《核医学总论》PPT课件.ppt

核医学总论 核医学定义与内容核医学发展史 第一节 核医学定义NuclearMedicine 是应用放射性核素或核素标记物进行临床诊断 治疗疾病及生物医学研究的学科 核技术 医学 研究核技术在医学中的应用及其理论的综合性边缘科学 根据我国医学专业学位的设置 属于 影像医学与核医学 学位点 分类 诊断核医学 临床核医学 治疗核医学 体外分析 体内 显像检查法 非显像检查法 核医学 实验核医学 核医学内容 一 放射性核素示踪技术放射性核素动力学分析体外放射分析放射自显影 活化分析微型PET或动物PET 实验核医学 研究医学领域的疑难问题发展 创立新的诊疗技术和方法推动临床核医学的发展实验核医学相当于外科学的解剖和生理学 为正确应用核技术提供理论基础 实验核医学的作用 实验核医学 核医学内容 二 临床核医学 是利用放射性核素及核素标记物诊断和治疗疾病的临床医学内容 是核医学的重要部分 包括体外测定 显像诊断和核素治疗 主要特征 核医学是现代医学的重要组成部分因为它有以下特征 体内物质代谢的动态观察反映器官在整体及局部上的功能简单 安全及非侵害的诊断和治疗 高灵敏检测 灵敏度 10 12 10 15g能应用于大部分学科及医学专业 核医学是一门年轻的学科真正形成核医学学科的历史很短 1896 2006 Becquerel 放射现象 110 Becquerel发现放射现象物理学奖1903Marie Curie发现镭等元素物理学奖1911Marie Curie化学奖1908Rutherford发现铀能发射 和 粒子 化学奖1921FrederickSoddy放射性物质和天然同位素研究 化学奖 同位素 一词也是他1913年与苏格兰物理学家MargaretTodd在一次午餐谈话中提出 1921AlbertEinstein发现光电效应的定律获物理奖1922Aston发现大量同位素及其质谱获化学奖1923Millikan在元素的光电效应电荷研究方面获物理学奖1927Compton发现了以他本人名字命名的 Compton效应 获物理学奖1935Joliot和他的妻子Ir neJoliot Curie人工方法合成新的放射性元素获化学奖 核医学与诺贝尔奖 1935Chadwick发现了中子获物理学奖1936Anderson发现了正电子获物理学奖1938Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖1930ErnestOrlandoLawrence生产出回旋加速器1939年获得物理学奖1923Hevesy首先用同位素进行生命科学示踪研究 提出了 示踪技术 的概念 1943年获诺贝尔化学奖 1944Hahn在原子核裂变研究方面获化学奖1960Libby发明了放射性14C测龄技术获化学奖1959Berson和Yalow建立了放射免疫分析法1977年Yalow获诺贝尔医学奖1984Jerne等在免疫系统的控制以及单克隆抗体的研究中获医学奖 核医学与诺贝尔奖 Becquerel 1896年法国物理学家Becquerel发现了铀的放射性 第一次认识到放射现象 他在研究铀盐时 发现铀能使附近黑纸包裹的感光胶片感光 由此断定铀能不断地发射某种看不见的 穿透力强的射线 1903年与Curie夫人共获Nobel物理学奖 Historylookback MarieS Curie 1898年在巴黎的波兰化学家Curie 1867 1934 与他的丈夫Pierre共同发现了镭 即88号元素 他们从30吨沥青铀矿中提取了2mg镭 此后 又发现了Pu和Th天然放射性元素 1903年Curie与Bequerel共获Nobel物理学奖 1911年又获得Nobel化学奖 Historylookback Danlos 1844 1912 1901年法国医师Danlos将放射性镭与结核的皮肤病变接触 试图治疗皮肤病 可以说是第一次医学应用 Historylookback Thefatherofclinicalnuclearmedicine 1926年美国Boston内科医师Blumgart首先应用放射性氡研究循环时间 第一次应用了示踪技术 将氡从一侧手臂静脉注射后 在暗室中通过云母窗观察其在另一手臂出现的时间 以了解动 静脉血管床之间的循环时间 后来他又进行了多领域的生理 病理和药理学研究 被誉为 临床核医学之父 Historylookback Thefatherofexperimentalnuclearmedicine 美国化学家Hevesy 最早将同位素示踪技术用于植物的研究 人体全身含水量等生理学研究 并发明了中子活化分析技术 于1943年获得了Nobel奖金 并被称为Thefatherofexperimentalnuclearmedicine Historylookback ErnestLawrence 1930年美国加州大学校园里 物理学家ErnestLawrence生产出一个回旋加速器 并生产出多种同位素 1936年 他的兄弟 内科医师JohnLawrence首先用P 32治疗白血病 1939年获物理奖 Historylookback Moderncyclotron JohnLawrence JosephHamilton Historylookback JohnLawrence JosephHamilton Ir neCurie FredericJoliot 1934年 法国放射化学家Curie和她的丈夫Joliot 第一次用人工核反应生产出放射性核素 同年Fermi等人用中子源轰击靶核生产出多种核素 a粒子Al30P Fermi 1938年 芝加哥大学Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖 1942年建立了世界上第一座核反应堆 首先生产出放射性碘 为人工放射性核素的大量生产创造了条件 也导致了1945年第一颗原子弹的爆炸 同年 JosephHamilton发表了用放射性碘研究甲状腺功能的报告 Historylookback 广岛长崎 日本广岛 长崎原子弹爆炸后 Cassenandscanner 扫描机 1951年美国加州大学的Cassen研制出第一台闪烁扫描机 Scintillationscanner 逐点打印方式获得器官的图像促进了显像的发展美国核医学会专门设立了 Cassenaward Nuclearinstrumentanddevelopment DavidKuhl 1952年美国Pennsylvania大学一年级医学生DavidKuhl设计了扫描机光点打印法 1959年用双探头扫描机进行断层扫描 并进一步研制和完善断层显像仪器 使得SPECT和PET成为核医学显像的主要方法 1996年获得 Cassenaward 被称为Thefatherofemissiontomography 可以认为 没有他的远见 核医学有可能不会发展成为具有特色的专业 Historylookback Thefatherofemissiontomography RobertNewell 1952年RobertNewell发明了聚焦多孔准直器提出了Nuclear一词 Historylookback Angerand camera 1957年Anger研制出第一台 照相机 称之为Anger照相机 1963年在日内瓦原子能和平会议上展出 克服了逐点扫描打印的不足 使核医学显像走向现代化阶段 Historyreview Berson Yalow 1960年美国的Berson和Yalow将核技术与免疫学技术结合建立了放射免疫分析法 首先用于测定血浆胰岛素浓度 由于该法对医学的巨大贡献 1977年Yalow获得了NobelPrize Yalow Berson Historyreview Radioimmunoassay 当今世界最著名的核医学专家 WagnerJr 美国霍普金斯医学院教授连续25届在美国核医学年会上作总结报告 圣地亚哥 智利 青年学者奖 Developmentofnuclearmedicinein1970 Computer NuclearMedicine Quality Quantitative SPECT PET 99Mo 99mTc发生器 体外放射分析技术 显像药物发展 广泛应用 测定体内300多种微量物质 Molecularnuclearmedicine 受体密度与功能基因的异常表达生化代谢变化细胞信息传导 临床诊断临床治疗疾病研究 提供分子水平信息分子水平治疗手段分子核医学的形成分子影像学的形成 FormationofIsotopeandNuclearMedicine Isotope一词是1913年苏格兰物理学家MargaretTodd在与Soddy的一次午餐谈话中提出的 由于放射性同位素不包括同质异能素 1968年美国的Wagner教授在他的教科书中广泛确立了NuclearMedicine 取代了同位素与放射性物质 1969年 NuclearMedicine 正式在一本 术语学手册 中作为放射性同位素在疾病诊断和治疗应用的分支被确立 1970 将同位素科更名为核医学科 Historyreview 核医学已发展成为一门完整的临床学科核医学有其自身的理论 方法和应用范围有诊断 治疗 门诊甚至病房承担教学 科研和培干工作 不同于一般的医技科室 核医学科室性质 OriginofChinesenuclearmedicine 我国核医学起源于1956年 在军委卫生部的领导下 由王世真和丁德泮教授主持 在西安第四军医大学举办了生物医学同位素应用训练班 这是我国第一个同位素应用学习班 1957年又举办了第二期 标志着我国核医学的诞生 1958年在北京举办了第一个同位素临床应用训练班 有10名学员参加 成为核医学进入临床应用的起点 也被列为当时国家的一项重要任务 后又在津 沪 穗举办了2 4期 Historyreview 王世真院士 1996 上海 中国核医学的开创者王世真院士 DevelopmentofChinesenuclearmedicine 60年代我国核医学有了较大发展 各省相继开展了临床应用工作 同位素和核探测仪器的研制取得重要成绩 70年代 在全国得到了普及 1977年我国将核医学作为医药院校本科生必修课 教育部和卫生部先后组织编写了多版规划教材 1980年成立了中华医学会核医学分会及各省市核医学分会 1981年创办了中华核医学杂志 部分核医学教材 SPECT 400 PET80 照相机100 核医学科室 500 博士点11 PresentsituationofChina 硕士点30 中国大陆 博士后流动站 Requestoflearning 通过学习要求对核医学基本理论 在医学中的作用 应用范围及其特点有一个基本了解 在总论部分重点掌握核医学的某些基本概念和定义 各论部分重点掌握各种诊断方法的基本原理 临床应用价值及评价 核医学技术与其它相关技术的比较 核医学是一门新兴综合学科 除了需要医学知识外 还需具备基本的物理 化学 计算机等相关知识 核医学又是影像医学的一部分 因此要求了解相关影像学的特点 思考题核医学的定义核医学的主要内容核医学的主要特点核医学与医学的发展 暂休 核医学物理基础知识 第二节 医学影像专业 核医学 原子 放射性核衰变 射线与物质的相互作用 核医学物理基础 原子和原子结构 原子 atom 是构成元素的基本单位 不同元素的原子具有不同的性质 但是原子的基本结构大致相同 原子结构 原子核 中子 质子 电子 原子核结构 X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数 原子核结构 同位素 同质异能素 核素 同位素凡原子核具有相同的质子数而中子数不同的元素互为同位素 如125I 131I 132I均有53个质子 但中子数不同 在元素周期表中处于同一位置 是同一元素 碘元素 一种元素往往有几种甚至几十种同位素 一个元素所有同位素的化学和生物性质几乎都一样 但物理性质可能有所不同 同位素 凡同一元素的不同核素 质子数同 中子数不同 在周期表上处于相同位置 互称为该元素的同位素 4 元素 核素 同位素 元素 具有相同质子数的原子 化学性质相同 但其中子数可以不同 如131I和127I 核素 质子数相同 中子数也相同 且具有相同能量状态的原子 称为一种核素 同一元素可有多种核素 如131I 127I 3H 99mTc 99Tc分别为3种元素的5种核素 同质异能素 质子数和中子数都相同 但处于不同的核能状态原子 如99mTc 99Tc 原子核稳定 不会自发衰变的核素称为稳定核素 stablenuclide 原子核处于不稳定状态 需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素 radionuclide 放射性核素的原子由于核内结构或能级调整 自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变 radiationdecay 稳定核素与放射性核素 第二节放射性衰变 衰变 decay 衰变是放出 粒子的放射性衰变 粒子是由两个质子和两个中子组成 实际是氦核42He 因而 衰变时 母核放出 粒子后 质量数减少4 原子序数减少2 衰变 decay 衰变发生在中子过剩的原子核 衰变时放出一个 粒子 电子 和反中微子 核内一个中子转变为质子 因而子核比母核中子数减少1 原子序数增加1 原子质量数不变 衰变 decay 衰变发生在中子较少的原子核 衰变时放出一个 粒子 正电子 和反中微子 核内一个质子转变为中子 因而子核比母核质子数减少1 原子质量数不变 衰变 原子核从激发态 excitedstate 回复到基态 groundstate 时 以发射 光子释放过剩的能量 这一过程称为 衰变 这种激发态的原子核常是在 衰变 衰变或核反应之后形成的 射线的本质是中性的光子流 正电子衰变 由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变 称为正电子衰变 也叫 衰变 衰变时发射一个正电子和一个中微子 原子核中一个质子转变为中子 衰变时母核和子核的质量数无变化 但子核的核电荷数减少一个单位 衰变可用下式表示 189F 188O 0 66MeV 正电子衰变核素 都是人工放射性核素 正电子射程仅1 2mm 在失去动能的同时与其邻近的电子 碰撞而发生湮灭辐射 在二者湮灭的同时 失去电子质量 转变成两个方向相反 能量皆为511keV的 光子 正电子发射断层仪 PET 能探测方向相反的511keV光子 进行机体内的定量 定性和代谢显像 电子俘获衰变 原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个中微子的过程称为电子俘获衰变 发生在缺中子的原子核 与正电子衰变时核结构的改变相似 一个质子俘获一个核外轨道电子转变成一个中子和放出一个中微子 子核的原子序数比母核减少一个单位 在元素周期表向左移一个位置 质量数不变 电子俘获衰变图原子核俘获一个内层电子 1 外层电子向内层补充 2 两层轨道之间能量差转换成特征X射线 3 或俄歇电子释放 4 内转换电子过程电子俘获后 仍处于激发态的原子核把能量转给一个核外电子 1 这个电子被逐出原子成为内转换换电子 2 外层电子填补空穴 原子核回复到基态 3 能量由特征X射线 4 或俄歇电子携走 5 指数衰减规律N N0e tN0 t 0 时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 放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关 与外界条件无关 数值越大衰变越快半衰期 half live 放射性原子核数从N0衰变到N0的1 2所需的时间 N N0e t 衰变规律 放射性核素的另一个特征性的物理量半衰期 T1 2 half life 表示原子数从N0衰变到N0的一半所要的时间 放射性活度减少至一半所需要的时间称作物理半衰期 T1 2 重要概念 生物半排期Tb是指生物体内的放射性核素经由各种途径从体内排出一半所需要的时间 有效半衰期Teff是指生物体内的放射性核素由于从体内排出和物理衰变两个因素作用 减少至原有放射性活度一半所需的时间 放射性活度放射性活度的旧制单位是居里 curie 1居里表示每秒3 7 1010次核衰变 放射性活度 radioactivity 是表示单位时间内发生衰变的原子核数 新的国际制单位是贝可 Bq 1Bq定义为每秒一次衰变 单位换算 1Ci 3 7 1010Bq 37GBq 1000mCi1mCi 3 7 107Bq 37MBq 1000uCi1uCi 3 7 104Bq 37kBq 比活度与放射性浓度 为了表示各种物质中的放射性核素含量 通常还采用比活度及放射性浓度 比活度定义为单位质量或单位摩尔物质中含有的放射性活度 单位是Bq g MBq g MBq mol 放射性浓度定义为单位体积溶液中所含的放射性活度 单位是Bq ml mCi ml等 临床核医学使用放射性浓度较多 射线与物质的相互作用 射线的运动空间充满介质 射线就会与物质发生相互作用 射线的能量不断被物质吸收 这种相互作用亦称射线的物理效应 是我们了解辐射生物效应 屏蔽防护以及放射性检测 核素显像和治疗的基础 带电粒子与物质的作用 电离作用 ionization 入射粒子 作用于原子 1 使轨道电子成为自由电子 2 而原子成为正离子 激发作用 excitation 能量E作用于内层轨道电子 1 使其跃迁到外