核醫(yī)學(xué)緒論醫(yī)學(xué)

1、影像核醫(yī)學(xué),譚慶玲,第一講,緒論核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備放射性藥品及顯像原理,緒　　論,定義　影像核醫(yī)學(xué)：利用放射性核素作為示蹤劑進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像診斷疾病，探索其機(jī)制與相關(guān)技術(shù)理論，并利用放射性核素治療疾病的醫(yī)學(xué)學(xué)科。,影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)及成像原理 影像學(xué)技術(shù) 成像原理 性質(zhì) CT 衰減系數(shù)（CT值）

2、 形態(tài) 解剖 B超 超聲波反射（回聲） 形態(tài) 解剖 MR 質(zhì)子密度（T1 T2） 解剖 功能 γ照相機(jī) 放射性濃度（平面） 血流 功能 SPECT 放射性濃度（半定量） 血流 代謝 功能 PET 放射性濃度（定量）

3、 血流 代謝 功能,雙腎血流灌注圖,影像核醫(yī)學(xué)的特點(diǎn),,存活心肌顯像,功能顯像分子顯像動(dòng)態(tài)顯像定量分析,,影像核醫(yī)學(xué)特點(diǎn),診斷核醫(yī)學(xué),臨床核醫(yī)學(xué),治療核醫(yī)學(xué),體外分析,體內(nèi),顯 像檢查法,非顯像檢查法,,,,核醫(yī)學(xué),實(shí)驗(yàn)核醫(yī)學(xué),,一級(jí)學(xué)科：臨床醫(yī)學(xué)二級(jí)學(xué)科：影像醫(yī)學(xué) 與核醫(yī)學(xué),,內(nèi)照射,近距離,,核醫(yī)學(xué)的組成,我國影像核醫(yī)學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀,設(shè)備相對(duì)落后，資源分配不均人員素質(zhì)

4、參差不齊，臨床醫(yī)師認(rèn)識(shí)不夠。 核醫(yī)學(xué)的優(yōu)勢和潛力沒有，充分發(fā)揮。,核醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)與設(shè)備,核物理基礎(chǔ)元素核素1、放射性核素 釋放的射線主要為αβγ2、穩(wěn)定性核素同位素同質(zhì)異能素 99mTc,核衰變 放射性核素自發(fā)的發(fā)生核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能變化，同時(shí)釋放出某種射線而轉(zhuǎn)化為另一種核素的現(xiàn)象，稱為核衰變(nuclear decay)。衰變類型α衰變?chǔ)?衰變?chǔ)盟プ兒怂プ円?guī)律 N= N0e-

5、?t 指數(shù)規(guī)律衰變 （半衰期是每一種放射性核素所特有的，可測定半衰期確定核素的種類，甚至可推斷放射性核素混合物中核素的種類）,物理半衰期(physical half life) 指放射性核素減少一半所需要的時(shí)間（T1/2）。  生物半排期（biological half life） 指生物體內(nèi)的放射性核素經(jīng)各種途徑從體內(nèi)排出一半所需要的(Tb)  有效半減期（effe

6、ctive half life） 指生物體內(nèi)的放射性核素由于從體內(nèi)排出和物理衰變兩個(gè)因素作用，減少至原有放射性活度的一半所需的時(shí)間（Teff ）。有效半減期與物理半衰期及生物半排期的關(guān)系： Teff = T1/2 ?Tb/( T1/2+ Tb),放射性活度 單位時(shí)間內(nèi)原子核的衰變數(shù)量。是核醫(yī)學(xué)中常用的反映放射性強(qiáng)弱的物理量。國際制單位：Bq（貝克），KBq（103 Bq），MBq

7、（106Bq），GBq（109 Bq）舊的專用單位：Ci（居里），mCi（10－3 Ci），?Ci（10－6Ci）1Bq = 1次衰變/秒 1Ci=3.7? 1010 Bq,輻射劑量及其單位,照射量 —— 輻射場強(qiáng)弱照射量率 —— 單位時(shí)間內(nèi)的照射量吸收劑量 —— 被照射物質(zhì)所吸收的能量劑量當(dāng)量 —— 不同類輻射所引起的生物效應(yīng)當(dāng)量劑量 —— 生物效應(yīng),輻射劑量及其單位,照射量照射量率吸收劑量劑量當(dāng)量

8、當(dāng)量劑量,射線與物質(zhì)的相互作用,帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 電離、激發(fā)、散射、軔致輻射、湮滅輻射光子與物質(zhì)的相互作用 光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)生成,常用核醫(yī)學(xué)儀器,Γ計(jì)數(shù)器 液體閃爍計(jì)數(shù)器臟器功能測定儀Γ照相機(jī)單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀SPECT正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 PET,,,用于體外診斷,γ閃爍探測器（γ scintillation detector ）,γ閃爍探測器實(shí)際上是一種

9、能量轉(zhuǎn)換器，其作用是將探測到的射線能量轉(zhuǎn)換成可以記錄的電脈沖信號(hào)。 主要部件：晶體（crystal ） ［碘化鈉（鉈），NaI（Tl）］ 光電倍增管（photomultiplier tube，PMT） 前置放大器組成,Γ閃爍探測器示意圖,閃爍體——晶體,最常見: 碘化鈉晶體[NaI(T1)]作 用: 波長轉(zhuǎn)換器的作用 （10-19n

10、m － >400nm左右)晶體的探測效率與靈敏度的矛盾（探測靈敏度越高，分辨率越低。增加晶體的厚度，可增加靈敏度，但會(huì)損失分辨率。如果將晶體從12.5mm降到6.5mm，空間分辨率可提高70%，而相應(yīng)的靈敏度僅損失15%。表1-2）,光電倍增管（PMT）,作用：光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。光電倍增管的多少與定位的準(zhǔn)確性密切相關(guān)，數(shù)量多探測效率和定位的準(zhǔn)確性就高，圖像的空間分辨率和靈敏度也高，但影響探頭的均勻性。,,

11、前置放大器 光電倍增管輸出的電脈沖信號(hào)很微弱，形狀不規(guī)整，放大器的作用就是對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、整形、倒相的電子學(xué)線路。,單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 （single photon emission computed tomography，SPECT） 是一臺(tái)高性能的γ照相機(jī)的基礎(chǔ)上增加了支架旋轉(zhuǎn)的機(jī)械部分、斷層床和圖像重建軟件，使探頭能圍繞軀體旋轉(zhuǎn)360o或180o，從多角度、多方位采集一系列平面投影像。

12、通過圖像重建和處理，可獲得橫斷面（transverse section）、冠狀面（coronal section）和矢狀面（sagittal section）的斷層影像（tomogram）。,探頭的構(gòu)成,準(zhǔn)直器 定向準(zhǔn)直晶體 波長轉(zhuǎn)換器光電倍增管 光電轉(zhuǎn)換器,準(zhǔn)直器（collimator）,準(zhǔn)直器位于探頭的最前端它是由鉛或鉛鎢合金鑄成的機(jī)械裝置，它的作用是

13、把人體內(nèi)四面八方分散的γ射線定向準(zhǔn)直到閃爍晶體的一定部位上。這種采用準(zhǔn)直器的方法稱作機(jī)械準(zhǔn)直，以區(qū)別于電子準(zhǔn)直。,準(zhǔn)直器的功能參數(shù),幾何參數(shù)：孔數(shù)、孔徑、孔長及孔間壁厚度決定了準(zhǔn)直器的空間分辨率、靈敏度和適用能量范圍等性能參數(shù)準(zhǔn)直器的空間分辨率與靈敏度是一個(gè)矛盾關(guān)系,準(zhǔn)直器的空間分辨率,定義：描述區(qū)別兩個(gè)鄰近點(diǎn)源的能力，通常以點(diǎn)源或線源擴(kuò)展函數(shù)的半高寬（full width at half maximum, FWHM）表示，半高寬

14、度越小，表示空間分辨率越好。平行孔準(zhǔn)直器，F(xiàn)WHM由下式估算：,（D為準(zhǔn)直孔的直徑，L為準(zhǔn)直器厚度， z0為準(zhǔn)直器表面至源的距離）準(zhǔn)直孔越小，準(zhǔn)直器越厚，探頭距病人距離越近分辨率越高，獲得的圖像質(zhì)量越好。,X、Y位置電路,一個(gè)光子在晶體中產(chǎn)生多個(gè)閃爍光子，被多個(gè)光電倍增管接收；各個(gè)光電倍增管接收的閃爍光子的數(shù)目隨其離閃爍中心（γ光子處）的距離增加而減少；由位置電路和能量電路根據(jù)不同位置的光電倍增管接收到的閃爍光的強(qiáng)度來確定γ光子

15、的位置。 PMT數(shù)目越多，圖像上所有脈沖的X、Y位置精度越好，圖像的空間分辨率越好。,脈沖幅度高度分析器PHA ——光子能量甄別,PHA用來選擇放射性核素的能量和能譜范圍。單道分析器主要由上閾、下閾道寬和構(gòu)成。改變道寬的大小可選擇能譜的范圍。伽瑪照相機(jī)的道寬經(jīng)常選在20%， 包括了放射性核素光電峰的位置，可用來選擇伽瑪照相機(jī)所用的放射性核素。選擇設(shè)定核素能量窗的γ光子被記錄，剔除低能γ光子（例如，散射光子）及高能γ光子 。,單道

16、脈沖幅度高度分析器,模數(shù)轉(zhuǎn)換器,作用：把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，圖像越清晰,雙探頭符合線路斷層顯像儀（DHTC）,特點(diǎn)： 至少有兩個(gè)探頭，具有X、γ射線的投 射衰減校正 可以進(jìn)行單光子核素顯像和正電子核素顯像,SPECT/CT,SPECT與CT的融合，同時(shí)具有功能和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,SPECT的圖像采集,能窗的選擇矩陣采集類型：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、門控、全身掃描、斷層采集衰減校正散射校正,圖像重

17、建,由已知不同方向的投影值來求物體內(nèi)各點(diǎn)的分布稱圖像重建。SPECT成像原理即將通過探頭的旋轉(zhuǎn)得到的各角度投影圖像利用圖像重建的方法重建出各方向的斷層圖像。 目前常用的圖像重建方法為濾波反投影法（FBP filtered backprojection）。對(duì)于一些不完全角度投影可以采用迭代法（OSEM）重建圖像。,在數(shù)字圖像中，圖像單元的大小，是用二進(jìn)制單位比特(Bit)表示的數(shù)字量。圖像可劃分成許多小的方塊或單元，稱矩

18、陣單元。常用圖像矩陣有 64×64、128×128、256×256等。在SPECT中，我們事先并不知道各個(gè)矩陣單元的值， 我們僅從測量中知道沿某一方向上各矩陣單元的和，稱射線和或投影。從不同方向投影中可以求出矩陣單元的值， 這就是圖像重建的任務(wù)。顯然，如果知道了圖像矩陣單元值，一幅圖像性質(zhì)也就知道了。,圖象重建的預(yù)備知識(shí),正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀 PET 主要由探測系統(tǒng)包括晶體、

19、電子準(zhǔn)直、符合線路和飛行時(shí)間技術(shù)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，圖像顯示和斷層床等組成。     目前最先進(jìn)的PET是探頭多環(huán)型、模塊和3D結(jié)構(gòu)，其中探頭晶體除外經(jīng)典的鍺酸鉍（bismuth germinate，BGO）晶體，現(xiàn)已推出硅酸镥（lutetium oxyorthosillicate，LSO）和硅酸釓（gadolinium orthosillicate，GSO）等新的晶體，大大提高了探測效率，圖像

20、分辨率為3 ~ 5 mm。 PET與SPECT比較，其具有： ①空間分辨率高；②探測效率高；③能準(zhǔn)確地顯示受檢臟器內(nèi)顯像劑濃度提供的代謝影像和各種定量生理參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。,質(zhì)量控制原理及方法,放射性藥品及顯像原理,放射性藥物(radiopharmaceutical) 用于診斷和治療的放射性核素及其化合物的制劑。特點(diǎn)： 放射性藥物不具備普通藥物的藥理作用，其依靠所載的放射性核素起到診斷和治療作用

21、。 開放性：放射性藥物區(qū)別于腫瘤放射治療的封閉性外圍輻射源（如60Co、137Cs）的特征。,分類,診斷類放射性藥物核素特點(diǎn)：核射線中以γ光子為主（能量以100～300 keV為宜），引入體內(nèi)后容易被核醫(yī)學(xué)探測儀器在體外探測到，從而適用于顯像； 同時(shí)γ光子在組織內(nèi)電離密度較低，從而機(jī)體所受電離輻射損傷較小。代表核素：99Tcm核性能優(yōu)良，為純?chǔ)霉庾影l(fā)射體，能量140 keV，T1/2為6.02

22、h、方便易得、幾乎可用于人體各重要臟器的形態(tài)和功能顯像。99Tcm是顯像檢查中最常用的放射性核素，目前全世界應(yīng)用的顯像藥物中，99Tcm及其標(biāo)記的化合物占80%以上，廣泛用于心、腦、腎、骨、肺、甲狀腺等多種臟器疾患的檢查，并且大多已有配套藥盒供應(yīng)。  131I、201Tl、67Ga、111In、123I等放射性核素及其標(biāo)記藥物 這類γ光子的核素及其標(biāo)記藥物也有較多應(yīng)用，在臨床中發(fā)揮著各自的特性和作

23、用。 正電子放射性藥物 11C、13N、15O和18F等短半衰期放射性核素在研究人體生理、生化、代謝、受體等方面顯示出獨(dú)特優(yōu)勢，其中氟[18F]脫氧葡萄糖（18F-FDG）是目前臨床應(yīng)用最為廣泛的正電子放射性藥物。,常用正電子放射性藥物有效半衰期,15O 2.05min 13N 9.96 min11C 20.34 min18F 110 min,治療類放射性藥

24、物,適宜的射線能量和在組織中的射程是選擇性集中照射病變組織而避免正常組織受損并獲得預(yù)期治療效果的基本保證。,各種常用治療放射性藥物的理化性能,核素 標(biāo)記 T1/2 β-最大能量 γ keV(%) 最大射 主要臨床應(yīng)用 化合物 MeV 程 (mm)32P 磷酸鹽 14.3d 1.71

25、 - 8 真紅, 原發(fā)性血小板增 膠體磷酸鉻　　　 腔內(nèi)治療 玻璃微球　　　 　肝癌動(dòng)脈栓塞 131I 　8.06d 0.61

26、 365(81) 2-3 甲亢, 分化型甲癌及轉(zhuǎn)移灶 MIBG　　　 　嗜鉻細(xì)胞瘤153SmEDTMP 40.6h 0.8 103 (28%) 3.4 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛89Sr　 50.5d 1.46

27、 - 2-3 骨轉(zhuǎn)移癌疼186Re HEDP 3.8d 1.07 137(9%) 4.7 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛188Re HEDP 19.6h 2.12 155(10%) 　骨轉(zhuǎn)移癌疼痛117mSnDTPA 13.6d CE 159

28、(86%) 0.3 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛117Lu EDTMP 6.75d 0.497 113(6.4%)　 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛90Y EDTMP 2.67d 2.27 - 10 骨轉(zhuǎn)移癌疼痛,放射性核素來源,核反應(yīng)堆核裂變產(chǎn)物放射性核素發(fā)生器回旋加速器,放射性核素

29、發(fā)生器,通常根據(jù)所要求的子體核性質(zhì)，如射線類型、能量、半衰期及其他有關(guān)要求來選定母體核素。母體核素除了能衰變生成合用的子體核素和化學(xué)性質(zhì)上便于子體核素的分離外，還應(yīng)具有適當(dāng)長的半衰期、易于大量獲得、而且價(jià)格低廉。,放射性核素發(fā)生器是從長半衰期核素中分離出短半衰期核素的裝置,99Mo-99mTc發(fā)生器,99Mo-99mTc發(fā)生器每隔23h可淋洗一次，這時(shí)99mTc的活度是前次淋洗時(shí)的99Mo的活度的67.6%，或者是當(dāng)時(shí)99Mo的活度的8

30、6%。,99MO半衰期66.02h，99mTc半衰期6.02h方便、經(jīng)濟(jì),回旋加速器生產(chǎn)放射性核素,加速器生產(chǎn)的放射性核素有：11C、13N、15O、18F、123I、201Tl、67Ga、111In等,放射性藥品的制備,化學(xué)合成法生物合成法同位素交換法絡(luò)合反應(yīng)法,放射性藥品的質(zhì)量控制,物理化學(xué)檢驗(yàn)放射性核純度放射性活度PH值放射性化學(xué)純度化學(xué)純度,生物學(xué)檢驗(yàn)無菌無至熱源無毒性-輻射安全生物分布試驗(yàn),放射性藥品