放射性衰变基本知识Word文档格式.docx

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核素显像的优缺点。

教学难点：

教学方法

多媒体教学

教学仪器

授课提纲

绪论

一、核医学基本概念和学科分类

1．定义

2．学科分类

二、核医学功能成像原理与其它影像技术的比较

三、核医学科学研究的特点和方法

四、核医学的发展历史和现状

选用教材

《核医学》第八版李少林主编

参考教材

第一章放射性衰变基本知识

65分钟

1．了解衰变规律；

熟悉射线与物质的相互作用。

2．掌握原子核结构及其相关概念。

衰变规律；

射线与物质的相互作用。

原子核结构及其相关概念。

多媒体

教学步骤

第一节同位素、核素、同质异能素

一、原子组成

二、核素、同位素、同质异能素

三、稳定核素与放射性核素

第二节放射性衰变

一、核衰变类型

二、核衰变规律

第三节射线与物质的相互作用

一、带电粒子与物质的相互作用

二、光子与物质的相互作用

思考题

1、核医学定义及研究内容。

2、核素显像的优缺点。

3、什么是核素、同位素、同质异能素、放射性核素、基态、激发态、放射性活度、贝克、电离、激发、半衰期？

4、简述放射性核衰变的类型及特点。

5、放射性活度的国际单位和常用单位是什么？

讲授内容

注解

绪论

一、定义和学科分类

1．定义：

核医学（nuclearmedicine）是将核技术应用于医学领域的学科，是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科。

为临床医学。

根据我国医学专业学位点的设置，核医学属于“影像医学与核医学”学位点。

3．核医学显像与X-CT显像的区别

目前影像医学包括X线诊断学、超声影像诊断学和磁共振影像诊断学。

核医学显像与X-CT显像的区别

核医学显像

X-CT显像

仪器

SPECT、PET

T-CT、螺旋CT

成像

发射型成像（r射线由体内射出成像）

穿透型成像（X射线穿透人体成像）

成像原理

利用脏器内外或脏器与病变之间的放射性浓度差别为基础

利用脏器内外或脏器与病变之间的密度差别为基础

成像性质

生理、功能显像为主

形态、结构显像为主

优、缺点

早期诊断、分辨率高、图像清晰

分辨率低、图像清晰度差不能反映功能改变

二、核素显像的优缺点

2）早期诊断：

血流、代谢异常常是疾病的早期变化，出现在形态学改变之前。

3）提供多种参数：

研究疾病早期变化。

4）具有较高的特异性：

如显示受体、肿瘤、炎症、异位等。

5）无创伤性检查，过敏及毒副作用极少。

6）辐射吸收剂量远低于X线检查。

7）缺点：

影像清晰度差。

三、核医学的内容

核医学显像、器官功能测定、体外分析、核素治疗。

第一章核物理知识

1.原子核（nucleus）结构

2．基态（groundstate）和激发态（excitedstate）

原子核结构可表示为AZＸN，其中Ｘ为元素符号，N为中子数，Z为质子数，A为质量数，通常可以省略为AＸ，如13153I78可省略为131I。

原子核可处于不同的能量状态，平常情况下处于最低的状态称为基态。

原子核在某些核反应、核裂变及放射性衰变后仍处于高能状态，称为激发态。

3．核素（nuclide）

质子数、中子数均相同，并且原子核处于同一能量状态的原子，称为一种核素。

4．同位素（isotope）

凡具有相同质子数而中子数不同的核素互称同位素。

如125I、131I、127I互为碘元素的同位素。

具有相同的化学性质和生物学特性。

5．同质异能素（isomer）

质子数和中子数都相同，处于不同核能状态的原子称为同质异能素。

激发态的原子和基态的原子互为同质异能素。

如99Tc处于基态，99Tcm处于激发态，二者互为同质异能素。

一、核力和放射性核素

1．核力

质子和中子统称为核子（nucleon），原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力。

2．稳定核素（stablenuclide）

　　　引力　　----------------------静电排斥力

核子（质子和中子统称为核子）之间　　　质子之间

原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。

当原子核内引力与排斥力平衡时，原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素。

3．放射性核素（radionuclide）

原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素。

如99Tcm、131I、32P、90Sr、153Sm、188Re、125I、60Co等。

二、放射性衰变（radiationdecay）

放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变。

核衰变方式

1）衰变（alphadecay）：

释放出射线的衰变。

2）-衰变（betadecay）：

释放出-射线的衰变。

3）正电子衰变：

释放出正电子的衰变。

4）电子俘获（electroncapture）：

原子核俘获一个核外轨道电子使核内一个质子转变成一个中子和放出一个中微子的过程。

5）衰变（gammadecay）：

原子核从激发态回复到基态时，以发射光子释放过剩的能量的过程。

几种核衰变方式的鉴别

射线

-射线

正电子

电子俘获

组成

氦核

（42He）

高速运动的电子流

+粒子

Ｘ射线

俄歇电子

内转换电子

光子

特征

发生于原子序数>

82的核素

粒子质量大，带电核

射程短、穿透力弱，不适合显像　

穿透力弱

发生于贫中子核素

射程仅1~2mm

发生于衰变、衰变或核反应之后　

不带电荷，运动速度快（等于光速），穿透力强，对组织的局部作用较-射线和射线弱

应用

射程短、能量单一，对局部的电　离作用强，引入体内后，对其局部的生物组织产生严重损伤，而不影响远处组织。

因此对开展体内恶性组织的放射性核素治疗具有潜在优势

治疗，如32P-真性红细胞增多症，131I－甲状腺疾病

PET显像

核医学显像、

体外分析、

放射性核素治疗

体外显像

三、核衰变规律

1．衰变规律

对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变；

放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行；

各种放射性核素都有自己特有的衰变速度；

放射性核素原子随时间而呈指数规律减少。

其表达式:

N=N0e-t

◆N0为初始放射性原子数；

◆N为经t时间衰变后的原子数；

◆e是自然对数底；

◆是衰变常数

Ø

对整个放射源，表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数；

对单个原子核，表示原子核发生衰变的几率，即发生衰变的可能性。

◆每种放射性核素都有其固定的值。

从N=N0e-t中可看出，值越大，放射性核素衰变越快。

2．半衰期，T1/2（half-life）

物理半衰期（physicalhalflife）：

放射性核素减少至一半，所需的时间。

越短说明核素衰变越快。

生物半衰期（biologicalhalflife）：

生物体内的放射性核素由于机体代谢从体内排出一半所需的时间。

有效半衰期（effectivehalflife）：

生物体内的放射性核素由于机体代谢从体内和物理衰变两个因素作用，减少至原有放射性活度的一半所需的时间。

T1/2为每一放射性核素所特有。

测定T1/2可确定核素种类，甚至可推断放射性核素混合物中核素种类。

99mTc6Hr153Sm47Hr

131I8Day186Re90Hr

32P14Day125I60day

3．放射性活度A（radioactivity）

单位时间内原子核的衰变数量。

衰变常数表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数，即Ａ＝Ｎ，因此N=N0e-t换算为Ａ=Ａ0e-t。

◆A0为初始时间的放射性活度；

◆A为经t时间的放射性活度；

放射性活度随时间呈指数规律减少。

贝克（Bq）为放射性活度的国际单位，1Bq表示放射性核素每秒衰变1次；

居里（Ci）为旧的单位，1Ci表示每秒衰变3.7x1010次。

1Ci=3.7x1010Bq,即1mCi=37MBq

放射性活度与质量

阿伏加德罗常数；

1摩尔量的各种元素皆含6.0231023个原子。

m=（I•T1/2•A）/（4.171017）或m=（C•T1/2•A）/（1.131013）式中：

m为质量g，I为活度MBq，C为活度旧制Ci，T1/2为物理半衰期，A为质量数。

例1：

32P的T1/2为14.26天，A=32，代入上式可得：

1MBq32P的质量为9.4510-11g。

例2：

131I的T1/2为8.04天，A=131，代入上式可得：

1MBq131I的质量为2.1810-10g。

例3：

125I的T1/2为60.2天，A=125，代入上式得：

1MBq125I的质量为1.5610-9g。

普通核医学仪器可测1Bq，约为10-16g；

天平：

10-5g；

微量化学分析：

10-9g；

荧光分析：

10-11g~10-12g；

光谱分析：

10-10g。

1．电离与激发：

（ionizationandexcitation）

电离：

α、β→物质→核外电子→e-脱离轨道→自由电子；

失去e-的核带正电荷，两者形成一对离子。

自由电子还可使其它原子发生电离：

次级电离

激发：

α、β→物质→轨道电子获能→由低能级→高能级，使整个原子处于激发态；

退激时可发射标识X射线和Auger电子。

电离密度：

单位路径形成的离子对数目称为：

ionizationdensity。

表示带电离子电离能力大小；

电离密度取决于带电粒子能量、速度与物质密度。

带电粒子能量大、速度慢、物质密度低，电离密度则大。

2．散射scattering

入射粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变运动方向与能量的过程。

仅改变运动方向能量不变者为弹性碰撞。

α粒子的质量较大，径迹基本呈直线，发生散射较少。

β粒子轻，运动为曲线，散射明显。

率随带电粒子的能量和物质原子序数增大而增大。

3．轫致辐射bremsstrahlung

高速带电粒子通过物质原子核电场时受到突然阻滞，运动速度和方向突然发生变化，部分或全部动能以X射线的形式发射出来，这种现象称为轫致辐射。

4．湮灭辐射annihilationradiation

+衰变产生的正电子具有一定的动能，能在介质中运行一定距离，当其能量耗尽时可与物质中的自由电子结合，转化为两个方向相反、能量各为0.511Mev的光子而自身消失，这叫湮灭辐射。

5．吸收

射线使物质的原子发生电离和激发的过程中，射线的能量全部消耗，射线不复存在，即为吸收。

1．光电效应（photoelectriceffect）：

多发生在低能量：

<

0.5MeV；

光子被物质原子完全吸收后发射轨道电子；

脱离轨道的电子称光电子，还可产生次级电离；

原子因电子空位处于激发态,退激时发射标识X线或俄歇电子。

2．康普顿效益Comptoneffect：

多发生在中等能量：

0.5-1.0MeV；

入射光子将部分能量

转移给物质核外电子,其余部分能量被散射光子带走；

入射光子多为与外层轨道电子弹性碰撞，光子与电子的相互作用。

3．电子对生成electronpairproduction：

发生在能量足够大的光子：

>

1.02MeV（两个电子的静止质量）；

光子在电场作用下被完全吸收，产生一对正负电子；

光子能量被正、负电子任意分配带走（超过1.02MeVEr转化为正负电子动能）。

▲

※