核技术在医学领域中应用

第六章核技术在医学领域中的应用2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用2主要内容第一节核医学影像技术及其设备第二节医用放射性同位素第三节诊断用放射性药物第四节治疗用放射性药物第五节放射治疗2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用3医学是核技术应用的重要领域之一全世界生产的放射性同位素中，约有80%以上用于医学。将核技术用于疾病的预防、诊断和治疗，形成了现代医学的一个分支-核医学。核医学是以核素（包括放射性核素和稳定核素）标记的示踪剂，用于医学和生物（体内、体外）医疗（主要包括诊断、治疗）和研究用途的学科。引言2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用4第一节核医学影像技术及其设备γ相机发射型计算机断层成像术2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用5引言CTMRI超声成像核医学影像医学影像技术反映的是器官与组织对于X射线的吸收系数大小反映的是体内H2O中质子的弛豫时间的空间分布反映的是器官和组织对于超声波的反射能力反映的是显像剂或其代谢产物在体内的时间和空间分布2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用6γ闪烁相机，又称Anger相机，由探头、电子学线路、记录及显示装置及附加设备四部分组成，可对脏器中放射性核素的分布进行一次成像和连续动态观察。一、γ相机SIGMA438改进型γ照相机2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用7一、γ相机2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用8二、发射型计算机断层成像术现代核医学常用的两种影像技术：单光子发射计算机断层成像术（Singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）正电子发射断层成像术（Positronemissiontomography，PET）该类技术是利用病人体内药物发射射线成像，故统称发射型计算机断层成像术。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用9（一）SPECT用于获得人体内放射性核素的三维立体分布图像。光电倍增管的磁屏蔽必须增强，以克服探头旋转过程中地球磁场变化对光电倍增管性能的影响。西门子公司生产的双探头SPECT2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用10主要原理投影（Projection）采集根据需要从某一角度开始，在预定时间内采集投影图像，然后旋转一定角度，在同样时间内采集下一幅投影图像。如此重复，直到旋转180度或360度停止。重建（Reconstruction）断层从投影数据经过适当的计算得到断层图像称为重建。SPECT/CTSPECT/CT由SPECT和CT结合而成，两者轴心一致，共用一个扫描床，这样就使得在一次检查中就可采集同一部位的功能图像和解剖图像，进而实现图像的融合。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用11（二）PETPET是反映病变的基因、分子、代谢及功能状态的显像设备。PET有两个不同于其它核医学成像技术的重要特点：放射性示踪剂是用发射正电子的核素所标记的；采用的是符合探测技术。PET装置2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用12主要原理——“活体生化显像”PET利用发射正电子的核素标记一些生理需要的化合物或代谢底物如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、水等，引入体内后，应用正电子扫描机而获得体内化学影像，也称之为“活体生化显像”。广泛用于肿瘤、冠心病和脑部疾病的诊断和指导治疗。PET使无创伤性的、动态的、定量评价活体组织或器官在生理状态下及疾病过程中细胞代谢活动的生理、生化改变，获得分子水平的信息成为可能，这是目前其它任何方法都无法实现的。目前最常用的PET显像剂为18F-FDG（18F标记的一种葡萄糖的类似物-氟化脱氧葡萄糖）。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用13PET/CT将PET和CT整合在一台仪器上，两者轴心一致，共用一个扫描床，组成一个完整的显像系统，可以同时获得CT解剖图像和PET功能代谢图像，两种图像优势互补，使医生在了解生物代谢信息的同时获得精准的解剖定位，从而对疾病做出全面、准确的判断。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用14小动物PET/CT—小动物正电子发射断层显像/计算机体层成像技术MicroPET/CT，相对于传统的体外检测技术，小动物PET/CT在同一动物身上进行无损伤的反复实验，减少了实验动物的使用，节约了实验费用，对同一只动物在不同时间点进行研究，进行连续的动态测定，消除了种属差异。该技术正在成为药物开发、肿瘤学、人类疾病研究（如神经系统和心血管疾病）以及基因组学研究的重要方法。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用15第二节医用放射性核素诊断用放射性核素治疗用放射性核素2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用16引言放射性药物（Radiopharmaceutical）指可用于临床诊断或治疗的放射性核素或其标记的单质、化合物及生物制剂。如，单质：133Xe（肺灌注显像剂）化合物：Na131I（甲状腺疾病治疗）生物制剂：99mTc-RBC（用于血池显像）标记化合物放射性药物放射性药品18F-FDG全身显像图2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用17一、诊断用放射性核素SPECT显像用的放射性核素：最好只发射单能γ射线，不发射带电粒子，因为后者对于显像不仅没有贡献，反而会对病人增加不必要的内照射。γ射线能量最好在100keV~300keV之间，能量太低，从发射点穿出体外的吸收损失增加；能量过高，要求的准直器厚度增加。99mTc为首选核素，占全部放射性药物的80%。PET显像用的放射性核素：最好只发射β+粒子，不发射γ射线，因为后者会增加偶然符合计数，降低信噪比。半衰期最好在10s～80h，太短很难甚至无法将其标记到运载分子上；太长，显像以后残留在体内的放射性活度太高，给病人造成额外的照射，限制了放射性药物的总活度。以18F为最优，代表药物为18F-FDG。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用18一、诊断用放射性核素核素T1/2衰变方式主要射线能量（keV）生产方式67Ga3.261dEC93.311（39.2）67Zn（p，n）；66Zn（d，n）99mTc6.008hIT140.511（88.5）99Mo（β-）111In2.805dEC245.4（94.09）111Cd（p，n）；109Ag（α，2n）123I13.27hEC158.97（83.3）123Te（p，n）；121Sb（α，2n）125I59.41dEC35.4919（6.67）124Xe（n，γ）；123Sb（α，2n）201Tl72.91hEC167.43（10.0）Hg（d，x）；203Tl（p，3n）；201Pb（EC）适合于SPECT显像的常用放射性核素及其生产方法2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用19一、诊断用放射性核素适合于PET显像的常用放射性核素及其生产方法核素T1/2（min）主要射线能量（keV）生产方式11C20.39511（≤199.52）14N（p，α）；10B（d，n）13N9.965511（≤199.84）16º（p，α）；10B（α，n）15O2.037511（≤199.8）14N（d，n）；16º（3He，α）18F109.77511（≤193.46）18O（p，n）；20Ne（d，α）62Cu9.67511（≤194.86）60Ni（α，n）；62Zn（EC）68Ga67.629511（≤178.2）68Zn（p，n）；68Ge（EC）82Rb1.273511（≤190.94）85Rb（p，4n）；82Sr（EC）2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用20二、治疗用放射性核素适合于治疗的放射性核素应满足下列条件：只发射α、β、俄歇电子，或仅伴随发射少量弱γ射线；半衰期为数小时至数十天；衰变产物为稳定核素；可获得高比活度的放射性制剂。α粒子的LET（传能线密度）高，能量为4MeV～8MeV的α粒子在组织中的射程约为25~60μm，与细胞的直径相当，用α放射性核素体内治疗肿瘤其能量聚积最集中。β粒子在组织中具有一定的射程，药物不一定必须跨膜进入细胞才能起治疗作用。β粒子在组织中聚积的能量均匀而分散，不如α粒子集中，尽管β粒子的能量沉积还是局限在较小的范围，即使药物的肿瘤选择性非常好，在杀伤肿瘤细胞的同时，也会大量杀伤正常细胞。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用21二、治疗用放射性核素核素T1/2衰变方式主要粒子能量（keV）生产方法32P14.262dβ-1710.3（100.0）31P（n，γ）；32S（n，p）89Sr50.53dβ-1495.1（99.99）88Sr（n，γ）90Y2.667dβ-2280.1（99.99）90Sr（β-）；89Y（n，γ）109Pd13.701hβ-1027.9（99.9）108Pd（n，γ）131I8.0207dβ-606.3（89.9）131Te（β-）153Sm46.284dβ-635.3（32.2）；808.2（17.5）152Sm（n，γ）165Dy2.334hβ-1286.7（83.0）164Dy（n，γ）188Re17.005hβ-2120.4（71.1）187Re（n，γ）；188W（β-）198Au2.69517hβ-960.6（98.99）197Au（n，γ）一些比较适合于治疗肿瘤的放射性核素2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用22第三节诊断用放射性药物心血管显像剂脑显像剂肿瘤显像剂其它脏器显像剂2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用23一、心血管显像剂心肌灌注显像剂心肌乏氧显像剂心肌代谢显像剂心血池显像与心功能测定血栓显像剂心血管显像剂2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用24（一）心肌灌注显像剂在临床上，心肌灌注显像用于冠心病心肌缺血早期诊断，心肌梗塞和心肌病诊断，心肌活力评估等。理想的心肌显像剂应满足以下要求：心肌对它有较高的摄取和较长的滞留时间；血清除快，且有较高的心/肝、心/血、心/肺比值；心肌摄取量与心肌血流成正比；最好有心肌再分布特性。已经用于临床或正在进行临床实验的心肌灌注显像剂有201TlCl、99mTc-MIBI、99mTc-TEBO、99mTc-P53、99mTc-Q12、99mTc-NOET。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用25（二）心肌乏氧显像剂心肌因供血不足，致使部分心肌处于乏氧状态；若得不到及时治疗，就可能坏死。目前，采用溶栓、血管成形或再造技术等临床手段可降低死亡率，改善预后。心脏搭桥手术2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用26（二）心肌乏氧显像剂在进行心脏“搭桥”手术之前，区别心肌缺血（心肌细胞仍存活，但处于冬眠状态）/坏死（永久性损伤）非常重要。乏氧显像剂被缺血细胞摄取后，在乏氧条件下可被黄嘌呤氧化酶催化还原而滞留在乏氧细胞中，而在正常氧供条件下不被还原而难以滞留，但坏死细胞对显像剂无摄取功能。由此可见，用乏氧显像剂进行心肌显像，可以区分正常心肌、缺血心肌和坏死心肌。目前认为较好的乏氧显像剂有99mTc-BMS-181321、99mTc-BMS-194796及99mTc-HL91。2019/12/15核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用27（三）心肌代谢显像剂心肌的能量主要来自脂肪酸的代谢，因此放射性核素标记的脂肪酸可用于心肌代谢功能的显像。心肌代谢显像剂主要用于心肌损伤、心肌缺血的诊断及心肌缺血与心肌坏死