2015核医学概述

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1郑州大学第一附属医院核医学科程兵chengbing@zzu.edu.cn核医学概述NuclearMedicine2内容核医学主要内容核医学发展历史与现状放射性衰变基本知识及辐射防护核医学显像设备放射性药物制备放射性核素显像一、核医学主要内容核医学的定义核医学是利用放射性核素所发出的射线进行疾病诊断、治疗或进行医学研究的学科。核医学涉及的学科:核物理、核电子、核探测、计算机技术、图像处理、放射化学、医学各临床学科等4实验核医学ExperimentalNuclearMedicine放射性核素示踪技术放射性核素动力学分析体外放射分析放射自显影和活化分析动物PET、SPECT成像核医学NuclearMedicine临床核医学ClinicalNuclearMedicine核医学内容5核医学的内容实验核医学experimentalnuclearmedicine临床核医学clinicalnuclearmedicine放射免疫分析免疫放射分析受体分析71.实验核医学利用核技术探索生命现象的本质和物质变化的规律内容:核衰变测量、标记、示踪、体外放射分析等。82.核素治疗高度选择性的聚集在病变部位的放射性药物radiopharmaceuticalβ粒子或α粒子抑制或破坏病变组织92.核素治疗131I甲亢、甲癌转移灶核素标记单克隆抗体131I-抗AFP抗体原发性肝癌90Y-抗CD20抗体(Zevalin)淋巴瘤89锶治疗骨转移Ca10核素治疗特点:高度选择性放射免疫靶向治疗受体介导的靶向治疗放射性核素基因治疗核素治疗特点:高度适形性放射性核素粒子植入治疗等放射免疫分析免疫放射分析受体分析123.放射性核素显像定义将放射核素及其标记性化合物引入体内,实现脏器、组织、病变的显像检查的方法。放射性药物参与机体的代谢过程,核素发出合适的射线,显像仪器探测并定位定量,了解核素标记物在体内的分布量变规律--诊断疾病。放射性核素显像反映了脏器和组织的生理和病理生理变化,属于功能影像;其中受体显像、放射免疫像等技术也属于分子功能影像。133.放射性核素显像显像剂选择性聚集在特定脏器或病变靶器官靶器官与邻近组织存在放射性浓度差核医学显像仪器SPECT显像,全身骨显像、肾动态显像、心肌灌注显像、甲状腺显像等。PET/CT全身断层显像,心肌代谢显像,脑代谢显像。14(1).显像基础--放射性核素示踪技术放射性核素示踪技术利用放射性核素及其标记化合物作为示踪剂(tracer)来研究生物体内各种物质的代谢规律及诊断疾病的一门技术。临床上脏器显像及脏器功能测定基本原理——放射性核素示踪技术PET、SPECT、γ相机、肾图仪等都是基于放射性核素示踪技术15(2)示踪剂的概念示踪剂能够显示出它的踪迹的一种物质,能被探测被追踪标记示踪剂中某元素用它的放射性同位素代替放射性示踪剂放射性核素:发射信号供探测设备来探测该示踪剂的踪迹被标记物:带着放射性核素参与生物体内活动16(3)放射性示踪剂性质与使用要求同一性放射性示踪剂和被标记物有相同的化学及生物学性质,无差别的参与生物代谢。生物体不能区分示踪剂和被标记物,而是一视同仁地对待它们可测性放射性核素在体内发出射线示踪原理基于示踪剂以上两个性质用量足够小:注入的量要足够小,体内不会因“示踪剂+被示踪物质”过量而干扰生物系统的正常状态17(4)放射性核素显像特点放射核素引入人体参与人体新陈代谢特定脏器组织中聚集放射性活度分布的外部测量以图像形式显示(功能性显像)半衰期短核素数量少灵敏度高18(5)显像原理放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样,引入体内后根据其化学及生物学特性有其一定的生物学行为,它们选择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中的主要机制有:①合成代谢:131碘甲状腺显像②细胞吞噬:肝胶体显像③循环通路:99mTc-DTPA脑脊液间隙显像④选择性浓聚:99mTc-焦磷酸盐心肌梗死组织显像⑤选择性排泄:99mTc-DTPA肾动态显像⑥通透弥散:脑血流灌注显像⑦离子交换和化学吸附:骨显像⑧特异性结合:放射免疫显像及反义显像19细胞的合成代谢20离子交换吸附21人为血管栓塞22单探头SPECT23双探头SPECT24PET/CT25262728放射免疫分析免疫放射分析受体分析304.非显像检查法放射性药物在脏器和组织中被摄取、聚集及清除时间-放射性曲线等形式显示甲状腺摄131I率肾图甲状腺功能仪肾功能仪355.核医学的主要特点Maincharacteristic核医学之所以能成为现代医学的重要部分,是由于具有以下特点能动态地观察机体内物质代谢的变化能反映组织和器官整体和局部功能能简便、安全、无创伤的诊治疾病能进行超微量测定,灵敏度达10-15~10-12g/L能用于医学的各个学科和专业36二、核医学发展史及现状37核医学是一门年轻的学科真正形成核医学学科的历史很短18962015Becquerel放射现象381903Becquerel因发现放射现象获物理学奖1903Marie.Curie发现镭等元素物理学奖1911Marie.Curie化学奖1908Rutherford发现铀能发射α和β粒子,化学奖1921FrederickSoddy放射性物质和天然同位素研究,化学奖,“同位素”一词也是他1913年与苏格兰物理学家MargaretTodd在一次午餐谈话中提出.1921AlbertEinstein发现光电效应的定律获物理奖1922Aston发现大量同位素及其质谱获化学奖1923Millikan在元素的光电效应电荷研究方面获物理学奖1927Compton发现了以他本人名字命名的“Compton效应”获物理学奖1935Joliot和他的妻子IrèneJoliot-Curie人工方法合成新的放射性元素获化学奖核医学与诺贝尔奖略391935Chadwick发现了中子获物理学奖1936Anderson发现了正电子获物理学奖1938Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖1930ErnestOrlandoLawrence生产出回旋加速器1939年获得物理学奖1923Hevesy首先用同位素进行生命科学示踪研究,提出了“示踪技术”的概念,1943年获诺贝尔化学奖。1944Hahn在原子核裂变研究方面获化学奖1960Libby发明了放射性14C测龄技术获化学奖1959Berson和Yalow建立了放射免疫分析法1977年Yalow获诺贝尔医学奖1984Jerne等在免疫系统的控制以及单克隆抗体的研究中获医学奖核医学与诺贝尔奖略40Becquerel1896年法国物理学家Becquerel发现了铀的放射性,第一次认识到放射现象。他在研究铀盐时,发现铀能使附近黑纸包裹的感光胶片感光,由此断定铀能不断地发射某种看不见的,穿透力强的射线。1903年与Curie夫人共获Nobel物理学奖。Historylookback41MarieS.Curie1898年在巴黎的波兰化学家Curie(1867-1934)与他的丈夫Pierre共同发现了镭(即88号元素),他们从30吨沥青铀矿中提取了2mg镭。此后,又发现了Pu和Th天然放射性元素。1903年Curie与Bequerel共获Nobel物理学奖,1911年又获得Nobel化学奖。Historylookback42临床核医学之父1926年美国Boston内科医师Blumgart首先应用放射性氡研究循环时间,第一次应用了示踪技术。将氡从一侧手臂静脉注射后,在暗室中通过云母窗观察其在另一手臂出现的时间,以了解动-静脉血管床之间的循环时间。后来他又进行了多领域的生理、病理和药理学研究。被誉为“临床核医学之父”。Historylookback略43实验核医学之父美国化学家Hevesy,最早将同位素示踪技术用于植物的研究、人体全身含水量等生理学研究,并发明了中子活化分析技术。于1943年获得了Nobel奖金。并被称为Thefatherofexperimentalnuclearmedicine。Historylookback略44ErnestLawrence1930年美国加州大学校园里,物理学家ErnestLawrence生产出一个回旋加速器,并生产出多种同位素。1936年,他的兄弟,内科医师JohnLawrence首先用32P-治疗白血病。1939年获物理奖。HistorylookbackModerncyclotron略45IrèneCurie&FredericJoliot•1934年,法国放射化学家Curie和她的丈夫Joliot,第一次用人工核反应生产出放射性核素。•同年Fermi等人用中子源轰击靶核生产出多种核素。略46Fermi1938年,芝加哥大学Fermi用中子辐照和慢中子核反应生产出新的放射性核素获物理学奖。1942年建立了世界上第一座核反应堆,首先生产出放射性碘,为人工放射性核素的大量生产创造了条件,也导致了1945年第一颗原子弹的爆炸。同年,JosephHamilton发表了用放射性碘研究甲状腺功能的报告。Historylookback广岛长崎略47Berson&Yalow1960年美国的Berson和Yalow将核技术与免疫学技术结合建立了放射免疫分析法。首先用于测定血浆胰岛素浓度,由于该法对医学的巨大贡献,1977年Yalow获得了NobelPrize。YalowBersonHistoryreviewRadioimmunoassay481.核医学历史1.序幕(1896~1934)2.初创阶段(1935~1945)3.初具规模阶段(1946~1960)4.迅速发展阶段(1961~1975)5.现代核医学阶段(1975年~)2.20世纪70年代核医学的重要进展电子计算机核医学定性定量SPECTPET99Mo-99mTc发生器体外放射分析技术显像药物发展广泛应用50•核医学已发展成为一门完整的临床学科•核医学有其自身的理论、方法和应用范围•有诊断、治疗、门诊及病房,不同于一般的医技科室•承担教学、科研和人才培养3.核医学的学科性质51三、放射性衰变基本知识及辐射防护核医学第一节原子放射性核衰变第二节射线与物质的相互作用第三节核医学物理基础53(一)放射性衰变基本知识541.基本概念原子Atom构成元素的最基本单位原子核Nucleus原子核由质子和中子构成,原子核带正电荷551.基本概念核素Nuclide具有特定质量数、原子序数与核能态,而且其平均寿命长得足以被观测的一类原子称为“核素”同位素Isotope具有相同原子序数,但质量数不同的核素互称为“同位素”同质异能素Isomer具有相同质量数和原子序数,但处于不同核能态的一类核素互称同质异能数56放射性核衰变放射性核素不稳定核素的原子核能自发地放出各种射线变成另一种核素,称为放射性核素。稳定性核素原子核能稳定地存在,不会自发地发生变化的核素称为稳定性核素。放射性核衰变放射性核素的原子核自发地放出射线,同时转变成别的原子核的过程称为放射性核衰变,简称核衰变。572.核衰变方式α衰变不稳定的原子核自发地从核内放出α粒子的过程为α衰变β衰变核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变称为β衰变β-衰变、β﹢衰变、电子俘获(EC)又称K俘获γ辐射处于激发态的原子核,通过放出γ光子而回到基态这个过程称γ辐射58α、β、γ射线穿透能力59穿透能力射程电离能力应用α最弱最短最强少β弱短强治疗γ最强最远最弱诊断60放射性核衰变不稳定的原子核能自发地放出射线,转变成另一种核素。不稳定的核素常被称为母核,其产物称为子核。有的子核也是不稳定的,将继续衰变,直至转变成稳定性核素。正电子衰变核素,都是人工放射性核素。正电子射程仅1~2mm,在失去动能的同时与其邻近的电子(β-)碰撞而发生湮灭辐射,在二者湮灭的同时,失去电子质量,转变成两个方向相反、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