第一章-核物理基础1.ppt

1、核物理基础，基本概念元素(Element )核素(Isotope )同位素(Isomer )核不稳定性和崩溃方式背景，元素(Element ) :具有相同核电荷数的同类原子的总称。 只要原子具有相同的原子序号，这种原子的化学性质几乎相同。 核物理的基础、核物理的基础、核素(Nuclide )具有一定的原子序数和质量数的原子被称为一种核素。 例如，1H、2H、3H、12C和198Au表示不同的核素。 zAX，其中x表示化学符号，a表示核的质量数，z原子编号。 核物理的基础、同位素(Isotope )核内的质子数相同而中子数不同的核素称为同位素。 例如，1H、2H、3H相互称为同位素。 核物理的基

2、础，同质异能素(Isomer )具有相同的核内中子数和质子数，处于不同原子态的核素是同质异能素。 例如，99m43Tc和9943Tc两者的能级不同，前者处于激发态，后者处于基态。 其中，上角所示的m表示核素处于激发态。 核素的分类和自发的原子能状态的变化，伴随着放射线的发射。 稳定性核素：原子核稳定，不衰变的核素质子和中子的数量一直不变。 不稳定核素(放射性核素):原子核处于不稳定状态，通过核内结构和能级调整而走向稳定的核素，自发地向其他原子核、核物理的基础、核的不稳定性和衰变方式、衰变(Alphadecay )、138n88p、136n86p、2n2p， Ra镭，226，88，Rn氡，222

3、，86，zAX，Z-2A-4X 24He Q，粒子质量大，带电荷，射程短c、14、6、n、14、7、核物理基础、-、中子质子-高速运动的电子流-粒子透射力不强，多用于厘米水平治疗，正电子()衰变，5n6p、6n5p、c、11、6、b、11、5、核物理的基础，发射正电子的衰变正电子产生消灭放射线，用于PET图像，捕获核外轨道电子，把核内质子变成一个中子，把与放出一个中子的过程轨道的能量差变成特征性的x射线放出，或向更外侧的轨道传递电子，离开轨道放出的电子78n53p，77n54p，I，131，53，Xe氙，131，54，-，核物理的基础，原子核从激发态恢复到基态，光子放出过剩的能量。 光子没有电

4、荷，运动速度快，透射力强，局部组织作用弱，适合体外显影、衰变规律，放射性活性用单位时间内的核衰变数表示(a )。 单位：贝克勒尔(Becquerel，Bq )，1Bq表示放射性核素在1秒内核衰变。 原单位为居里(Ci )，1Ci=3.71010BqKBqMBqmCiuCiA=N，衰变常数表示单位时间内衰变核数占当时放射性数的比率。 0.02/s=2%/s表示一秒钟内有2%的核衰变。 半衰期(半衰期)、物理半衰期(T1/2) :放射性活性度半减所需的时间。 半衰期(halflife )、生物半衰期(bioloicalhalflife，Tb ) :在生物代谢过程中该元素在该系统中减半所需要的时间。

5、 半衰期(halflife )、有效半衰期(effectivehalflife，Te ) :放射性核素的活性度在放射性衰变和生化代谢过程的共同作用下减少到原来的一半所需要的时间。 在它们之间，物理半衰期T1/2生物半衰期Tb有效半衰期Te，放射线和物质的相互作用，电子和物质的相互作用1 .电离和激发2 .散射3 .固件辐射4 .消灭辐射：正电子衰变产生的正电子具有一定的动能在介质中运行一定的距离，其能量耗尽时x、辐射与物质的相互作用1 .光电效应2 .康普顿效应3 .电子对的生成、核药学的基础、放射性药物放射性药物的特征放射性核素生产方式中常用的放射性药物种类、放射性药物Radiopharma

6、ceutical， 药物分子内含有放射性核素的化学制剂或生物制剂具有在放射性药物放射性核素显影和治疗时利用放射线进行检测及其被称为放射作用的一般药物所具有的特性，生物学性能分布在体内达到靶向作用，可以选择性地聚集在病变组织中。 放射性药物的特征，1因为放射性药物具有放射性，所以具有特定的核物理，例如物理半衰期、核放射化学，例如放射化学纯度等特征。 2载体量少，标记的载体，如化学物质、药物、抗体等量少，但决定了该放射性药物的生理、化学特性。 放射性核素的生产方式、医用放射性核素都是通过人工核反应制造的简单化合物，通常是反应堆(Reactor):131I、99Mo加速器(Accelerator):

7、201Tl从裂变产物中提取，放射性核素发生器(Generator )淋浴：99mTc 反应堆、回旋加速器、发生器(母牛)、放射性药物的聚集取决于观察部位的血流、细胞功能、细胞数量、代谢和排泄引流的情况。 不仅是反应形态的变化，提供器官和器官的血流、功能、代谢、受体等信息也很重要，被称为分子核医学。 有助于疾病的早期诊断。 放射性核素图像特征、理想的生物学特性定位性能生物半列期光子(100-300kev )，透射力强，器械容易在体外检测的光子功率密度低，对生物电离辐射小的99mTc:140kev，T1/26.02h，诊断用放射性药物具备的条件， 理想的核物理性能辐射的种类：透射能： 100300

8、keV为理想的物理半衰期：容易标记数小时，基于以上条件临床上广泛使用的是99mTc， 诊断用放射性药物具备的条件常用的放射性药物种类是99mTc-ECD脑显像99mTc-MDP骨显像99mTc-MIBI心肌显像201Tl肾小球率过肾影像99mTc-DMSA肾小球率过肾影像99mTc(V ) -DMSA软组织肿瘤显像99mTc-RBC血池显像99mTc-MAA肺灌注显像99mTc-SC肝、脾、骨髓、淋巴系显像，理想的核物理性能半衰期长-粒子具有理想的生物学性能定位性能排泄、治疗用放射性药物具备的条件， 载体定位机制1 .特异性基质同位素化合物Na131I代谢性与18F-FDG酶抑制剂或酶基质神经

9、介质或受体结合的生物化学物质抗原抗体特异性结合2，非特异性基质通道，灌流和生物分布区的扩散和外部泄漏特殊价物质化学吸附微血管栓塞和排泄阻断和排除，放射性核素的安全防护，临床核医学使用的放射性核素直接在职场环境中工作人员有可能暴露在工作环境的放射线中，放射性核素也有可能因污染侵入体内，受到放射线的内部照射。 因此，放射性核素的安全防护的基本要求是，一方面防止放射线的外部照射，另一方面，避免放射性核素误入体内引起放射线的内部照射。 放射性核素的安全防护、外照射防护、外照射防护措施、照射量(x )与放射源的活性度(a )、照射时间(t )成正比，与照射距离(r )的平方成反比。 式中是放射性核素的照

10、射率常数、外照射三大防护措施，采用屏蔽，缩短操作时间，增加操作距离，设置屏蔽，设置一定厚度的屏蔽，减少机体从放射性物质放射的能量，称为屏蔽。 不同的放射线必须选择不同密度的物质作为屏蔽材料，并具有一定的厚度。 时间防护，人照射的累积剂量与照射时间成正比。 所以所有操作都要求熟练、迅速、准确。距离防护、照射量(x )与距辐射源的距离的平方成反比关系。 离放射线源的距离加倍，照射量减少到原来的四分之一。 因此，在实际工作中，经常用长柄的夹具、机器人手来操作。 内部照射防护措施、内部照射防护措施的重点是防止放射性物质吃、吸、通过损伤的皮肤和粘膜进入体内。 在正确使用原则1、合法性判断2、优化分析3、

11、确保显影和治疗效果的基础上，放射性剂量尽可能小： (1)在诊断检查时尽量采用先进的测量和显影设备。 (2)采用必要的保护。 (3)对儿童、孕妇、哺乳女性、育龄女性应用放射性药物必须严格考虑。 儿童原则育龄妇女的原则放射性药物与其他药物的相互作用不良反应、核医学影像设备的概要、核医学诊疗、防护所需的各种放射性物质和放射线检测设备，主要由放射线检测器、电子测量装置和计算机等组成。 常用设备的各种放射性探测设备、显影设备、剂量计和防护用设备等。 历史盖革米勒的反相机发射型计算机断层摄影装置(ECT)ECT CT， 核医学摄影装置nmimaginstruments相机Gammacamera (光子激发

12、氟化钠结晶分子产生荧光)单光子发射计算机断层(SPECT ) singphotonemitseconpututedtomography (相机和计算机) 正电子发射计算机断层(pet)positronemissongomography电子准直：利用消灭辐射的辐射和两个对置探针测量限制辐射的技术PET/CT，第一节闪烁检测器scintillationdetector，结构和原理nai (photomultiplier(PMT )、pre-amplitude是一种能量转换器，将检测出的放射线能量转换成可记录的电脉冲信号，闪烁荧光photoelectriceffect电子数倍增电子流(电位下降)入射

13、光子将闪烁事件应用于、等各种组织样品和体外分析样品的放射性测定，Anger于1957年开发了第一台相机，被称为Anger相机，1963年在日内瓦原子能和平会议上展出。 它克服了顺序扫描印刷的不足，使核医学显像面向现代化阶段，(1)结构和原理构成：探针、机架、电子电路、计算机、显示系统装置的原理：光子在电子电路上分析而形成脉冲信号，在计算机中收集、处理， 最后以不同的灰度和灰度显示二维器官的显影和放射性分布(2)应用各种器官的静态显影，迅速连续动态显影，带特殊装置的全身显影，第二节显影器，一、相机，二、SPECT，davidkuhl是1959年双探头扫描仪完整、以SPECT和PET为核医学显影主

14、要方法的单光子计算机发射断层图像测量仪singlepthotonemissioncomputedtomography，(1)结构和原理构成：高性能相机支架旋转的机械部分、断层床， 追加了图像重建软件原理：探测器以受试者和部位为中心旋转180和360周，从多角度、多方位收集一系列平面投影图像，通过计算机图像处理系统的重构获得了横截面、冠状面和矢状面的图像。 目前发展为双探测器、三探测器，增加了新的功能(2)各种器官动态断层图像和全身图像作为核医学应用最广泛的显影器，符合线SPECT，GEHawkEye，是在正电子湮没放射线(annihayerationradiation )时发生的两个能量分别为

15、511keV的光子瞬间朝向两个相互或被多个探测器探测，进行符号探测阳电子像。多探测器接收到的电子准确度符合窗口时间、一、结构和原理，主要符合可变角双或三探测器SPECT系统，线路探测技术和衰减校正装置，可进行正电子显影，二、SPECT功能和半衰期长的正电子符合探测断层的显影， 电子的准确性是指消灭辐射和利用两个相对探测器限制辐射的技术图像融合不同的图像(SPECT、PET、CT、MRI )之间的空间定位和耦合。 利用各种成像方式的特点，为不同影像提供互补的信息，提高图像质量，为临床诊断和治疗定位观察提供有效的方法。 SPECT配置了高能准直器的单光子检测方式。 主要用于心肌锝99mTc-MIB

16、I心肌血流灌注和氟18F-FDG心肌代谢断层图像。 SPECT配置1英寸晶体，技术1英寸厚碘化钠晶体的特殊切割槽，在最大限度提高高能量灵敏度中，将低能量检测的散射作用降到最小限度，1英寸的切割晶体符合线SPECT18F-FDG图像(冠状面)， 1英寸切断结晶符合线SPECT99mTc-MDP全身骨图像，上位、下位、肺部肿物、SPECT/CT同时提供功能血流灌注、代谢图像和解剖形态结构图像，为临床提供科学诊断依据，三、PET， 发射正电子放射性核素在体内消失的放射线产生的两个能量相同，方向相反的511keV光子同时入射到相互包围180个人体的多个传感器上并被接收，可以将这些光子对以不同的角度进行

17、分组，得到放射性核素分布的不同角度的投影。 常用放射正电子核素主要为18F、碳11C、氧15O、氮13N、嗅76Br等。- d、d、(1)结构和原理PET主要由检测系统结晶、电子准直、线路和飞行技术、计算机数据处理系统、图像显示和断层床等组成。 正电子发射计算机断层扫描机(positronemissiontomography，(二)应用动静态断层扫描、定量分析，是肿瘤、神经和心血管疾病诊断和临床医学研究应用的重要设备。 目前最先进的PET是探针多环型、模块和3D结构。 探针晶体除经典的锗酸铋(BGO )外，已经发表了与硅酸镨(LSO )硅酸钆(GSO )混合型晶体，如LYSO。 近年来，PET和CT出现了一个显影装置，称为PET/CT，PET/CT以PET特性为主，同时将PET图像重叠在CT图像上，PET图像更直观，解剖定位更准确。 女性患者，50yr，非霍奇金病8年。 由于CT (上) :左腋窝腺病PET-FDG (中) :CT，病变部位明显局部性异常FDG摄取增高的PET/CT (下) :病变组织的功能代谢状况和定位明确，功能测定器、甲状腺功能测定器肾图计、第三节功能测定器、功能测定器包括一个或多个探针放射线的检测原理参见上述闪烁检测器。