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核技术与核医学 陈英茂解放军总医院核医学科2006年10月21日 中国人民解放军总医院 什么是核医学 核医学的定义 核医学是核技术与医学相结合的学科核医学的任务是用放射性核素及核技术来诊断 治疗及研究疾病 核医学涉及的学科 核物理 核电子 核探测 计算机控制及图像处理 数学 放射化学 医学的各科等 基因突变 表达失控 代谢异常 功能失调 结构改变 症状体征 DiseaseisnotaTHING butaPROCESS 现代医学认为 疾病的发生起源于基因改变 表达物改变 代谢改变 形态改变 现代医学影像技术 名称成像参数性质X线CT衰减系数 CT值解剖结构B超超声波反射解剖结构MRI质子密度 T1 T2 解剖 功能化学位移SPECT放射性浓度代谢功能PET放射性浓度代谢功能PET CT放射性浓度代谢功能衰减系数 CT值和解剖 SPECT PET ECT emissioncomputedtomography 核医学内容 核医学发展的两大支柱 放射性药物 诊断 治疗关键点是特异性其次是稳定性如 11C 胸腺嘧啶 DNA合成金标准 不稳定 18F FLT氟标胸腺嘧啶 稳定 但由于3 端的置换 其磷酸化后不能进一步参与DNA合成 又不能通过细胞膜返回 被局限在细胞内 核探测技术 影像定位 定量 核医学诊断 核医学的右手 核医学诊断 示踪原理 示踪剂 参与体内某一生理代谢过程的物质 发射可探测射线的核素 形成示踪剂 例如 脱氧葡萄糖DG 发射正电子的18F 18F FDG代谢过程 静脉注入后 通过毛细血管壁进入组织 对不同的示踪剂 有些直接参与体内代谢 有些则被限制在某些特定的组织区域 由于示踪剂在体内的分布与代谢过程是动态的 所以体内各组织部位的示踪剂浓度是不断地变化的 探测 在示踪剂注入体内后的整个过程中 都可使用扫描仪在体外探测示踪剂发出的辐射信号 从而确定示踪剂在体内的位置 由此得到示踪剂在体内的代谢过程与分布图像 核医学显像原理 利用放射性药物用放射性核素标记的示踪剂引入体内参加特定生物活动被特定的组织摄取 定位 定性 定量反映体内代谢情况探测显像显像设备 显像条件 操作程序活体 分子水平活体内示踪剂分子行为 核医学显像设备 核医学显像设备探测 射线 相机 scintillationgammacamera 1958年H Anger发明 Anger相机SPECT singlephotoemissioncomputedtomography 20世纪80年代 单光子发射断层扫描仪PET positronemissiontomography 20世纪90年代 正电子发射断层扫描仪PET CT21世纪 功能图像和解剖图像有机融合 相机 相机构成 探测原理 射线入射到晶体上 使晶体原子激发 退激回到基态 发射荧光 一个 光子产生多个荧光光子 光电倍增管接受这些荧光 并将之转换为电信号 经过定位电路确定出入射 光子的位置放大 甄别后 记录一个计数 准直器 闪烁晶体 光电倍增管的作用 脉冲幅度分析器pulseheightanalyzer PHA 经放大的电脉冲幅度 入射 射线能量只选择一定能量范围 剔除散射 噪声 甄别例如 99mTc 能窗135 145keV单道脉冲分析器 单能窗多道脉冲分析器 多能窗 信号记录 核医学影像记录的是坐标和光子数和X照像有何不同 缺点 死时间 SPECT singlephotoemissioncomputedtomography 相机 发射 平面图像 透射X平片 SPECT 发射 断层图像 透射CT 相机探头绕人体旋转获得各个方向的投影 平面 像图像重建 滤波反投影 迭代获得断层图像图像重建算法 使图像更接近真实一直是核医学中的一个重点研究方向 图像重建 迭代算法 图像重建 滤波反投影法 理论依据 二维傅立叶分片定理 任意函数f x y 沿任意方向平行投影 得到与该方向垂直的一维投影函数 此投影函数的傅立叶变换 就等于f x y 的二维傅立叶空间平面上过原点的一条线 并且这条线与一维投影函数同方向 SPECT 相机 SPECT诊断项目 灌注显像动态血池显像静态肿瘤阳性显像全身骨扫描 数十种项目 数十种放射性药物 肾动态 门控心血池 骨扫描 前哨淋巴结 肿瘤阳性显像 PET positronemissiontomography 正电子核素18F 15O 13N 11C 人体基本元素 更能反映体内代谢发射出正电子 与一个负电子发生湮灭辐射e e 2 511keV E mc2 探测正电子湮灭辐射发出的双光子不加准直器符合探测 探测环灵敏度 分辨率 PET设备 电子对湮灭 PET探测原理 PET PET探测器晶体环 PET 符合探测原理 PET 探测器信号定位 PET SPECT与PET的区别 放射性核素SPECT99mTc 131I PET15O 11C 13N 18F人体基本元素探测信号SPECT 单光子PET 双光子空间定位SPECT 准直器PET 符合探测电路空间分辨率SPECT 8 12mmPET 3 5mm灵敏度 PET SPECT扫描时间 PET SPECT PET CT的发明是医学影像学的又一次革命 PET CT PET CT中的PET CT PET PET CT的主体CT的作用 为PET提供衰减校正为PET提供解剖位置信息提供诊断信息 兼容型PET CT 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CT图像兼做衰减校正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 PET显像特点功能显像敏感性 特异性较高缺乏精确的解剖定位 PET CT融合示意图 CT图像何处有病灶 PET CT融合示意图 PET图像病灶在何处 PET CT融合示意图 PET CT图像融合病灶原来在这里 PET图像有放射性浓聚 头颈部CT MR及鼻咽镜检未见异常 PET CT定位于右上腭 隐匿性上腭癌 PET PET CT的临床应用 肿瘤学75 90 心脏病学10 20 神经系统10 30 其他 器官移植 感染 创伤 发育 生理及药理实验 PET PET CT 在肿瘤学中的应用 早期发现肿瘤鉴别肿瘤良恶性治疗前分期治疗中疗效观察改进放疗计划治疗后随诊 复发 转移评估病人生存期 PET PET CT 在神经系统疾病诊断中的应用 癫痫病灶的诊断与定位 痴呆 AD MID PDD 认知定位 PET PET CT 认知定位 PET PET CT 在心血管系统疾病诊断中的应用 冠心病 13N NH3心肌存活测定 血流 代谢图像血流灌注显像 99mTc MIBI 13NH3 代谢显像18F FDG 不匹配 有代谢 无血流 心肌存活 匹配 无代谢 无血流 心肌不存活 心肌存活 金标准 决定是否手术 核医学治疗 核医学的左手 核医学治疗原理 将放射性核素引入体内使用特异性的载体 如RIT 放射性核素标记载体载体参与体内生物活动 带着核素定位到靶器官直接利用核素与靶器官的亲和定位作用131I 153Sm 89Sr定位施放放射性核素 如125I种子源 将放射性核素直接放到靶器官依靠放射性核素发射的射线杀死病变细胞 核医学治疗的优点 短射程的 射线放射性核素局限在靶器官 对正常组织损伤小 核医学治疗的一些项目 甲状腺疾病 131I骨转移瘤 89Sr 153Sm 32P肿瘤放射免疫治疗 RIT 标记抗体 核素 核素 俄歇电子及内转换电子核素肿瘤间质核素治疗 32P肿瘤介入治疗皮肤病敷贴治疗粒子植入治疗 125I 核医学中最需要解决的 两个问题 图像部分容积效应校正体内核素治疗的吸收剂量测量或估算 部分容积效应partialvolumeeffect PEV 根源 有限的分辨率 点源 球像结果 病灶失真 定量误差 小病灶被噪声淹没 部分容积效应的校正 目前还没有适合临床使用的校正部分容积效应的方法期待在座的各位专家 核素治疗中的难