簡介:實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)EXPERIMENTALNUCLEARMEDICINEANDNUCLEARPHARMACY,,緒論,一、定義與內(nèi)容一核醫(yī)學(xué)定義研究核技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用及其理論的科學(xué)稱之。二核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容包括實驗核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)、臨床核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)三部分三實驗核醫(yī)學(xué)的定義研究核技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實驗應(yīng)用及其理論的科學(xué)或在實驗醫(yī)學(xué)中應(yīng)用核技術(shù)的科學(xué)就叫實驗核醫(yī)學(xué)。四核藥學(xué)的定義研究核素標(biāo)記藥物的制備、理化特性及其在人體內(nèi)的生理、病理過程,為實驗和臨床核醫(yī)學(xué)提供各種診斷和治療的放射性藥物或穩(wěn)定核素標(biāo)記化合物稱之。,核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容,實驗核醫(yī)學(xué)(基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué))1核電子學(xué)2標(biāo)記化合物3示蹤技術(shù)4電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護(hù)臨床核醫(yī)學(xué)1診斷2治療,二、實驗核醫(yī)學(xué)的特點,一兼容性好;二方法學(xué)多;三應(yīng)用面廣;四探索度深;五綜合性強(qiáng)。,三、發(fā)展與動向,實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)是一門新興學(xué)科,與其他學(xué)科一樣,有其自身的發(fā)生和發(fā)展歷史。1896年,貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性鈾,1898年,居里夫人發(fā)現(xiàn)天然放射性鐳RA226,此后在很短時間內(nèi),核物理學(xué)家和放射化學(xué)家很快陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量的天然放射性核素,直到1934年小居里夫婦首次證明用天然的Α粒子轟擊輕元素鋁箔產(chǎn)生人工放射性核素,1942年核反應(yīng)堆的誕生以及后來加速器的問世,解決了人工放射性核素的大量生產(chǎn),還有核儀器的研制與應(yīng)用,從而使人類逐漸認(rèn)識和應(yīng)用放射性核素及核技術(shù),具體表現(xiàn)在以下幾個方面,一示蹤技術(shù)的發(fā)展,著名核醫(yī)學(xué)家WAGNER教授認(rèn)為“核醫(yī)學(xué)是將示蹤原理應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)及生物醫(yī)學(xué)研究的一門分支學(xué)科”。由此看來,示蹤技術(shù)在核醫(yī)學(xué)中所占的地位多么重要。實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)的先驅(qū)者HEVESY早在1923年就開始了示蹤實驗。30年代初期到40年代中期是用穩(wěn)定核素開展大量示蹤研究的活躍時期。在這15年時間內(nèi),大量研究工作者把醫(yī)學(xué)理論研究從靜態(tài)觀察為主推向動態(tài)觀察為主,使人們對生命現(xiàn)象的認(rèn)識明顯地前進(jìn)了一大步。在示蹤研究中,一開始使用天然放射性核素,然后用穩(wěn)定性核素,最后用人工放射性核素。由于HEVESY的劃時代貢獻(xiàn),1943年,他獲得了諾貝爾獎?,F(xiàn)在示蹤技術(shù)越來越引起醫(yī)學(xué)界的重視和廣泛應(yīng)用,幾乎滲透到所有醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科及臨床學(xué)科。目前示蹤技術(shù)已發(fā)現(xiàn)到從體內(nèi)到體外,從整體到局部,從組織到細(xì)胞,從細(xì)胞到分子,從定性到定量再到定位,從靜態(tài)到動態(tài),從平面到斷層等,這些都反應(yīng)了示蹤技術(shù)的重要性。可以這樣說,在實驗核醫(yī)學(xué)中,凡是重要的研究成果都離不開示蹤技術(shù)。,二核醫(yī)學(xué)實驗儀器的發(fā)展,如多功能的Γ能譜儀,匹配計算機(jī)的Γ放射免疫測量儀,由50管到200管或更多管,自動測量、自動換樣、自動數(shù)據(jù)處理,打出標(biāo)準(zhǔn)曲線及結(jié)果。又如液體閃爍測量儀能測能量較低的軟Β射線3H、14C,匹配計算機(jī),也是會自動的,使用方便、科學(xué)。還如核磁共振儀NMR、活化分析儀、化學(xué)發(fā)光儀等都是核醫(yī)學(xué)實驗中使用的現(xiàn)代化儀器,這些儀器在國外比較普及,國內(nèi)一些大中型醫(yī)院或?qū)嶒炇乙惨褢?yīng)用。,三標(biāo)記化合物及放射性藥物的發(fā)展,核醫(yī)學(xué)實驗,標(biāo)記化合物及放射性藥物或放射性試劑是重要的先決條件之一,它們的制備已經(jīng)向深度和廣度發(fā)展,深度就是質(zhì)量,廣度就是種類和數(shù)量。這主要是標(biāo)記技術(shù)的提高。近年來由于這方面專家的努力,在一些活性物質(zhì)及細(xì)胞方面的標(biāo)記獲得了重大進(jìn)展和成功,如WBC、RBC、BPC及單克隆抗體等的標(biāo)記。,四人才培養(yǎng)及技術(shù)力量的組織,鑒于核醫(yī)學(xué)是一門多學(xué)科的綜合性專業(yè),它與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、生理、生化、病理、微生物、免疫、藥理等基礎(chǔ)學(xué)科的關(guān)系比任何醫(yī)學(xué)專業(yè)都更密切。因而國外各類專家都把核醫(yī)學(xué)作為大顯伸手的領(lǐng)域。所以國外一些高水平的實驗室能夠做出創(chuàng)造性的工作,主要是他們把醫(yī)學(xué)、生物、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等各方面知識綜合于核醫(yī)學(xué),上述人員共同研究、共同攻關(guān),設(shè)備昂貴的儀器由政府資助,各個研究項目,首先考慮是應(yīng)用核醫(yī)學(xué)技術(shù)。五我國實驗核醫(yī)學(xué)情況,四、學(xué)習(xí)要求,,第一章,核射線及其與物質(zhì)的相互作用,(一)核外電子,(一)中性原子(二)核外電子的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道(三)核外電子的能級,,二、原子核,(一)核能態(tài)1、定態(tài)電子在軌道上運(yùn)行既不放出不吸收能量的狀態(tài);2、基態(tài)能量最低的定態(tài)稱之;3、激發(fā)態(tài)能量最高的定態(tài)稱之。,,(二)幾個概念1、核素凡原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)和能量狀態(tài)均相同的一類原子,統(tǒng)稱為核素。2、同位素凡核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同原子序數(shù)相同,而中子數(shù)N不同的一類原子,彼此互稱同位素,1H、2H、3H。3、同質(zhì)異能素核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均相同,但所處能量狀態(tài)不同的核素。如99TC與99MTC。,,4、穩(wěn)定性核素與放射性核素(1)穩(wěn)定性核素(2)放射性核素(3)放射性核素的原子核為什么不穩(wěn)定1、核子總數(shù)過多(>83),主要發(fā)生Α衰變;2、中子質(zhì)子比例不平衡,主要發(fā)生Β衰變;3、核子間的平均結(jié)合能小。,§2核衰變方式,一、Α衰變ALPHADECAY二、Β衰變BETADECAY三、Γ躍遷ΓTRANSITION,Α衰變ALPHADECAY,核衰變時放射出Α粒子的衰變。變化通式AZX→A4Z2Y42HEQ22688RA鐳衰變式22688RA→22286RN42HE486MEV,,,,Γ,,?4HE,Β衰變,核衰變時放射出Β粒子或俘獲軌道電子的衰變Β衰變后核素的原子序數(shù)可增加或減少,但質(zhì)量數(shù)不變。分Β-衰變(核內(nèi)中子過多)、Β+衰變(核內(nèi)中子過少)和電子俘獲三種類型。Β粒子的速度為20萬KM/S。,Β衰變BETADECAY,一Β衰變衰變時放射出Β-粒子。核內(nèi)中子過多造成的不平衡。中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子的過程。變化通式及3315P磷衰變式如下AZX→AZ1YΒQ是反中微子3215P→3216S01E1711MEV,,,,,Β-,Γ,N?PE,Β-粒子特性,Β-粒子實質(zhì)是負(fù)電子;衰變后質(zhì)量數(shù)不變,原子序數(shù)加1。Β-粒子的能量分布從0~最大具有連續(xù)能譜,穿透力比A粒子大;電離能量比A粒子弱,能被鋁和有機(jī)玻璃吸收。,Β衰變BETADECAY,二Β衰變變化通式及137N氮衰變式如下AZX→AZ1YΒΥQΥ是中微子137N→136CΒΥ1190MEV,,,,,Β+,Γ,PNE,,Β+粒子的特性,Β+粒子實質(zhì)是正電子;衰變后子核質(zhì)量數(shù)不變,但質(zhì)子數(shù)減1;Β+也為連續(xù)能譜;天然核素不發(fā)生Β+衰變,只有人工核素才發(fā)生。,Β衰變BETADECAY,電子俘獲ELECTRONCAPTUREDECAY,EC核衰變時俘獲一個軌道電子。它是核內(nèi)中子數(shù)相對不足所致。從內(nèi)層軌道(K)俘獲一個電子,使核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為一個中子。變化通式AZXE→AZ1YΥQ12553I碘衰變式12553IE→12552TE碲Υ00355MEV。,Γ躍遷ΓTRANSITION,一同質(zhì)異能躍遷ISOMERICTRANSITION變化通式及99M43TC锝衰變式如下AMZX→AZYΓ4942MO→99M43TC→9943TCΓ二內(nèi)轉(zhuǎn)換INTERNALCONVERSION以上幾種衰變圖及模式圖如下圖,Γ射線特性,Γ射線為光子流,不帶電,穿透力強(qiáng),電離能力弱;Γ射線在真空中速度為30萬KM/S。,,§3核衰變規(guī)律,作為放射性原子核的個體,其衰變是獨立的隨機(jī)事件,相互間沒有制約,衰變先后沒有規(guī)定的次序,也不是同時發(fā)生衰變。表面看似乎雜亂無章,毫無規(guī)律可言。但是,作為有很多個核組成的放射性物質(zhì)而言,核衰變卻表現(xiàn)為具有一定的規(guī)律性對一定量的放射性物質(zhì)測其計數(shù)率N,發(fā)現(xiàn)N的數(shù)值隨時間的延長而逐漸減少。,,精確的實驗證明,在時間間隔為T到T十△T內(nèi),衰變的原子核數(shù)目△N是和△T及在該時刻尚未衰變的總核數(shù)N成正比,即△N∝N△T,寫成等式DN∕NΛN式中Λ是比例常數(shù),稱為衰變常數(shù)(DECAYCONSTANT),符號右側(cè)的負(fù)號表示N值隨T增加而減少,即△N是負(fù)的(衰變掉的)。若時間間隔極微小,用DT表示,上式可寫成微分式DN∕DTΛNDN∕NΛN經(jīng)積分與代入演變得NTN0EΛT這就是放射性衰變公式。它指出,N值按時間的指數(shù)函數(shù)而衰減。,二、半衰期,一物理半衰期T1/2放射性核由于衰變,其原子核數(shù)目或活度減少到原來一半所需的時間,用T1/2表示(二)生物半衰期TB由于生物機(jī)體的代謝(三)有效半衰期TE由于放射性核素自身衰變及生物機(jī)體代謝的共同作用三者的關(guān)系可用下式表示TE(T1/2TB)/(T1/2TB),三、放射性活度及其單位,一放射性活度(RADIATIVITY)指樣品在單位時間內(nèi)的衰變次數(shù)。ADN/DT根據(jù)核衰變規(guī)律公式及放射性活度定義A與N成正比關(guān)系可寫成下式ATAOEΛTAOE0693T/T1/2,,二放射性活度單位在國際單位制SI中,專名是貝可勒爾BEQUERAL,簡稱貝可,符號是BQ單位是秒1S1其派生單位有KBQ千BQMBQ兆BQ、GBQ吉咖BQ和TBQ大拉BQ1TBQ103GBQ106MBQ109KBQ舊的專用單位是居里,符號CI,1CI371010DPS2221012DPMCI的常用派生單位是MCI,ΜCI新舊單位換算如下1CI371010BQ37GBQ1MCI37107BQ37MBQ1ΜCI37104BQ37KBQ1BQ271011CI,,四、放射性比活度定義單位質(zhì)量的固體或單位體積的液體放射性物質(zhì)的放射性活度單位MBQ/MG、GBQ/MG、TBQ/G或MBQ/MMOL、GBQ/MMOL、MBQ/ML舊單位是MCI/G、ΜCI/G或MCI/ML,,五、連續(xù)衰變當(dāng)衰變后的子體核素也為放射性核素時,子體核素也會發(fā)生繼續(xù)衰變,直至變成穩(wěn)定性核素,六、衰變公式的應(yīng)用,例題1,某實驗室有某年9月27日出廠的NA131I溶液,其放射性濃度為3182MBQ/ML,當(dāng)年10月14日使用時,其放射性濃度是多少現(xiàn)要吸取370MBQ該溶液,需吸取多少M(fèi)L解①已知AO3182MBQ131I的T1/2804D,T17D先算T/T1/217/804≈211查通用放射性衰變表P8得EΛT0232代入衰變公式AAOEΛT3182023273815MBQ/ML②370÷73815≈05ML答①此時濃度是73815MBQ/ML;②需吸05ML。,例題23H正十六烷標(biāo)準(zhǔn)源,產(chǎn)品說明書介紹是1997年11月,測得的比活度為160MBQ/G,取用時間為1999年11月,問①取用時的比活度是多少②相當(dāng)于每ML多少DPM室溫18°3H正十六烷溶點18℃時,密度為0775G/ML解①已知AO16MBQ/MLT2Y3HT1/21233Y方法一T/T1/22÷123301622查通用放射性核素衰變表得EΛT0895代入衰變公式AAOEΛT1608951432MBQ/G方法二AAOEΛTAOE0693T/T1/2160X0693/12332160E01124查EX指數(shù)表或用EX指數(shù)功能計數(shù)器求E0112408937代入上面衰變公式A16008937143MBQ/G解②已知3H正十六烷溶點18℃時,密度為0775G/ML∴1G相當(dāng)于1/0775129ML∵1MBQ1106DPS60106DPM每秒計數(shù)換成每分計數(shù)根據(jù)①所得結(jié)果的比活度是143MBQ/G∴143MBQ14360106/129665107DPM/ML答①取用時的比活度是143MBQ/G;②相當(dāng)于每ML665107DPM,,§4核射線與物質(zhì)的相互作用,一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用(一)電離與激發(fā)IONIZATIONANDEXCITATION(二)彈性散射(三)韌致輻射(四)契侖可夫輻射(五)湮沒輻射(六)射程,,一電離與激發(fā)IONIZATIONANDEXCITATION1電離指帶電粒子使物質(zhì)中的中性原子變成離子對過程。2激發(fā)如果核外電子所獲動能不足以使之成為自由電子,只是從內(nèi)層躍遷到外層,從低能級躍遷到高能層稱之。3電離密度單位路徑上形成的離子對的數(shù)目。它表示的是射線電離作用強(qiáng)弱的量。Α>Β>Γ。,,(二)彈性散射帶電粒子通過物質(zhì)時因受原子核庫侖電場作用而改變本身運(yùn)動方向,但帶電粒子與原子核在相互作用前后總動能保持不變,這一過程稱為彈性散射或彈性碰撞。,(三)韌致輻射,帶電粒子還可與原子核發(fā)生非彈性碰撞。高速運(yùn)動的帶電粒子經(jīng)過原子核附近時,受到原子核庫侖場作用而急劇減速,其部分或全部動能可轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的電磁輻射,稱為韌致輻射(BREMSSTRAHLUNG)。韌致輻射的發(fā)生機(jī)率,與帶電粒子質(zhì)量的平方成反比,與帶電粒子的能量成正比.與所通過的物質(zhì)的原子序數(shù)的平方呈正比??梢夾粒子的韌致輻射可忽略不計(與帶電粒子質(zhì)量的平方呈反比),高能Β射線的韌致輻射效應(yīng)顯著(與入射粒子的能量呈正比),并且對放射性核素按其來源可分為天然和人工兩大類。但其中天然放射性核素種類僅數(shù)十種。致輻射的防護(hù)宜采用原子序數(shù)低(與物質(zhì)原子序數(shù)的平方呈正比)的屏蔽材料(如有機(jī)玻璃、鋁)。,(四)契侖可夫輻射,高能電子通過折射率較大(N>1)的透明介質(zhì)時,若其速度大于光在該介質(zhì)中的相速度,在粒子經(jīng)過之處,將沿一定方向發(fā)出接近紫外線波長范圍的微弱可見光。這種輻射稱為契侖可夫輻射(CERENKOVRADIATION)。契侖可夫輻射具有連續(xù)光譜,輻射強(qiáng)度與帶電粒子靜止質(zhì)量無關(guān),而僅取決于粒子的電荷及速度。生物醫(yī)學(xué)中常利用契侖可夫輻射測量中、高能Β射線(如32P)。,(五)湮沒輻射,Β粒子通過物質(zhì)時,其動能完全消失后,可與物質(zhì)中的自由電子相結(jié)合而轉(zhuǎn)化為一對發(fā)射方向相反、能量各為05LLMEV的Γ光子。這種現(xiàn)象稱為湮沒輻射(ANHIHILATIOHRALLLATION)。正電子斷層掃描(PET)就是通過測定正電子發(fā)射體湮沒輻射所產(chǎn)生的一對Γ光子,從而將核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)發(fā)展到新的高度。,,六射程射線從入射到完全消失所經(jīng)過的直線距離射程Α<Β<Γ,帶電粒子與物質(zhì)相互作用(激發(fā)、電離、軔致輻射),,激發(fā)電離軔致輻射,二、Γ射線與物質(zhì)的相互作用,一光電效應(yīng)PHOTOELECTRICEFFECT二康普頓一吳有訓(xùn)效應(yīng)COMPTONWUEFFECT三電子對生成效應(yīng)PAIRPRODUCTION,光電效應(yīng)PHOTOELECTRICEFFECT,多發(fā)生在低能量102MEV(兩個電子的靜止質(zhì)量);光子在電場作用下被完全吸收,產(chǎn)生一對正負(fù)電子;光子能量被正、負(fù)電子任意分配帶走超過102MEVER轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子動能。,三種效應(yīng)及其發(fā)生幾率如圖,,不同能量Γ光子在不同吸收體中三種效應(yīng)的相對幾率關(guān)系,THANKYOU,
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