核医学基础知识2

核医学基础知识李晓愚讲师本章重点：放射性相关基本概念射线的种类、性质及其衰变方式射线与物质的相互作用第一节绪论什么是核医学？它有什么用？核hé果实中坚硬并包含果仁的部分：桃核。杏核。像核的东西：核细胞。核酸。核心（中心）。结核。原子核。核子。核反应。核武器。仔细地对照、考察：核定。核计。核实。核算。翔实正确：其文直，其事核。1.辐射无处不在，不可避免2.正常水平辐射对人体无害3.辐射可以防护***几个常识19世纪末的三大科学发现：1、1895年伦琴发现X射线；2、1896年贝克勒尔（法）—铀放射性1898年玛丽·居里（波）—钋、镭3、1897年汤姆逊证明原子不是基本粒子:原子可分历史背景威廉·康拉德·伦琴WilhelmConradRöntgen（1845—1923）德国物理学家，诺贝尔物理学奖获得者。1896年法国科学家A.-H.贝可勒尔含铀的晶体也能够发出穿透性射线，和X射线不同，它可被电场或磁场偏转。因此，当时称这种射线为贝可勒尔射线。G.C.N.施密特居里夫妇A.-H.贝可勒尔发现天然放射性,标志着原子核物理学的开始。由此他和居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。放射性的应用广泛……核能源医学应用核武器育种、除害、消毒考古断代放射性的医学应用核医学诊断治疗科研放射医学CT、X射线、放射治疗、介入放射防护学射线防护、管理、放射病核医学实验核医学核药学核检验学实验技术临床核医学诊断功能测定显像治疗17核医学-----------放射性核素放射医学--------射线第二节核物理基础知识1、元素:由原子核和核外电子组成，原子核内含有相同的质子数则属于同一种元素。质子（proton,P)+→原子核中子(neutron,N)+→原子核外电子一、原子结构质子与中子统称为核子，质量用原子质量单位（atomicmassunit,amu)表示。1amu相当于12C原子质量的1/12，即1个质量数.元素表示方法A---原子的质量数。Z---质子数(即原子序数）。X---元素符号。N---中子数。A=Z+NNAZX2、核素(nuclide)凡原子核具有特定的质子数、中子数以及一定能量状态的原子，即称为核素。即核内的质子数相同，中子数也相同，所处的能级状态也相同。3、同位素（isotope）凡同一种元素的核素中具有相同的质子数而中子数不同的核素，它们在元素周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。元素、核素、同位素关系图4、同质异能素（isomer）核内质子数和中子数相同而能量状态不同的核素，称为同质异能素。如99mTc与99Tc（锝）在原子核内存在两种力：①带正电荷的质子之间存在着相互排斥的库仑斥力。②同时核子（中子和质子）之间还有相互吸引的短程核力。二、原子核的稳定性当Z83，核力不能与质子之间的斥力保持平衡，全是不稳定的原子。当Z83，至少存在一种稳定同位素。1、放射性核素（radionuclide）又称为不稳定核素，是指原子核能自发地产生成分或能级的变化，变成另一种核素，变化时伴有射线的发射。2、稳定核素是指原子核在没有外来因素作用时，不发生核内成分或能级的变化。不稳定原子自发地发生核内成分或能级的改变，并放出一种或一种以上的射线的过程称为放射性衰变（radiationdecay）。核衰变方式：α衰变、β-衰变、β+衰变、EC（电子俘获）和γ跃迁。射线：αβ-β+γ三、放射性衰变α衰变是放出α粒子的放射性衰变。α粒子是由两个质子和两个中子组成，实际是氦核42He。质量数减少4，原子序数减少2。238U→234Th+4He+Qα粒子的质量大，带电荷，故射程短，穿透力弱；能量单一，对局部的电离作用强。1、α衰变β-衰变发生在中子过剩的原子核。核中一个中子转化成一个质子，释出一个负电子（来自核的负电子称β-粒子）及一个反中微子。中子数减少1，原子序数增加1，原子质量数不变。32P→32S+β-+Ue+Qβ射线的本质是高速运动的电子流。穿透能力较弱、电离能力较强。2、β-衰变主要发生在中子数相对不足的核素，。核中一个质子转变成一个中子，释出一个正电子（β+粒子）和一个中微子（υ）。子核原子序数减少1，质量数不变。正电子的射程仅1-2mm即发生湮灭辐射13N→13C+β++υ+Q3、β+衰变发生在中子相对不足的核素（Z较大时）。原子核先从核外较内层的电子轨道俘获一个电子，使之与一个质子结合转化为中子。中子数增加1，质子数减少1，质量数不变。内层电子被俘入核内，外层轨道电子补入，两电子轨道之间的能量差转换成子核的特征X射线（characteristicXray）释放。或传给一个轨道电子，使之脱离原子，这种电子被称为俄歇电子(augerelectrons)4、电子俘获衰变（electroncaptureEC）核外电子能量变化示意图又称γ跃迁，原子核从激发态回复到基态时，以发射γ光子释放过剩的能量的过程。通常是在其他衰变发生之后形成。γ射线的本质是中性的光子流，穿透力强，射程长，电离能力弱。或把能量转给一个核外轨道电子，使之发射出，称为内转换电子（internalconversionelectron）。5、γ衰变指某核素的原子核数目衰变一半所需的时间，用T1/2表示。生物半衰期：指生物体内存在的放射性核素由于生物代谢从体内排除到原来的一半所需的时间。用Tb表示。有效半衰期：指放射性核素由于生物代谢和放射性衰变的共同作用减少到原来的一半所需的时间。用Te表示。四、半衰期名称半衰期衰变方式主要射线能量碘1318.04天β-γ（0.606MeV)碘12560.2天ECγ（0.027MeV)锝99m6.02小时IT（同质异构转换）γ（0.141MeV)磷3214.3天β-β（1.71MeV)氟18109.8分钟EC和β-γ（0.511MeV)镓6778.1小时ECγ（0.093MeV)锶8950.5天β-β（1.49MeV)常用医用放射性核素43带电粒子与物质的相互作用：αβ－β＋→电离（ionizations）→激发（excitations）→散射（scattering）→韧致辐射（bremsstrahlung）→湮灭辐射中性射线与物质的相互作用：Xγ→光电效应（photoelectriceffect）→电子对生成（pairproduction）→康普顿散射（comptonscattering）中子与物质的相互作用→弹性碰撞→中子俘获五、射线与物质的相互作用指带电粒子使物质的中性原子失去轨道电子而形成离子的过程电离作用的强弱是以带电粒子在每厘米路径上产生的粒子对数来度量。1、电离指带电粒子使受作用原子轨道电子从内层轨道跃迁到外层轨道的过程，而该电子从高能级回复到低能级时，能量以光子或热能形式释出。2、激发指带电粒子通过物质时，因受到物质原子核库仑电场力的作用而改变其本身运动方向的现象，而作用前后带电粒子的总动能不变。β射线比α射线更容易出现散射。3、散射指高速电子经过原子核附近时，因受到原子核库仑电场力的作用减速时，其部分或全部动能转化为X射线或γ光子形式的辐射。4、韧致辐射5、湮灭辐射当β╋粒子穿过物质,丧失动能后与自由电子e结合,转化为两个方向相反,能量各为0.511MeV的γ光子，这种现象称为湮灭辐射。湮灭辐射是正电子发射断层成像即PET的基础PET,positronemissiontomographyγ光子经过物质时，把全部能量交给轨道电子而释出形成光电子的过程。6、光电效应当通过γ射线能量大于1.022Mev时（即大于电子静止能量的两倍），在原子核电场作用下可转化为一对正负电子。多余的能量则转化为电子的动能。7、电子对生成γ光子经过物质时，与一个核外电子发生碰撞，γ光子将部分能量传给该电子，使之以θ角度释出，而本身的运动方向也发生θ角度偏转的过程。入射光子的能量随机分布到散射光子和康普顿电子上，因而康普顿电子的能谱是连续的，称康普顿谱。8、康普顿效应弹性碰撞：中子通过物质与原子核碰撞时，将部分能量传给受撞原子核使之逸出，本身改变方向形成散射的过程为弹性碰撞。中子俘获：热中子或慢中子被物质的原子核俘获而成为新的放射性核素的过程称为中子俘获。1、放射性活度（A）：是描述核素放射量特征的一个物理量。用单位时间内发生衰变的原子核数表示。单位是衰变次数/秒。国际单位贝可（Bq）即为1次衰变/秒常用单位为居里Ci，1Ci＝3.7×1010Bq六、辐射剂量学2、放射性比活度：是指单位质量样品中所含的放射性活度。单位是Bq/g(Ci/g)3、放射性浓度：指单位体积溶液中所含的放射性活度。单位用Bq/ml(Ci/ml)表示。