核医学总论

核医学总论,山西医科大学第一医院 核医学科刘建中,概述,什么是核医学？利用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科，分为实验核医学和临床核医学按专业学位点，核医学属于“影像医学与核医学”临床核医学除显像外还有器官功能测定、核素治疗和体外放射分析,核医学是一个独立的学科同时也是一门综合性医学学科涉及到核物理学、电子学、化学、生物学、计算机技术及医学本身核医学应用范围几乎涉及到各个医学学科和专业现代核医学代表了当今核技术、计算机技术等尖端科技的发展水平核医学融入了现代生命科学研究的重要成果,实验核医学的内容,放射性药物学放射性核素示踪技术核素动力学分析体外放射分析活化分析放射自显影动物PET、SPECT的应用稳定性核素分析,利用核医学的各种原理、技术和方法研究疾病的发生、发展研究机体的病理、生理、生物化学和功能结构的变化提供病情、疗效及予后等信息随着学科发展临床核医学又可细分心血管核医学（核心脏病学）、肿瘤核医学、神经核医学、内分泌核医学治疗核医学及影像核医学,临床核医学的内容,临床核医学,核医学发展简史,序 幕 阶 段 （1895-1935）初 创 阶 段 （1936-1942）初具规模阶段（1946-1960）迅速发展阶段（1961-1975）现代核医学 （1976-至今）,核医学发展-序幕（1895-1934）,发现和开始认识核射线初步应用核射线进行皮肤病，并尝试静脉注射镭治疗各种疾病第一次描述人造放射性，建立第一台回旋加速器用来制造人造放射性同位素指出获得各种人造放射性核素的应用前景,应用131I、32P、198Au和24Na简单的无机化合物形式放射性探测器只有盖革计数管和定标器甲状腺功能测定（128I ）甲状腺疾病治疗（甲亢、甲癌）血液病治疗、腹腔转移瘤治疗锝元素的发现,核医学发展-初创（1935-1945）,核医学发展-奠定基础（1946-1960）,核反应堆投产，生产更多种类和大量的放射性核素，标记技术进步成功制备较复杂的放射性标记化合物井型闪烁计数器、闪烁功能仪和闪烁扫描机问世，实现放射性标本测定和多种脏器功能测定及显像发明放射免疫分析（RIA）技术，开创了标记免疫测定新纪元初步具备了核医学的理论基础、方法手段，拥有颇具特点的临床诊治项目,加速器和发生器（如99mTc发生器）普遍应用r照相机广泛应用体外放射分析已发展到能测定300余种体内微量活性物质临床核医学逐渐成为临床不可缺少的重要学科,核医学发展-规模发展（1961-1975）,核医学发展-现代核医学（1976-）,SPECT、 PET、 SPECT/CT、 PET/CT的应用，实现脏器、组织或病变的定量或半定量测定各种显像剂开发和药盒供应，正电子放射性药物的发展提供脏器或病变的血流、功能、代谢等影像信息在分子影像诊断中具重要的地位，可反映受体、抗原（或抗体）、转运体、酶、基因、DNA、RNA等在疾病情况下的异常表达体外放射分析和核医学治疗也长足发展,核医学主要发展阶段,核医学必备的物质条件,放射性药物 (Radiopharmaceuticals),放射性试剂 (Radioactive Reagent),核医学仪器(Nuclear Medical Instrument),核射线探测仪器-按探测目的分,显像仪器： 扫描机、照相机、SPECT、 PET、 SPECT/CT 、 PET/CT测量仪器：如固体闪烁仪、计数仪、能谱仪、脏器功能测量仪、液体闪烁仪、放射性层析扫描仪、放射性活度计等计量仪器：如电离室、胶片、热释光等辐射计量仪防护仪器： （）辐射仪、放射性表面污染监测仪、放射性报警仪等,核医学显像的主要设备,相机：提供平面的静态或动态影像SPECT：（single photo emission computed tomography）单光子发射计算机断层扫描仪SPECT/CT：SPECT与CT同机融合，解剖图像与功能图像同机融合带符合SPECT：SPECT探测正电子核素-代谢显像PET：（positron emission computed tomography）正电子发射计算机断层扫描仪PET/CT： PET 与CT硬件、软件同机融合，解剖图像与功能、代谢图像同机融合,符合线路SPECT/CT,CTA与心肌灌注融合,SPECT/CT,PET/CT,PET/CT融合,全身扫描：190 cm 扫描长度，从头到脚一次扫描18min不同部位可以设置不同扫描速度,固体闪烁测量仪,由闪烁体、光导、光电倍增管和相关电路和外周屏蔽组成用于射线测量，常用的固体闪烁体有无机晶体（如NaI晶体）、有机闪烁体和塑料闪烁体大致可分为射线探测器和辅助电子仪器两部分,固体闪烁测量仪,-相机的基本结构,ECT的基本结构,ECT的结构,ECT探头剖面图,探头周围铅屏蔽 准直器固定结构准直器孔NaI 晶体光电倍增管,不同类型的准直器,碘化钠（铊）晶体,在Nal中掺入0.1%-0.4%的Tl作为启动剂后，Nal(Tl)在与射线相互作用时就能产生大量光子射线或x射线与Nal(Tl)晶体通过光电效应、康普顿效应、电子对效应发生相互作用，以此通过电离或激发将Nal分子提高到激发状态Nal分子从激发态回到基态时，发射出光子。每1keV能量产生约20-30个光子。,光电倍增管（PMT）,光电倍增管（PMT）,光阴极：接收光子并转换成光电子的电极聚焦电极和打拿极：光电子经聚焦后到打拿极倍增（3-6倍），经过10个打拿极的连续倍增最终到达阳极的电子总数可增加105-108倍,由19只PMT组成的X、Y位置电路,PET/CT的发展历史,1953年 正电子探测脑肿瘤1963年 发射断层1973年 Hounsfield发明CT1976年 PET用于临床1991年 螺旋CT问世1995年 Townsend研制PET/CT, NCI Grant2000年 PET/CT在北美放射学会问世2001年 PET/CT用于临床2002年 LSO PET/CT UPMC,First Installation in Zurich March 2001,Discovery LS,PET/CT,正电子衰变示意图,符合探测示意图,CT与PET比较,What is PET？,Isotope production CYCLOTRONSTracer production CHEMISTRY SYSTEMSImaging SCANNER,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,放射性核素显像概论,核医学显像是显示显像剂（放射性核素标记的放射性药物）在体内的分布特性：特异性或非特异性地浓聚于特定的脏器组织或病变组织显示某一系统、脏器和组织的形态、功能、代谢的变化，达到对疾病进行定位、定性、定量诊断的目的近年来提出分子影像的概念,核医学显像的概念,是功能性显像是把放射性核素示踪剂引入体内，射线由体内发射，用显像仪器探查放射性核素在靶器官或组织内动态和/或静态分布状况或浓度差放射性核素显像是以脏器、组织和病变内外放射性浓度差为基础显像剂聚集的多少与细胞功能、数量、代谢率和排泄引流等有关,显像的原理,显像的特点,显示脏器、组织和病变的位置、形态、大小等解剖结构，同时提供血流、功能、代谢和引流等方面的信息具有多种动态显像和定量、半定量方式，给出很多功能参数放射性核素显像多因脏器、组织或病变特异性聚集某一种显像剂而显影，常具有较高的特异性缺点是：分辨率较差（放射性统计涨落和计数率低、采集矩阵小所致）,核医学分子影像的特点,分子靶向或靶向分子而不是靶向器官或组织放射性核素标记物是病变标志物或其配基类似物靶分子是病理生理情况下存在的分子：受体、抗原、转运体、酶、基因、DNA、RNA等在疾病情况下的异常表达,例如：受体显像的特点,受体的体内含量极低，常规CT、MRI无法达到诊断目的，最近功能性MRI （f MRI ）的试验阶段在内皮细胞生长、生长激素等受体成像中取得了一些进展（可达10-6 mol ）。 体内酶浓度为10-310-9 mol 受体为10-610-15 mol 一些挥发物如气味分子只有10-20 mol PET是目前唯一可以在活体显示到如此低的浓度的影像技术,不同设备产生影像信号所需浓度,核医学显像的主要设备,SPECT：（single photo emission computed tomography）单光子发射计算机断层扫描仪PET：（positron emission computed tomography）正电子发射计算机断层扫描仪PET/CT： PET 与CT硬件、软件同机融合，解剖图像与功能图像同机融合,放射性核素显像与XCT的不同,ECT和XCT都是利用射线（和）成像的技术与XCT不同，功能性显像是把放射性核素示踪剂引入体内，用显像仪器探查核素在靶器官内的动态和/或静态分布状况或浓度差这些示踪剂具有一定的生理生化特征，借以了解人体器官的功能和生理生化方面的变化,放射性核素显像与XCT的不同,绝大多数疾病在病程的早期仅有功能（包括血流、功能、代谢和受体等）的改变有的疾病经治疗后结构上的变化恢复正常，但功能上的损伤仍然存在，此时CT和MRI常阴性，而功能性显像具有独特优势，特别是早期诊断提供重要的信息许多情况下功能性显像对疾病的诊断更具特异性,现代医学影像学的成像原理,放射性核素显像的类型,静态显像和动态显像局部显像和全身显像平面显像和断层显像早期显像和延迟显像阳性显像和阴性显像静息显像和介入显像（负荷显像）门控显像、电影显示二维显示、三维显示、四维显示,放射性药物,是指药物的本身含有放射性核素，用于人体疾病的诊断与治疗的特殊药物。放射性药物还可称为放射性示踪剂，其中用于核医学显像的又称为显像剂可以是放射性核素本身：如131I、99mTc、201T1等但绝大多数放射性药物是由放射性核素和被标记的化合物组成，如骨显像剂99mTc-MDP,毒性 放射性药物的毒性包括两方面，一是被标记药物的毒性另一个是辐射安全性被标记药物的一次性使用量极微（微克或毫克水平），化学毒性极微辐射安全性问题的评价指标为医用内照射量。在使用放射性药物时，其估算MIRD值须符合国家有关法规的规定。,放射性药物,常用SPECT显像剂及用途,常用PET显像剂及用途,医用放射性核素的来源,医用回旋加速器：将高能带电粒子在高能电磁场中加速后，轰击金属靶，产物通过化学分离。如11C、13N、15O、18F、 67a、 123I、201Tl等核反应准：是医用放射性核素的主要来源。以235U和239Pu为核燃料，在核裂变过程中产生的中子来轰击靶物，产物经过化学分离和提纯后，即可生产出医用放射性核素：3H、11C、32P、51Cr、99Mo、l25I、131I、153Sm等,医用放射性核素的来源,裂变产物提取： 99Mo、131I 、133Xe发生器：以长半衰期核素为母体，经衰变后分离出短半衰期子体核素的产物，核素发生器就是一种从放射性核素母-子体系中周期性地分离出放射性子体的装置。近年来已达20余种，其中用量最大的是99钼-99m锝(99Mo-99mTc)发生器,99Mo-99mTc发生器,99mTc,99Mo：半减期为2.76d（66.7h）99mTc：适合的半减期（ 6.02h ）发射单一能量光子，能量为140KeV（100-300KeV最适合显像）能标记多种化合物-“万能核素”淋洗液中为+7价，还原为+3、+4、+5价后变得活泼-“活泼金属”是显像最常用的核素,131I及其同