜，约为X-CT的1/3，为核磁共振（MRI）的1/5。,3.3 PET,ECT的另一大类是正电子发射型计算机断层（Positron Emission Computed Tomography，简称PECT或PET）。SPECT探测器接收来自体内的示踪核素发出的射线，而PECT探测器接收体内正负电子湮没辐射所产生的一对511keV的光子，在物理上两者无明显区别，但方法上有很大不同。PET是现代核医学脏器显像技术处于前沿的一种仪器，是目前最先进的核医学仪器。使用正电子放射性核素为短半衰期或超短半衰期的核素，主要由加速器生产 ，如11C、13N、15O、18F、67Ca、201Tl等。,湮没辐射示意图,正电子放射性核素发射出的正电子，在组织中很快与负电子互相碰撞而发生湮没辐射，同时产生两个方向相反、能量相同(511kev)的光子。,PET探测原理,可达32环探测器，上万个探测器,扫描机架,X-CT与ECT的主要区别,1、X-CT是利用常规X线从外部穿透机体后，根据组织密度的差异成像，ECT显像是反映放射性药物在体内的分布图。2、X-CT是反映解剖结构，ECT是既反映解剖结构又反映器官的生理和功能。,X-ray,XCT,SPECT,PET,X-CT与SPECT、PET的主要区别,SPECT不必配备回旋加速器，价格相对便宜，因此在临床中广泛使用。SPECT能进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行体内定量显像就比较困难，也不太准确。都能得到断层显像，显像原理都是利用晶体转换光子射线能量成荧光光子并被光电倍增管探测和放大，得到与放射性核素在体内分布、活性强弱一致的图像。,SPECT和 PET的比较,3.4 PET-CT，PET-MR,PET-CT,PET-MR将CT或MR与PET融为一体,使用同一个检查床和同一个图像处理工作站，将PET图像和CT图像融合。由CT或MR提供病灶的精确解剖定位,而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息,具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像,可一目了然的了解全身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。,PET-MR结构,4：核医学的安全与防护,4.1 核医学实践中外照射及防护措施4.2 核医学实践中内照射及防护措施4.3 患者的防护与安全措施 4.4 核医学安全操作的一般要求4.5 放射性污染去污与监测4.6 放射性药品管理及废物的收集与处理4.7 非密封源工作场所的分级4.8 核医学诊疗场所的选址与布局,4.1 核医学实践中外照射防护,时间防护：受照剂量与受照时间成正比。距离防护：剂量率与离开源的距离的平方成反比。因此，辐照操作人员与辐射源距离应当最大化。应用远距离操作工具，如镊子、钳夹和机械手，使操作人员与辐射源距离最大化。 屏蔽防护：射线在穿过物质时可以被吸收和散射，即物质对射线有屏蔽作用。,核医学实践中外照射来源与防护,放射性物质的开瓶分装过程；放射性物质的活度测量过程；放射源的贮存过程；源的内部转运过程；放射性药物的制备过程，包括PET中心正电子发射药物的生产；,核医学实践中外照射来源与防护,给予患者放射性药物过程；对用了放射性药物的患者的临床检查和治疗过程，也包括PET/CT检查时产生的X射线等；照顾体内含放射性药物的患者的过程；放射性废物的处理过程；放射性事故过程。,放射性药物准备,放射性药物的注射,工作人员的外照射剂量贡献,剂量率与离开源的距离的平方成反比。 因此，辐照操作人员与辐射源距离应当最大化。,距离,距离,工作台屏蔽玻璃瓶屏蔽注射器屏蔽,屏蔽,屏蔽,注射器和药物瓶的屏蔽,在制备和使用发射射线的药物时通常要使用注射器和管形瓶的屏蔽。放射性活性物质必须储藏在与放射性核素类型相适应的屏蔽容器里。,400 MBq 99mTc in 1 ml,注射器屏蔽,检查过程中工作人员的两种防护途径可移动的防护屏铅围裙,患者检查,铅围裙的作用,10 GBq 99mTc in 10 ml,瓶罐屏蔽,建筑物屏蔽,相邻区域辐照剂量由许多因素决定，例如：,放射源活度；照射时间；距离；屏蔽物透射因子.,4.2核医学实践中内照射及防护措施,内照射来源药物溢出：包括放射药物在生产、运输、储存、淋洗稀释、注射等过程中因各种原因导致放射性药物的溢出，动物实验。动物实验是一开放性实验，操作过程以及动物的排泄物均可导致放射性核素污染并进入人体；治疗患者的外科急救。给予放射性药物后，因患者突发危急生命的疾病或外伤，必须紧急手术，术者可能在过程中被放射性核素污染。患者的尸检。患者给予放射性药物后，因突然死亡需进行尸检确定死因，在操作过程中被放射性核素污染。,内照射防护基本原则：控制污染、防止扩散,基本的措施包括以下几方面： 围封隔离：必须对核医学工作场所合理布局、分别以控制区、监督区和非限制区等分开以防止交叉污染。净化通风：建立良好的净化通风系统，当发生放射性污染或核素泄露时，要对污染的空间进行合理的通风，减少污染的扩散和对人员的污染。及时去污：任何放射性核素及药物的污染。,内照射防护基本原则：控制污染、防止扩散,密闭包容，把开放的放射性核素与药物存放在密闭的容器中，并在密闭的手套箱中操作。个人防护，包括防护服、防护围裙和手套及器官屏蔽罩等，操作人员戴好密闭的防护衣套，并限制暴露在污染环境中的时间。放射性废物处理，防止污染环境和食物链。污染监测,适当的防护服最低限度应包括实验服和手套。,防护服,4.4 患者的防护与安全措施,核药物选择及检查程序监督给予儿童的药物，更要重视药物的正确选择和用量。减少患者的辐射吸收剂量在核医学诊断检查24-48 小时后鼓励患者多饮水并适当地使用利尿剂，可以增加放射性药物的排除速率。对育龄妇女、孕妇、授乳期妇女、胎儿的防护对患者家属或陪护人员的防护对儿童的防护,4.5 核医学安全操作的一般要求,合成和操作放射性药物所用的通风橱，工作中应有足够的风（风速不小于1m/s），排气口应高于本建筑物屋脊，并酌情设置过滤装置。凡放射性加权活度超过50GBq的场所应有放射性污水池。操作放射性药物应有专门的场所，如给药不在专门的场所进行，应采取屏蔽措施。注射器也应有适当屏蔽操作放射性药物应在垫有吸水纸的托盘内。,4.5 核医学安全操作的一般要求,诊断及治疗用场所（包括通道）应注意合理安排与布局。其布局应有助于实施工作程序，如一端为放射性贮存室，依次为给药室、候诊室、检查室。应避免无关人员通过。给药室与检查室应分开。如必须在检查室给药，应具有相应的防护设备。为体外放免分析使用的试剂盒（H-3,C-14,I-125）可在一般试验室操作候诊室应靠近给药室和检查室，宜有专用厕所。仅为诊断目的使用放射性核素的受检者，进行手术时不需特殊防护措施。,临床核医学治疗时的防护要求,治疗区域应划为控制区。用药后病人床边1.5m处或单人病房应划为临时控制区。控制区入口处应有放射性标志。配药室应靠近病房，尽量减少放射性药物和已接受治疗的病人通过非放射性区域。根据使用放射性核素的种类、特性和活度，确定病房的位置及其防护墙、地板、天花板厚度。病房应有防护栅栏，以与病人保持足