实验核医学(第一章)

实验核医学与核药学实验核医学与核药学绪论核医学的概念核医学－原子核科学技术与医学相结合的边缘学科。

实验核医学：利用核素及核射线进行生物医学的理论研究。

临床核医学：利用核素及核射线进行诊断和治疗疾病。核药学－研究核素标记物（药物）的制备、性质、分析及应用。核医学与核药学的发展密不可分，伴随着核技术的发展而发展。核医学百年历史：1896Becquerel从Uranium（铀）发现神秘的“射线”

1897MarieCurie将神秘的“射线”称之为Radioactivity

1898Marie&PierreCurie发现Radium(镭)和Polonium。

1899Rutherford发现铀会发射出和粒子。

1900Villard发现射线。

1901HenriAlexandreDanlos&EugeneBloch利用镭来进行皮肤结核病的治疗。

1911Rutherford提出原子核理论。

1913Soddy提出“isotope”这个名称。

1923GeorgdeHevesy提出“tracer”的概念。

1924GeorgdeHevesy,JAChristiansen&SvenLombolt使用bismuth-214和lead-201进行动物研究。

1925HerrmanBlumgart&OttoYens使用bismuth-214研究人体arm-to-arm循环时间。1928Geiger&Muller(GM)提出测定电离辐射的方法

1932Anderson发现positron。

1932EOLawrence&MSLivingston联台发表论文，开启了人工制造放射性同位素的一个新的里程碑。

1934JFJoliot&JCJoliot描述人造放射活性。

EOLawrence建立第—台回旋加速器用来制造人造放射性同位素。

居里夫妇首次证明可用人工方法制造轻元素的放射性核素。EnricoFermi利用中子产生放射性同位素。

1935O.Chieivitz&Georgdehevesy将标志phosphate的32P注入大白鼠中，证明骨骼中的矿物质成分会再补充。

1937J.G.Hamilton利用Na-24进行首例人体sodiumtransport动态生理学

1937R.Evans等利用128I研究甲状腺生理学。

1938J.Livingood&G.Seaborg发现I-131和Co-60。

1939MartinKamen&SamRuben利用C-14当成trace来进行医学和药物研究。

1940Rockefeller基金会赞助美国第一台专门用来制造生物医学所需放射性同位素的回旋加速器。

1942EnricoFermi在芝加哥大学展示第一个核子反应堆。

1946首度将放射性同位素运送到医院（TheBarnardFreeSkinandCancerHospitalinSt.Louis）。

1946AllenReid&AlbertKeston发现125I（开启后世RIA检查的重要利器之一）。1948Hofstadter开发用于Gammascintillationcounter的

碘化钠晶体。

1948Abbott实验室开始进行放射性核医药物在人体分布情形的研究。固体闪烁计数器出现液体闪烁计数器出现1950Abbott实验室制造第一个商用放射性核医药物131I-humanserumalbumin(RISA)。

1951FDA同意将131I列入甲状腺病人的使用药物当中。这是第一个被FDA核可的核医药1953RobertNewell提出“Nuclearmedicine”这个名称。1954DavidKuhl发明核医造影机photorecordingsystem,此项发明在当时使核仪器超前传统放射线仪器。

RexHuff利用131I标志人血清蛋白来计算心脏搏出量。

GeorgeV.Taplin⑴制造131I-rosebengal，进行胆道造影检查。⑵制造131I-hippuran，进行肾脏造影检查。

WDTucker等人（BrookhavenNationalLaboratory）制造出132I和99mTc发生器，这项伟大的贡献使得核医学的检查可以在全世界各个角落进行。

H.Knippin利用Xe-133进行肺部通气检查。

HalAnger发明闪烁摄影机，使核医扫描由静态步入动态检查。1959SolomonBerson&RiosalynYallow发明利用RIA的方法来测定血清中胰岛素值。1959PickerX-Ray发展第一个3英寸直线扫描机。David1962Kuhl

首先提出emissionreconstructiontomography（该法日后充分的运用在SPECT、PET甚至CT上）1963GeorgeV.Taplin

发展放射性同位素标志白蛋白albuminaggregates观察网状内皮系统所进行的吞噬作用。

Henry.WagetJr.

发展放射性同位素标志白蛋进行肺灌注扫描，籍以诊断肺栓塞。

B.Anseil&BMCook

利用放射性同位素标志colloid进行radiationsynovectomy。

FDA核医顾问公司贩售第一个商用Tc-99m发生器。

PaulHarper&KatherineLathrup

发展Tc-99cm标志特定物质进行脑、甲状腺和肝扫描。1964Amersham

发展第一个RIAkit(125I-insulinkit)商品。1970FDA

宣布将逐年辅导核医药物进入FDA的审查程序，其过程将与目前市面上的一般药物无异1971成立theAmericanBoardofnuclearMedicine。1971AmericanmedicalAssocciation正式将核医学列入专科之一。1972DavidKuhl第一个利用定量方法来计算人脑血流量。1973TheJournalofNuclearmedicineTechnology创刊。1976JohnKeyes发表第一台多用途单头SPECT显像机。1976ronaldJaszezak发表第一台单头SPECT专用显像机。1977开始theNuclearMedicineTechnologyCertificationBoard。1977FDA宣布任何核子医学药物无论使用或是新药使用途径，与目前市面上的一般药物无异都要经过FDA的认证通过才可以使用。1980开始计算机技术广泛使用在核医学与核药学各个领域。

核医学主要技术标记技术示踪技术测量技术核医学工作者的任务吸取核技术的精华，应用于医药学中，发展本学科。推广本学科的应用，最终推动医学现代化的进程。实验核医学与核药学第一章核射线及其与物质的相互作用第一节放射性核素一、基本概念1.原子核－由质子和中子组成。2.原子核能级：核子运动状态不同→原子核不同能量状态－基态、激发态3.核素－凡原子核内质子数、中子数和能量状态均相同的一类原子，称为一种核素。

A－原子质量数（质子数、中子数）Z－原子序数（质子数），可省略4.元素－凡核内质子数相同的一类原子

。5.同位素－质子数相同，中子数不同的一类核素。6.同中子异核素－中子数相同而质子数不同的核素。7.同量异位素－质量数相同而质子数不同的核素。8.稳定性核素与放射性核素：半衰期109年为界；2000多种核素，稳定性核素约280多种；放射性核素中只有60多中寿命很长的天然放射性核素，其余均为人工放射性核素。9.核衰变－一种核素自发地发生核内成分或能态的改变而转变为另一种核素，同时释放出一种或一种以上的射线，这种变化过程称为放射性核衰变。核衰变的发生与中质比有关。10.质量亏损－原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和，这一差值称为原子核的质量亏损。11.衰变能－核衰变中的质量亏损按质能联系定律（E=mc2）转变为能量，称为衰变能。衰变能是放射性核素所产生的核射线的能量来源。12.衰变能的去向：①为α、β-、β+衰变时发射的α、β-、β+粒子提供动能；②为EC衰变时吸引核外电子进入核内提供能量，间接为X射线和俄歇电子提供动能；③为β+衰变时一个电子使质子转化成中子提供能量；④提供能量使衰变的核处于激发态，是γ跃迁的前提。第二节核衰变方式至今，人们已发现的放射性核衰变模式有：⑴α衰变：放出带两个正电荷的氦核。⑵β衰变：包括β-、β+变和电子俘获（EC）。β-衰变：放出电子，同时放出反中微子；β+衰变：放出正电子，同时放出中微子；EC：原子俘获一个核外电子。⑶γ衰变（即γ跃迁）与内转换（IC）属同一类型。γ跃迁：放出波长很短的（往往小于0.1Å）电磁辐射；IC：原子核把激发能直接交给核外电子，使电子离开原子。⑷自发裂变（SF）：原子核自发裂变为两个或几个质量相近的原子核。⑸几种罕见的衰变模式：P放射性：放出质子；重粒子放射性：放出14C，24Ne，24,28Mg核等；β延迟质子发射：β衰变后放出质子；β延迟中子发射：β衰变后放出中子；双β-衰变：同时放出两个电子和两个反微中子核医学中常见的核衰变是α、β-、β+衰变，及常伴随这四种衰变出现的γ跃迁。一、α衰变原子核自发发射α粒子而转变为另一种核素的过程。主要发生在一些重核核素（Z>82）。其衰变结果：原子序数减少2，质量数减少4。如：二、β-衰变放射性核素自发地从核内向外发射β-粒子的衰变。主要发生于中子数相对过多的放射性核素（富中子核素）。核内一个中子转变为一个质子和一个电子，同时产生一个反中微子。衰变能以动能的形式分配给三个生成物－子核、β-粒子和反中微子。其衰变结果：原子序数增加1，质量数不变。

β-粒子的动能是从零到最大值的一个连续能谱。一般所说的β-射线能量指的是最大值，计算时往往用平均能量。三、β+衰变放射性核素自发地从核内向外发射β+粒子的衰变。β+衰变的核素都是人工放射性核素，发生于中子数相对过少的放射性核素（贫中子核素）。核内的一个质子发射一个中微子和一个正电子，并转化为一个中子。其衰变能随机分配到β+粒子和中微子间，其能谱也是连续能谱。其衰变结果：原子序数减少1，质量数不变。四、电子俘获衰变（EC）从核外壳层中俘获一个电子使之与核内的一个质子反应形成中子，同时放出中微子的过程。其发生在贫中子核素。对于原子序数小的放射性核素，β+衰变的发生几率占绝对优势；对于原子序数大的，EC占绝对优势；而中等范围原子序数，各以一定的几率发生。其衰变特点是形成标识X射线和俄歇电子。其衰变结果：原子序数减少1，质量数不变，主要射线来自核外，能量来自核内。五、γ跃迁处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发态跃迁，其能量以γ射线的形式放出，这种现象称为γ跃迁；有时其能量不以γ射线的形式放出，而是交给核外电子，使之有足够的动能发射出去，这一过程称为内转换。统称为γ跃迁。γ跃迁不是一种独立的衰变，而是伴随其它四种衰变出现的。同质异能素：核内中子和质子数完全相同，而能态不同的核素。它们之间的转变过程常称为同质异能跃迁。同质异能素113mIn在113Sn衰变成113In过程中的中间地位64Cu发生多种衰变纲图第三节放射性衰变的基本规律一、指数衰变规律N0：原子核的初始数目Nt：经过t时间后的原子核数目λ：衰变常数－单位时间内原子核发生衰变的几率；是放射性核素的特征性参数，不同的放射性核素有不同的λ值，其单位是1/秒、1/分、1/天、1/年等。二、半衰期和平均寿命1.物理半衰期半衰期：放射性核素衰变其原有核素一半所需时间，用T1/2表示。其单位是：秒、分、小时、天、年等。2.有效半衰期放射性核素进入生物体内，除了核素本身的物理衰变而减少外，还由于生物体的代谢、排泄而减少。有效衰变常数λE＝λ＋λb（代谢排泄衰变常数）3.平均寿命对某种确定的放射性核素，其中有些核素早变，有些晚变，寿命不一样。若在t=t0时，放射性核素的数目为N0，经过t时，核素的数目变为因此，在t→t+dt这段很短时间内，发生衰变的原子核数为-dN=λNdt，这些核的寿命为t，它们的总寿命为λNtdt，则所有核素的总寿命为于是，任一核素的平均寿命为因此，平均寿命为衰变常数的倒数；它比半衰期长一点，是T1/2的1.44倍。设t=τ，代入N=N0e-λt，即得N=N0e-1≈37%N0。可见放射性核素得平均寿命表示：经过这段时间（τ）以后，剩下的核素数目约为原来得37%。衰变常数λ、半衰期T1/2和平均寿命τ都可以作为放射性核素的特征量。每一个放射性核素都有它特有的λ（或T1/2，或τ），没有两个核的λ（或T1/2，或τ）是一样的，因此，λ（或T1/2，或τ）是放射性核素的“手印”。三、放射性活度及其单位衡量放射性样品放射性强弱的指标。放射性活度：单位时间内发生衰变的次数，用A表示。国际单位：贝克勒（Bq）派生单位：kBq、MBq、GBq、TBq1Bq：放射性核素在1秒内发生1次核衰变。常用旧单位：居里（Ci），mCi、μCi1Ci=3.7×1010Bq=37GBq1μCi=3.7×104Bq1Bq=2.703×10-11Bq在实际使用及仪器测量所得数据中还使用的单位有：cpm、cps、dpm、dpscpm：样品通过仪器测量得出的每分钟计数率；cps：样品通过仪器测量得出的每秒计数率；dpm：样品实际的每分钟衰变率；dps：样品实际的每秒衰变率；cpm与dpm的关系由仪器的测量效率(η)得出：1dps=1Bq1μCi=2.22×106dpm按衰变规律，单位时间放射性核素衰变次数必然等于当时放射性核