第六章放射诊断治疗与核医学

放射诊断治疗与核医学主讲人：蔡建新概述1人类已进入21世纪，经济将高度发展，人民生活水平进一步提高，人民渴望有一个好的生活环境和健康的身体，所以需要提高医疗技术和水平，更新医疗设备，提高全民族的健康，使人民的平均寿命提高到新的水平。核科学与医学、生物学、放射学和剂量学等结合，产生了放射诊断学、放射治疗学和核医学等学科。概述2现代医学总是包括四个方面：预防医学、诊断医学、治疗医学和康复医学。核科学可用于预防、诊断和治疗，已成为医学领域中不可缺少的部份。例如：预防领域需开展普查，如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期检查等；诊断领域，现代化医院中的高当设备都和核科学有关，如XCT、ECT、MRI和PET等；治疗领域，现代癌症有70％需要放射性治疗，还有X刀、γ刀、质子刀和BNCT等都是目前最先进的治疗设备。第一节放射诊断学6.1.1概述放射诊断学是一门利用X射线诊断疾病的学科。从1895年德国科学家伦琴发现X射线至今，X射线的诊断和治疗仍然是非常重要的手段之一。6.1.2X射线透视与摄影技术1.X射线透视：利用X射线的穿透性和荧光作用进行透视检查，X线穿过受检组织或脏器将它们投影到荧光屏上，供医生观察和诊断。2.X线摄影：利用X线的穿透性和感光性，将受检组织或脏器显象在胶片上，称为X线照相。多功能X线摄影系统1多功能X线摄影系统26.1.3X线造影和影像增强技术1、X线造影技术：用造影剂注入到受检脏器，以增加它们与周围组织的对比度，提高影像分辨率。2、X线影像增强技术：用增感屏或X线影像增强器使图像提高亮度和清晰度。移动式血管造影系统移动式血管造影系统诊断图6.1.4医用X线电视技术医用X线机和闭路电视系统配合使用的医用电视系统。6.1.5数字化X线技术采用数字化技术可得到数字图像，便于计算机连网，数字传输，数字化图像的清晰度高。现在有数字化X光机，数字减影血管造影仪，计算机断层XCT等。数字化医用X射线诊疗装置第二节X射线计算机断层(XCT)6.2.1XCT发展概况1、概述：1972年英国EMI公司的Hounsfield研制成世界上第一台XCT机。CT（ComputedTomography）是计算机断层的缩写。克服了X光机平面图像在深度方向的重叠，可以得到人体脏器的断层（即一薄层）图像，许多断层像可以重建成三维的立体像。6.2.1XCT发展概况(续）2、现代XCT的基本情况XCT已经经历了五代，第六代CT正在研究。单束扫描、窄角束扫描、广角束扫描、反扇束扫描、动态空间扫描和电子束扫描。3、XCT的发展方向扫描方式、检测器数量和扫描时间。XCT机(Elscint)图片GE公司的XCTXCT(Elscint)机诊断图6.2.2XCT对X射线的测量(1)1、X射线的五个物理量：波长、频率、能量、强度和剂量。一个光子的能量/chhEX6.2.2XCT对X射线的测量(2)2、X射线与人体的相互作用不变散射：光子与电子碰撞只改变进行方向而能量不变。康普顿散射：光子与自由电子或原子中束缚得不太紧的电子碰撞，将一部份能量传递给电子，使之脱出原子成为反冲电子，光子则因损失能量成为能量更小的光子，且改变运动方向。光电吸收：光电作用导致X射线光子及其能量在作用处被吸收。6.2.2XCT对X射线的测量(3)3、X射线的衰减X射线穿过人体后，强度成指数衰减，如下式所示：其中μ是组织的线性衰减系数，W是组织的厚度。WeII06.2.3XCT建像原理和方法建像方程如下：)()(02121nnnlWeeII＝IIWn021ln1＋＋＋6.2.4XCT扫描系统的结构XCT扫描系统主要由采样系统和图像处理系统两大部分组成。采样系统：X射线管，探测器图像处理系统：核心是计算机，外设，图象显示器和软件采样系统和图像处理系统采样系统图像处理系统6.2.4XCT扫描系统的结构(1)1．XCT的采样系统XCT的采样系统包括扫描机架、X射线发生器、准直器、探测器、A/D、计算机接口和冷却系统等。6.2.4XCT扫描系统的结构(2)2．XCT的图像处理系统图像处理系统的核心是一台计算机，另外还有硬盘、软盘、打印机、磁带机、D/A、图像显示器、照相机和系统软件等。6.2.4XCT扫描系统的结构(3)3、CT数)(1000HCT水水组织－数第三节放射治疗学6.3.1概述(1)1、肿瘤放射治疗学的历史1895年伦琴发现X射线1942年原子反应堆问世，制造出多种人工放射性同位素50年代Co60治疗机出现60年代医用电子感应加速器、医用电子直线加速器应用于临床70年代开始对中子、质子、负π介子和重离子等的应用进行研究，出现X-刀和γ-刀80年代后对恶性肿瘤的70％进行放射疗6.3.1概述(2)2、放射治疗的原理放射治疗学是利用核射线（X、γ、β和中子流等）对疾病进行辐射治疗的学科。放射治疗的基本原理是当射线达到一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用。射线通过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。6.3.1概述(3)3、世界各国肿瘤发病情况据1989年统计，全世界40亿人口中每年有600万人得癌症。在我国上海、江苏、浙江、福建等地，肿瘤已列为第一位；北京、天津等地列为第二位。在美国，肺癌占第一位，大肠癌占第二位；我国胃癌占第一位，肺癌占第二位。食管癌在世界有三个高发区，中亚里海沿岸、南部非洲地区和我国华北地区。我国华南以鼻咽癌较常见，东北胃癌占首位，西南地区肺癌占首位。经过各种治疗，各种癌症的平均5年生存率已达48％。6.3.1概述(4)3、放射治疗用的放射源有三大类：(1)放射性同位素发射出的α、β、γ线(2)X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射线(3)各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负π介子和重离子束等第一类放射源用作体外照射、腔内照射或组织间照射，也可用口服或静脉注射将放射性核素注入人体，进行内用同位素治疗。第二、三类放射源只能用于体外照射。6.3.1概述(5)4、肿瘤放射治疗的方法和疗效放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。据有关报道：如子宫癌手术前放射治疗的治愈率可从70％提高到90％；膀胱癌手术前放射治疗的治愈率可提高10％以上；肺癌手术后放射治疗5年生存率从0提高到20％。单独放射治疗恶性肿瘤5年治愈率可达50%6.3.2放射治疗设备1.X射线治疗机为获得X射线必须有二个条件：(1)要有足够数量高速运动的电子(2)要有一个能够接受高速电子撞击而产生X射线的靶。6.3.2放射治疗设备(1)X射线治疗机有以下几种：接触治疗机，治疗皮肤癌，管电压10－60千伏；表层治疗机，治疗浅层，管电压60－140千伏；中层治疗机，治疗皮下中层组织，管电压140－180千伏；深部治疗机，治疗组织深部的病灶，管电压180－250千伏。X射线治疗机（WEIDA)Energy:6MeV(X-ray)DoseDate:2GY/minFieldsize:2X2~35X35cm6.3.2放射治疗设备(2)2.CO60治疗机γ射线，能量1.17Mev，1.33Mev，穿透力强，深部治疗比200千伏的X射线大15％。皮下反应轻，骨骼和软组织吸收剂量相等，旁向散射小，经济可靠，结构简单。Co60治疗机（HMD-I）型6.3.2放射治疗设备(3)3、后装治疗仪后装治疗仪是一种远距离控制小射线源（钴60，铯137等）的治疗装置。4、快中子治疗仪中子源14MeVD-T中子发生器5、负π介子治疗仪6.3.3医用加速器1．概述放射治疗是癌症治疗的主要手段。最早用于治疗癌症的是X射线，50年代出现了远距离钴60治疗机，进入60年代后，医用加速器技术应运而生。由于医用加速器能产生电子、X、γ等射线，射线定向性好，能量高，穿透性强，并且可以控制，利用率又高，故各种加速器的不断出现很快在医学上得到重视和利用。6.3.3医用加速器（1）加速器用于医学在本世纪30年代就开始了，那时美国就有了用于医学的回旋加速器。40年代出现了医用电子感应加速器、电子同步加速器和质子同步加速器。1952年电子直线加速器在英国首次用于医疗。进入60年代医用电子直线加速器开始应用，由于它是一种能产生X射线和电子射线的先进设备，所产生的高能射线能以电离辐射的形式作用于细胞，杀伤不同种类的肿瘤细胞，所以被广泛用于临床治疗肿瘤。6.3.3医用加速器（2）2、电子直线加速器医用电子直线加速器是医疗器械领域设计制造复杂、技术含量最高的高科技产品，也是目前治疗肿瘤的主流设备。下面是国产XHA600C医用电子直线加速器XHA600C医用电子直线加速器6.3.3医用加速器（3）3、电子回旋加速器6.3.4立体定向放射治疗一、概述1949年瑞典神经科学家Leksell首先提出了放射外科学理论，设想利用立体定向技术，使用大剂量的高能量射线束（X、、质子、中子等）一次性摧毁靶点的病变组织。此后近二十年有许多科学家进行了研究和实验，于1068年建造了世界上第一台刀，并于1972年－1974年成功地做了二十多例脑动静脉畸形和癌症手术。从此刀开始用于治疗各种神经外科和癌症疾病。6.3.4立体定向放射治疗(1)二、－刀－刀和X－刀并非通常意义上的有利刃、有把柄、能切割的金属刀。称其为“刀”是因为它能象手术刀那样切除肿瘤，冠以“X”或“”是因为原动力来自X射线和射线，所以也是一种放射治疗。6.3.4立体定向放射治疗(2)1．－刀的基本原理和概况－刀是将多个放射源静止性照射到一点上，使该点的剂量很大，从而到达治疗的目的。1968年第一台－刀在瑞典问世，用179个钴60源；1974年第二代－刀用201个钴60源，照射直径达4－30mm；八十年代发展了第三代－刀，用多个等剂量6.3.4立体定向放射治疗(3)中心，更换各种准直器头盔，应用范围扩大到颅内肿瘤和血管畸形。1984年后－刀受到世界各国关注和推广，在英国和阿根廷安装了第三台和第四台－刀。1987年在美国安装了北美第一台－刀，每个钴源达30居里，适用于治疗面积更大、位置更深的病变。1992年美国已有10台－刀，日本有8台。近年来，我国已引进5台。6.3.4立体定向放射治疗(4)2、－刀的组成－刀由六部分组成，它们是：放射系统；校准系统（头盔）；手术台；控制台；液压系统和计算机治疗计划系统。6.3.4立体定向放射治疗(5)3、－刀的特点①无手术治疗，病人无痛苦；②手术精确，误差小（±0.1mm）；③简便省时,每次治疗只需3-小时；④新一代－刀配合CT、MRI和DSA及计算机，使治疗过程自动化和程序化。6.3.4立体定向放射治疗(6)4、－刀的临床应用伽玛刀、X刀治疗适应症：1.所有的脑内良、恶性肿瘤：脑膜瘤、垂体瘤、脑转移瘤、松果体瘤、三叉神经瘤、听神经瘤、血管网织细胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神经鞘瘤、NPH癌等2.癫痫；3.脑血管畸形、脑血管瘤；4.五官肿瘤：鼻咽癌、颅咽管瘤、鼻血管纤维瘤、内耳肿瘤、眼球后肿瘤；5.功能性脑神经疾病：三叉神经痛、顽固性头痛、帕金森氏病。奥沃伽玛刀6.3.4立体定向放射治疗(7)三、X－刀1、概述以产生硬X射线的医用直线加速器为放射源的立体定位定向装置，称为X－刀。其原理是通过Linac机架旋转控制射线的输出剂量，照射野的再次准直和治疗床的角度变化来使高辐射剂量照射源集中在靶点，而靶区周围X射线剂量很小，取得与－刀相同的治疗效果。6.3.4立体定向放射治疗(8)2、X－刀的特点和评价⑴无痛手术，病人痛苦极小⑵设备简单，只需对标准直线加速器稍加修改，就非常接近－刀⑶操作简单，技术容易掌握⑷造价比－刀低，容易推广⑸对环境污染小⑹可对多种癌（肝、肾、肺及骨癌等）进行立体放射治疗。6.3.4立体定向放射治疗(10)评价：预测X－刀将成为未来立体放射治疗的主要设备，比－刀更易推广。在美国X－刀治疗中心有80多个，而－刀治疗中心只有8个。3、X－刀的临床应用我