放射诊断治疗概要.ppt

青岛男科医院 男科热线：4006675120,放射诊断治疗 与核医学,主讲人：蔡建新,概述1,人类已进入21世纪，经济将高度发展，人民生活水平进一步提高，人民渴望有一个好的生活环境和健康的身体，所以需要提高医疗技术和水平，更新医疗设备，提高全民族的健康，使人民的平均寿命提高到新的水平。 核科学与医学、生物学、放射学和剂量学等结合，产生了放射诊断学、放射治疗学和核医学等学科。,概述2,现代医学总是包括四个方面：预防医学、诊断医学、治疗医学和康复医学。核科学可用于预防、诊断和治疗，已成为医学领域中不可缺少的部份。例如：预防领域需开展普查，如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期检查等；诊断领域，现代化医院中的高当设备都和核科学有关，如XCT、ECT、MRI和PET等；治疗领域，现代癌症有70需要放射性治疗，还有X刀、刀、质子刀和BNCT等都是目前最先进的治疗设备。,第一节 放射诊断学,6.1.1 概述 放射诊断学是一门利用X射线诊断疾病的学科。从1895年德国科学家伦琴发现X射线至今，X射线的诊断和治疗仍然是非常重要的手段之一。,6.1.2 X射线透视与摄影技术,1. X射线透视：利用X射线的穿透性和荧光作用进行透视检查，X线穿过受检组织或脏器将它们投影到荧光屏上，供医生观察和诊断。 2. X线摄影：利用X线的穿透性和感光性，将受检组织或脏器显象在胶片上，称为X线照相。,多功能X线摄影系统1,多功能X线摄影系统2,6.1.3 X线造影和影像增强技术,1、X线造影技术：用造影剂注入到受检脏器，以增加它们与周围组织的对比度，提高影像分辨率。 2、X线影像增强技术：用增感屏或X线影像增强器使图像提高亮度和清晰度。,移动式血管造影系统,移动式血管造影系统诊断图,6.1.4 医用X线电视技术,医用X线机和闭路电视系统配合使用的医用电视系统。,6.1.5 数字化X线技术,采用数字化技术可得到数字图像，便于计算机连网，数字传输，数字化图像的清晰度高。现在有数字化X光机，数字减影血管造影仪，计算机断层XCT等。,数字化医用X射线诊疗装置,第二节 X射线计算机断层(XCT),6.2.1 XCT发展概况 1、概述：1972年英国EMI公司的Hounsfield研制成世界上第一台XCT机。CT（Computed Tomography）是计算机断层的缩写。克服了X光机平面图像在深度方向的重叠，可以得到人体脏器的断层（即一薄层）图像，许多断层像可以重建成三维的立体像。,6.2.1 XCT发展概况(续）,2、现代XCT的基本情况 XCT已经经历了五代，第六代CT正在研究。单束扫描、窄角束扫描、广角束扫描、反扇束扫描、动态空间扫描和电子束扫描。,3、XCT的发展方向 扫描方式、检测器数量和扫描时间。,XCT机(Elscint)图片,GE公司的XCT,XCT (Elscint)机诊断图,6.2.2 XCT对X射线的测量(1),1、 X射线的五个物理量： 波长、频率、能量、强度和剂量。 一个光子的能量,6.2.2 XCT对X射线的测量(2),2、 X射线与人体的相互作用 不变散射：光子与电子碰撞只改变进行方向而能量不变。 康普顿散射：光子与自由电子或原子中束缚得不太紧的电子碰撞，将一部份能量传递给电子，使之脱出原子成为反冲电子，光子则因损失能量成为能量更小的光子，且改变运动方向。 光电吸收：光电作用导致X射线光子及其能量在作用处被吸收。,6.2.2 XCT对X射线的测量(3),3、 X射线的衰减 X射线穿过人体后，强度成指数衰减，如下式所示： 其中是组织的线性衰减系数，W是组织的厚度。,6.2.3 XCT建像原理和方法,建像方程如下：,6.2.4 XCT扫描系统的结构,XCT扫描系统主要由采样系统和图像处理系统两大部分组成。 采样系统：X射线管，探测器 图像处理系统：核心是计算机，外设，图象显示器和软件,采样系统和图像处理系统,采样系统 图像处理系统,6.2.4 XCT扫描系统的结构(1),1XCT的采样系统 XCT的采样系统包括扫描机架、X射线发生器、准直器、探测器、A/D、计算机接口和冷却系统等。,6.2.4 XCT扫描系统的结构(2),2XCT的图像处理系统 图像处理系统的核心是一台计算机，另外还有硬盘、软盘、打印机、磁带机、D/A、图像显示器、照相机和系统软件等。,6.2.4 XCT扫描系统的结构(3),3、CT数,第三节 放射治疗学,6.3.1概述(1),1、肿瘤放射治疗学的历史 1895年伦琴发现X射线 1942年原子反应堆问世，制造出多种人工放射性同位素 50年代Co60治疗机出现 60年代医用电子感应加速器、医用电子直线加速器应用于临床 70年代开始对中子、质子、负介子和重离子等的应用进行研究，出现X-刀和-刀 80年代后对恶性肿瘤的70进行放射疗,6.3.1 概述(2),2、放射治疗的原理 放射治疗学是利用核射线（X、和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科。 放射治疗的基本原理是当射线达到一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用。 射线通过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。,6.3.1概述(3),3、世界各国肿瘤发病情况 据1989年统计，全世界40亿人口中每年有600万人得癌症。在我国上海、江苏、浙江、福建等地，肿瘤已列为第一位；北京、天津等地列为第二位。 在美国，肺癌占第一位，大肠癌占第二位；我国胃癌占第一位，肺癌占第二位。 食管癌在世界有三个高发区，中亚里海沿岸、南部非洲地区和我国华北地区。我国华南以鼻咽癌较常见，东北胃癌占首位，西南地区肺癌占首位。 经过各种治疗，各种癌症的平均5年生存率已达48。,6.3.1概述(4),3、放射治疗用的放射源有三大类： (1)放射性同位素发射出的、线 (2)X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射线 (3)各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负介子和重离子束等 第一类放射源用作体外照射、腔内照射或组织间照射，也可用口服或静脉注射将放射性核素注入人体，进行内用同位素治疗。 第二、三类放射源只能用于体外照射。,6.3.1概述(5),4、肿瘤放射治疗的方法和疗效 放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。 据有关报道：如子宫癌手术前放射治疗的治愈率可从70提高到90；膀胱癌手术前放射治疗的治愈率可提高10以上；肺癌手术后放射治疗5年生存率从0提高到20。 单独放射治疗恶性肿瘤5年治愈率可达50%,6.3.2 放射治疗设备,1. X射线治疗机 为获得X射线必须有二个条件： (1) 要有足够数量高速运动的电子 (2) 要有一个能够接受高速电子撞击而产生X射线的靶。,6.3.2 放射治疗设备(1),X射线治疗机有以下几种： 接触治疗机，治疗皮肤癌，管电压1060千伏； 表层治疗机，治疗浅层，管电压60140千伏； 中层治疗机，治疗皮下中层组织，管电压140180千伏； 深部治疗机，治疗组织深部的病灶，管电压180250千伏。,X射线治疗机（WEIDA ),Energy: 6MeV(X-ray) Dose Date : 2GY/min Field size: 2X235X35cm,6.3.2 放射治疗设备(2),2. CO60治疗机 射线，能量1.17Mev，1.33Mev， 穿透力强，深部治疗比200千伏的X射线大15。皮下反应轻，骨骼和软组织吸收剂量相等，旁向散射小，经济可靠，结构简单。,Co60治疗机（HMD-I）型,6.3.2 放射治疗设备(3),3、后装治疗仪 后装治疗仪是一种远距离控制小射线源（钴60，铯137等）的治疗装置。 4、快中子治疗仪 中子源14MeV D-T中子发生器 5、负介子治疗仪,6.3.3 医用加速器,1概述 放射治疗是癌症治疗的主要手段。最早用于治疗癌症的是X射线，50年代出现了远距离钴60治疗机，进入60年代后，医用加速器技术应运而生。由于医用加速器能产生电子、X、等射线，射线定向性好，能量高，穿透性强，并且可以控制，利用率又高，故各种加速器的不断出现很快在医学上得到重视和利用。,6.3.3 医用加速器（1）,加速器用于医学在本世纪30年代就开始了，那时美国就有了用于医学的回旋加速器。40年代出现了医用电子感应加速器、电子同步加速器和质子同步加速器。1952年电子直线加速器在英国首次用于医疗。进入60年代医用电子直线加速器开始应用，由于它是一种能产生X射线和电子射线的先进设备，所产生的高能射线能以电离辐射的形式作用于细胞，杀伤不同种类的肿瘤细胞，所以被广泛用于临床治疗肿瘤。,6.3.3 医用加速器（2）,2、电子直线加速器 医用电子直线加速器是医疗器械领域设计制造复杂、技术含量最高的高科技 产品，也是目前治疗肿瘤的主流设备。下面是国产XHA600C医用电子直线加速器,XHA 600C医用电子直线加速器,6.3.3 医用加速器（3）,3、电子回旋加速器,6.3.4 立体定向放射治疗,一、 概述 1949年瑞典神经科学家Leksell首先提出了放射外科学理论，设想利用立体定向技术，使用大剂量的高能量射线束（X、质子、中子等）一次性摧毁靶点的病变组织。此后近二十年有许多科学家进行了研究和实验，于1068年建造了世界上第一台 刀，并于1972年1974年成功地做了二十多例脑动静脉畸形和癌症手术。从此刀开始用于治疗各种神经外科和癌症疾病。,6.3.4 立体定向放射治疗(1),二、刀 刀和X刀并非通常意义上的有利刃、有把柄、能切割的金属刀。称其为“刀”是因为它能象手术刀那样切除肿瘤，冠以“X”或“”是因为原动力来自X射线和射线，所以也是一种放射治疗。,6.3.4 立体定向放射治疗(2),1刀的基本原理和概况 刀是将多个放射源静止性照射到一点上，使该点的剂量很大，从而到达治疗的目的。 1968年第一台刀在瑞典问世，用179个钴60源；1974年第二代刀用201个钴60源，照射直径达430mm；八十年代发展了第三代刀，用多个等剂量,6.3.4 立体定向放射治疗(3),中心，更换各种准直器头盔，应用范围扩大到颅内肿瘤和血管畸形。 1984年后刀受到世界各国关注和推广，在英国和阿根廷安装了第三台和第四台刀。 1987年在美国安装了北美第一台刀，每个钴源达30居里，适用于治疗面积更大、位置更深的病变。 1992年美国已有10台刀，日本有8台。近年来，我国已引进5台。,6.3.4 立体定向放射治疗(4),2、刀的组成 刀由六部分组成，它们是： 放射系统；校准系统（头盔）；手术台；控制台；液压系统和 计算机治疗计划系统。,6.3.4 立体定向放射治疗(5),3、刀的特点 无手术治疗，病人无痛苦； 手术精确，误差小（0.1mm）； 简便省时,每次治疗只需3-小时； 新一代刀配合CT、MRI和DSA及计算机，使治疗过程自动化和程序化。,6.3.4 立体定向放射治疗(6),4、刀的临床应用 伽玛刀、X刀治疗适应症： 1.所有的脑内良、恶性肿瘤：脑膜瘤、垂体瘤、 脑转移瘤、松果体瘤、三叉神经瘤、听神经 瘤、血管网织细胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神经鞘瘤、NPH癌等 2.癫痫； 3.脑血管畸形、脑血管瘤； 4.五官肿瘤：鼻咽癌、颅咽管瘤、鼻血管纤维瘤、 内耳肿瘤、眼球后肿瘤； 5.功能性脑神经疾病： 三叉神经痛、顽固性 头痛、帕金森氏病。,奥沃伽玛刀,6.3.4 立体定向放射治疗(7),三、 X刀 1、概述 以产生硬X射线的医用直线加速器为放射源的立体定位定向装置，称为X刀。其原理是通过Linac机架旋转控制射线的输出剂量，照射野的再次准直和治疗床的角度变化来使高辐射剂量照射源集中在靶点，而靶区周围X射线剂量很小，取得与刀相同的治疗效果。,6.3.4 立体定向放射治疗(8),2、X刀的特点和评价 无痛手术，病人痛苦极小 设备简单，只需对标准直线加速器稍加修改，就非常接近刀 操作简单，技术容易掌握 造价比刀低，容易推广 对环境污染小 可对多种癌（肝、肾、肺及骨癌等）进行立体放射治疗。,6.3.4 立体定向放射治疗(10),评价：预测X刀将成为未来立体放射治疗的主要设备，比刀更易推广。在美国X刀治疗中心有80多个，而刀治疗中心只有8个。 3、X刀的临床应用 我国从1991年研制第一台X刀，两年中就完成了160多病例。,X-刀(STAR系列),6.3.5 硼中子俘获癌症治疗,1、 概述 BNCT（Borton Neutron Capture Therapy）中文含义是硼中子俘获治疗，是目前世界最先进的癌症治疗方法之一。 到目前为止，世界上用反应堆中子源的（rBNCT）治疗机已经达到二期临床水平，但基于加速器的BNCT世界上还没有，许多发达国家都在研制中。,6.3.5 硼中子俘获癌症治疗(1),在所有目前可以列举的放射治疗方法中，BNCT具有其它放疗所不具备的突出优点。主要表现在：中子的穿透性比质子和重离子好，容易实现深部癌症治疗；BNCT用的是低能中子，与快中子治疗相比，低能中子对人体正常细胞的伤害要小得多；发挥治疗作用的粒子和7Li重离子具有局域性好的特点；药物的选择性提高了BNCT治疗癌症方面的优势；对无原发肿块的癌症有潜在的治疗能力等。,6.3.5 硼中子俘获癌症治疗(2),2BNCT的基本原理 将含10B元素的BNCT药物注射到人体中，药物对肿瘤的选择性越高约好，每克肿瘤组织达到30g的10B；由加速器产生的中子源经慢化后变为1eV1keV范围内的超热中子,照射到病变组织,与10B发生俘获反应,反应方程如下: 10B + 1n 4(1.78MeV)+ 7Li(1.01MeV) (4%) 4(1.47MeV)+ 7Li(0.84MeV) + (0.48MeV) (96%) 产生的4粒子和 7Li核的射程都很短,分别为5m和8m, 它们能有效地杀死癌细胞,而对周围正常细胞损伤很小。,6.3.5 硼中子俘获癌症治疗(3),3BNCT中子源 一个理想的BNCT中子源应具备下列性质: 源的主要成分是1eV到10keV的中子； 源在病人辐照区的通量大于或等于109量级也即在一个小时内可将总量约1012的中子注入病灶； 源的快中子成分足够低； 源的射线成分足够低； 源的方向性足够好。,6.3.5 硼中子俘获癌症治疗(4),目前能够最大程度接近这些要求的中子源只有反应堆中子源，但世界上正全力开拓小型加速器中子源及辅助设备，从90年代初开始，已吸引了几十个研究组在开展研究工作。 加速器产生中子的方法一般用7Li (p,n)、9Be(p,n)或9Be(d,n)，高能质子或氘核（能量大于2.4MeV轰击Li靶或Be靶，产生能量大于700keV的中子，再经慢化装置变成超热中子。 4、剂量计算,第四节 核医学概论,核科学用于经济技术的发展，为生产力的发展、社会的进步和人类和平的伟大事业作贡献。同时，科学技术，包括核物理、核探测、核辐射、核材料、核化学和核医药等都已广泛应核科学技术也不断地为人类健康，提高人民的生活水平服务。除了放射诊断和放射治疗，在本世纪30年代开创的临床核医学就是一门核科学技术与医学相结合的新兴学科。几十年来核医学已得到相当大的发展，在医院中放射科和核医学科都已成为现代化医院中的重要部门。,6.4.1 引言,1什么是核医学 核医学是一门利用开放型放射性核素诊断和治疗疾病的学科。,6.4.1 引言(1),2核医学的分类,6.4.1 引言(2),3核医学的相关学科 放射诊断学（diagnostic radiology）是利用X射线诊断疾病的学科； 放射治疗学（therapeutic radiology）是利用核射线（X、一和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科； 放射医学（radiation medicine）是研究和应用核射线对生物的辐射效应、放射损伤的诊断治疗和放射卫生防护的学科； 医学影象学（medical imaging）是专门研究医学图象处理的学科，包括二维和三维的图象重建等。,6.4.1 引言(3),4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）动态观察,6.4.2 核医学的发展史和现状,1初级阶段（1935-1945） 2迅速发展阶段（1945-1960） 3高速发展阶段（1961-1974） 4现代核医学阶段（1974-现在）,6.4.3 我国核医学的基本情况,开始于1956年，到80年代末已有600多家医院有核医学科，1000多家医院有同位素室 人才 设备 ：伽玛相机，SPECT和PET,6.4.4 核医学的必备物质条件,核医学的必备条件如下： 放射性药物 放射性试剂 核医学仪器 工作场所,6.4.4核医学的必备物质条件(1),1放射性药物 凡需引入人体内的放射性核素和放射性标记物称作放射性药物（radiopharmaceuticals），按不同用途分为诊断用放射性药物和治疗用放射性药物两种。 2放射性试剂 放射性试剂（radroactive reagent）指不需引入人体的放射性核素和放射性标记物。,6.4.4核医学的必备物质条件(2),3核医学仪器 （1）显像用的核医学仪器 照相机 单光子发射计算机断层（SPECT） 正电子发射计算机断层（PET） 扫描机（scanner） （2）非显像用的核医学仪器 常用的有甲状腺功能测定仪、肾图仪、心功能仪、局部脑血流测定仪和骨密度测量仪等。 （3）体外诊断用的核医学仪器,6.4.4核医学的必备物质条件(3),4工作场所 用于核医学的工作场所必须符合辐射安全与防护的要求。对工作场所按三区制原则配置： 非活性区 低活性区 高活性区,6.4.5 核医学与国际机构(1),1核医学与国际原子能机构IAEA IAEA认为在人类健康方面，新的核技术和治疗方面将起重要作用。 2核医学与国际癌症研究机构IARC 从放射治疗开始，核医学治疗癌症是非常重要的手段。研究癌症是一个系统工程。据保守估计，每年，癌症要夺去全世界630万人的生命，被称为人类健康的“第一杀手”。人类在与癌症的抗争中成长，请看表6.4.1。,6.4.5 核医学与国际机构(2),3核医学与世界卫生组织WHO WHO认为老年人的五大疾病是心血管病、癌症、糖尿病、老年痴呆和骨质疏松。核科学技术在解决心血管病、癌症和骨质疏松中起重要作用 4核医学与Internet 在Internet网上有许多核医学资源可共享,第五节 核医学影像设备,本节讨论另一种成像方法。X射线和超声成像设备都是由外部向人体发射某种形式的能量，根据能量的衰减或反射情况来成像。核医学影像设备则是向人体注射放射性核素示踪剂，使带有放射性核素的示踪原子进入人体内要成像的脏器或组织，使它们变成射线源，然后通过测量放射性核素在人体内的分布来成像。,6.5.1 概述,1XCT和ECT X射线计算机断层是属于透射式计算机断层（transmission computed tomography，简称TCT或XCT），放射性核素计算机断层属于发射型计算机断层（emission computed tomography,简称ECT）。,6.5.1 概述(1),2核医学影象设备的分类 单光子系统。用这种系统造成平面投影图像的设备称为相机，产生断层图像的设备称为单光子发射计算机断层（Single Photon Emission Computed Tomography,简称SPECT）。 正电子发射计算机断层（Positron Emission Computed Tomography，简称PECT或PET）。,6.5.2 闪烁照相机,1照相机的基本原理 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。,6.5.2 闪烁照相机(1),相机的基本组成如图6.5.1所示。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。,6.5.2 闪烁照相机(2),6.5.2 闪烁照相机(3),2相机的结构和主要部件 如图6.5.1所示，相机主要由探头、电子线路和显示系统三部分组成。,6.5.2 闪烁照相机(4),（1）探头 探头是相机的核心部件，它包括准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大电路、光导和定位网络电路等。图6.5.2(a)是由19个光电倍增管构成的闪烁相机探头。,6.5.2 闪烁照相机(5),（2）电子线路部份 如图6.5.1所示，相机的电子线路部份主要由能量信号通道和位置信号通道两部份组成。位置信号通道对X+，X-，Y+和Y-进行处理得到X=（X+-X-）/Z和Y=（Y+-Y-）/Z的位置信号，这是闪烁光点的位置。 （3）显示系统 显示系统由示波器和照相机组成，照相机可以对准显示荧光屏进行摄影。目前相机的显示系统都由微型计算机的显示器实现。,6.5.2 闪烁照相机(6),3相机成像原理 相机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.,闪烁照相机,6.5.3 单光子发射计算机断层(SPECT）,单光子发射计算机断层是核素显象技术中继扫描机和相机问世后的又一次突破。 1SPECT与相机的比较 目前医院中用得最多的SPECT称为旋转相机型的ECT，这种SPECT是相机探头加上旋转机构和图像重建软件，它包含了相机的功能，增加了断层图像获取和图像重建功能，而价格只比一般相机贵20一30。,6.5.3单光子发射计算机断层(SPECT）(1),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。,6.5.3单光子发射计算机断层(SPECT）(2),2SPECT与XCT比较 （1）XCT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）XCT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）XCT的射线源是X射线；SPECT的射线源是射线。,6.5.3单光子发射计算机断层(SPECT）(3),（4）XCT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XCT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XCT的1/3，为核磁共振（MRI）的1/5。,6.5.3单光子发射计算机断层(SPECT）(4),3SPECT的基本原理 ECT(这里主要指SPECT