核医学.docx
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核医学
核医学绪论
一、核医学的定义、内容和特点
二、核医学发展现状
三、回顾与展望
四、怎样学习核医学
一、核医学的定义、内容和特点
1、核医学的定义：
是用放射性nuclide（核素）诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科；
是一门研究核素和核射线在医学中的应用及其理论基础的学科，它是核技术与医学结合的产物。
2、核医学的内容：
（1）Experimentalnuclearmedicine：
利用核技术探索生命现象的本质和物质变化规律，已广泛应用于医学基础理论研究，内容包括：
核衰变测量、标记、示踪、体外放射分析、活化分析和放射自显影等；
（2）Clinialnuclearmedicine：
临床核医学是用放射性核素诊断和治疗疾病的临床医学学科。
（3）诊断核医学：
invivo（体内）诊断法：
包括脏器显像和功能测定
invitro（体外）诊断法：
放射免疫分析
（4）治疗核医学：
利用radionuclide发射的核射线对病变进行内照射治疗。
3、核医学的特点：
（1）核医学显像：
核医学显像是显示放射性核素标记的放射性药物在体内的分布图，放射性药物根据自己的代谢和生物学特性，能特异地分布于体内特定的器官或病变组织，由于放射性核素放出γ射线，故能在体外被探测到，医学显像是显示器官及病变组织的解剖结构和代谢、功能相结合的显像。
（2）核医学器官功能测定：
核医学器官功能测定是利用放射性药物在体内能被某一器官特异摄取、在某一特定的器官组织中被代谢或通过某一器官排出等特性，在体外测定这些放射性药物在相应的器官中摄取的速度、存留的时间、排出的速度等，就可推断出相应器官功能状态。
（3）放射性核素治疗：
放射性核素治疗是利用在机体内能高度选择性地聚集在病变组织内的放射性药物，在体内杀伤病变细胞，达到治疗疾病的目的，治疗用放射性药物一般选用：
射程短、对组织的局部损伤作用强的射线，常用的射线是β射线，放射性核素治疗由于在体内能得到高的靶／非靶比值，故对病变组织有强的杀伤作用，而全身正常组织受的辐射损伤小，有较高的实用价值。
（4）核医学体外测定：
是利用放射性核素标记的示踪剂测定从人体内采取的血、尿、组织液等样品内微量生物活性物质含量的方法；
放射免疫分析法（radioimmunoassayRIA）特点：
灵敏度高（可以达到10-12～10-15克）、特异性强、操作简便、准确度高、应用广泛，能准确地定量人体内含量极微的激素、酶、神经介质、配体、受体、药物以及核酸、蛋白质等生物活性物质。
其他体外分析方法：
免疫放射分析法
酶标记免疫分析法
化学发光免疫分析法
时间分辨荧光免疫分析法
二、核医学的发展
放射性核素的发展
核医学仪器进展
放射性药物进展
1、放射性核素的发展：
1895年WilhelmRoentgen发现X射线；
1896年HenriBecquerel在铀盐中发现类似X射线的射线，这是人类首次发现放射性核素；
1898年MaricCurie成功地提取了放射性钋（Polonium）和镭（radium），用于人体内；
1934年Joliet和Curie研制成功用人工方法生产放射性核素，才真正揭开了放射性核素临床应用的序幕。
①锝元素和放射性核素131I的发现
1937年找到了43号元素锝（technetium）
1938年发现了放射性核素131I
②开始放射性核素治疗
1938年开始用32P治疗白血病
1941年开始用131I治疗甲状腺功能亢进
1946年开始用131I治疗甲状腺癌
③在诊断方面
1938年开始用128I（半衰期21.99min，β衰变）测定甲状腺的吸碘功能
2、核医学仪器进展：
1949年发明了第一台闪烁扫描机；
HalAngel在1950年研制了井型晶体闪烁计数器，用于体外放射性样品测量；
1957年研制了碘化钠晶体和针孔准直器的γ-照相机；
1964年有商品γ照相机供应，开创了核医学显像的新纪元；
国内也于20世纪80年代开始了γ照相机的生产；
1963年研制了第一台单光子发射式计算机断层显像（singlephotonemissioncomputedtomography，ECT）；
1975年正电子发射型计算机断层显像（positronemissiontomography，PET）研制成功，PET显像可以获得高对比度高清晰度的图像。
3、放射性药物进展：
1931年发明了回旋加速器；
1946年核反应堆投产；
1965年市售的钼-锝发生器问世，能大量生产适合核医学显像的99mTc（为纯γ射线，半衰期6.02h，能量141keV）；
1966年用于肝、脾显像的99mTc-硫胶体药盒试制成功；
商品形式供应的放射性核素显像药盒的成功开发；
1970年开始用亚锡离子（Sn2+）还原锝制备99mTc标记化合物，用Sn2+还原方法制得的99mTc-DTPA开始用于临床。
在20世纪70年代初期以药盒形式提供的
99mTc-白蛋白（albumin）标记成功
99mTc-红细胞用于血池显像
99mTc-多磷酸盐（PolyPhosPhate）用于全身骨显像
99mTc-焦磷酸盐（PyrPhosPhatePYP）用于心肌缺血诊断或骨显像剂
67Ca用于肿瘤显像
1975年201TI开始用于心脏显像
20世纪80年代开始正电子衰变放射性核素11C、13N、15O、18F等机体天然存在的元素标记的放射性药物用于PET显像，进行了心、脑灌注显像、代谢显像、肿瘤良、恶性判断显像等；
单克隆抗体显像；
癌基因反义寡核苷酸显像；
受体放射性核素显像；
放射性核素治疗的相继开发研究；
分子核医学的发展。
三、核医学的优势：
核医学显像的优势在于显示组织代谢变化和器官功能与解剖结构相结合的影像，可以鉴别恶性肿瘤和良性病变；
核医学显像和功能测定可以推测出大脑、心脏、肺、肝、肾等脏器早期功能变化，血液供给和代谢改变；
在恶性肿瘤还没有形成包块，甚至仅有癌基因的扩增和过度表达就可以测知其存在；
用PET显像方法检测出人在听音乐、唱歌时脑细胞代谢的变化；
利用核医学检测方法还可以在手术前或术中确定肿瘤转移的前哨淋巴结，使外科医生能准确地确定手术切除组织的范围。
图像融合技术
就是将PET与CT、SPECT与CT两幅不同图像融合成一张图像，利用了TCT（X－CT）图像解剖结构清晰，ECT图像反映器官的生理、代谢和功能，两者的融合将有机地把定性和定位作用结合起来，得到更好的诊断效果，是影像学发展的又一新起点。
四、怎样学习核医学：
要熟悉基础医学和临床医学各科基本知识；
掌握核医学与物理学、化学的关系;
必须要掌握解剖学、生理学、生化学、病理学、免疫学等基础医学学科，才能对核医学显像显示器官组织解剖结构、功能、代谢改变做出正确判断；
要熟悉临床各科疾病的特点，诊断、治疗方法，才能正确选择显像方法，分析显像结果；
正确掌握各种检查方法的特点，才能合理选用，多一种方法，就多一些确诊疾病的证据，多一分治愈疾病的希望。
第二章核医学仪器学
核医学的必备条件：
放射性核素放射性试剂
核医学仪器核医学工作场所
第一节放射线探测的原理和显像发展的历史
第二节γ照相机
第三节发射型计算机断层
第四节脏器功能测定仪
第五节体外放射分析用测量仪器
第六节图像融合技术
核医学仪器分类：
核医学仪器：
是把探测到的射线的能量转换成可记录和定量的电能、光能等，测定放射性核素的活性、能量及分布的装置。
按探测原理可分为两类：
1、电离探测器：
收集射线使物质电离的次数和电量信号反映射线的活度和能量，包括防护用剂量仪、辐射剂量测定仪、活度仪等；
2、闪烁探测器：
是利用晶体使射线能量转换成荧光光子，记录荧光光子的产生和数量，便可反映射线的活度和能量，主要用于核医学显像、功能测定和体外分析。
核医学显像仪器的发展：
1950年建立了晶体井型计数仪；
1951年研制成功闪烁扫描仪；
1957年研制成功γ-照相机；
1963年放射性核素发射式计算机断层显像（ECT）与X射线透射型计算机断层（TCT）几乎是同时问世；
1975年发明了正电子发射型计算机断层（PET）。
放射性核素显像的发展：
放射性核素显像的发展从闪烁扫描机、γ-照相机到SPECT、PET；
从人体整体水平、器官水平到组织水平、分子水平，紧跟现代科学的飞跃发展，伴随当代医学的每一进步，把核医学推到了一个新的起点，对影像医学乃至现代医学做出了巨大贡献。
第二节γ-照相机
γ-照相机是一次成像的核医学仪器。
它的主要组成部分：
准直器
晶体
光电倍增管
脉冲高度分析器
电子学线路
γ闪烁探测器的工作原理：
一个γ光子—碘化钠晶体—闪烁荧光—光电倍增管阴极—光电子—由于在光电倍增管中有各联极间及最后一个联极与阳极间的电位差，光电子在电场作用产生3-6倍的次级电子—通过8-14个联极，到最后一个联极—电子数增加105-108倍，这样大量的电子流最后射到阳极立即产生一个电位降，随即阳极电压又恢复到原有水平—形成一个瞬间负电压脉冲—前置放大器放大—输送到电子测量仪器和或计算机—处理和显示。
一、准直器：
准直器是由铅或铝钨合金中央打孔或者是四周合拢形成的装置，放于病人与晶体之间，从病人体内发射出的射线只有垂直进入准直器的才能进到晶体被探测，其它方向的射线则被准直器吸收或阻挡，其作用是保证γ-照相机的分辨率和定位的准确，因而病人体内的放射性药物发出的γ光子，只有少数能进入准直器作为显像信号。
二、晶体：
γ-照相机的晶体是由NaI（Tl）制成的，它的作用是把经准直器进入的射线能量转换成荧光光子，荧光光子被光电倍增管光阴极吸收后转换成电子，并经十多次的成倍放大，形成电压增加的电脉冲信号，Tl表示在碘化钠晶体里加有少量的Tl元素，其作用是转换光子波长，把碘化钠晶体发出的光子吸收后重新放出波长与光电倍增管的吸收峰范围相匹配的光子，增加探测效率，大的晶体探测范围大，但价格较高，薄晶体可提高γ照相机的分辨率，但探测效率更低。
三、光电倍增管：
光电倍增管的形状呈圆形、正方形、六角形等，光电倍增管均匀地排列在晶体的后面，紧贴着晶体，当射线进入晶体，与晶体相互作用产生的信号，被该部位一个或多个光电倍增管吸收，转变成电压信号输出，由这些输出信号的综合和加权，最终形成显像图像，在显像图中的定位取决于每一个光电倍增管感受到的信号的多少和强度，所以光电倍增管的数量多少与定位的准确性有关，数量多可增大显像的空间分辨率、增加定位的准确性。
四、脉冲高度分析器：
脉冲高度分析器的作用是选择性地记录从晶体和光电倍增管输送来的电脉冲信号，因为这些信号的脉冲高度代表电压高度，与射线能量成正比，故可以根据用做显像的放射性核素的射线能量来调节脉冲高度分析器的高度和窗宽，选择性地记录目标脉冲信号用做显像而排除本底及其它于扰信号，在γ-照相机上是通过调节脉冲高度分析器的阈值和测量道的窗宽来实现的。
五、数据处理系统：
γ-相机的电子学线路和计算机构成γ-相机的信号分析和数据处理系统，γ-相机的电子学线路除脉冲高度分析器外还有前置放大器、主放大器及均匀性校正电路、位置线路等，对信号进行放大及根据一定的校正因子对采集到的数据进行均匀性校正等，现代新型的γ-相机在每一个光电倍增管的底部设置信号处理线路，这样就更可减少信号的失真，提高准确度和空间分辨率。
六、特殊类型的γ-照相机：
1、全身显像γ-照相机：
全身显像是通过移动病人的床或γ-照相机的探头以及两者的配合运动来实现的；
2、便携式γ-照相机：
主机与计算机合为一体，可移动，主要用于心脏疾病的检查，用于心脏负荷试验及急救部门使用。
第三节发射型计算机断层
一、TCT和ECT的特点
二、SPECT在临床的应用
三、SPECT的数据采集
四、SPECT显像的质量控制
五、正电子发射断层
六、正电子发射核素的SPECT显像
七、定量SPECT显像技术
八、SPECT和PET的比较
SPECT的组成：
准直器碘化钠NaI晶体
光导光电倍增管阵列
模数转换器（ADCs）位置与能量信号处理器
单光子发射计算机断层照相机（singlephotonemissioncomputedtomographySPECT）：
最常用者为旋围型γ-照相机，即由γ闪烁探测器围绕躯体作180o或360o自动旋转，对体内的γ光子进行多角度的探测，信息由计算机采集，利用特殊软件重建各种断层影像，当探测器不旋转，该机亦可当一般γ照相机使用，也可进行全身显像，因此是一机三能，“单光子”即γ光子，“发射”是指γ光子是由体内发射出来，以区别于X线是从体外穿透人体而到达接受器；
XCT属穿透型CT（TCT），核素CT属发射型CT（ECT）。
一、TCT和ECT的特点：
X射线穿透型计算机断层（TCT）显像是记录X射线从外部穿透机体后由组织密度的差异产生的影像；
ECT显像是反映放射性药物在体内的分布图；
TCT是反映解剖结构；
ECT是既反映解剖结构又反映器官的生理和功能；
TCT的X射线的穿透是一个方向，根据CT值可以推算组织的密度；
ECT的射线是随机的，可向任意方向发射；因而显像的记录及计数不能反映放射性核素在组织器官中的真实浓度；在PET增加校正装置，可以定量测定体内放射性核素。
二、SPECT在临床的应用：
心肌灌注显像脑灌注显像
67Ga淋巴瘤显像腰椎骨脱位显像
骨盆显像颞下颌的连接部疾病显像
肝血管瘤显像标记多肽及单克隆抗体显像
三、SPECT的数据采集：
单探头SPECT相当于用大视野γ-照相机的探头通过可旋转的机架围绕探头的旋转中心绕病人旋转，每隔一定角度采集图像，通常是以每隔3o或6o采集一帧平面显像或360o采集64帧图像，通过计算机处理、重建成断层显像。
四、SPECT显像的质量控制：
1、均匀性评价和校正2、旋转中心的决定和校正
3、像素X、Y增益大小的校正4、准直器
5、显像系统的综合评价
l、均匀性评价和校正：
SPECT显像的均匀性由平面显像系统和断层重建过程所决定，显像系统方面包括晶体反应的均匀性（内部均匀性）、准直器的完整性（外部均匀性）以及γ-相机与计算机之间的模拟信号向数字信号转移过程的质量等，显像系统的不均匀性可以产生显像的伪影，影响显像质量，显像系统的非均匀性误差时控制在3％-5％，要产生没有伪影的高质量显像，必须使SPECT的非均匀性误差控制在不大于1％（平面1％——重建20％），因此SPECT应每周进行均匀性校正并将结果储存在计算机里。
2、旋转中心的决定和校正：
SPECT的旋转中心（COR）是由γ-照相机的机械结构、旋转支架和电子学线路决定的，影响COR的因素有探头或支架的机械性失常、电子学线路的不稳定以及在γ-照相机的模拟信号转换成数字信号时的非线性等，显著的旋转中心的偏移，一般如大于0.5像素可降低重建显像的对比度和分辨率，会造成显像的失真。
3、像素X、Y增益大小的校正：
必须使每一像素在X、Y方向均保持同样的大小，像素大小的差异可能产生不准确的重建、错误的衰减校正以及旋转中心的偏移，一般是每半年或维修之后进行一次像素大小的校正。
4、准直器：
准直器的损坏会导致显像视野的非均匀性产生，降低显像质量，准直器的质量控制首先是通过仔细观察检查，进一步可以用高计数的放射源显像观察显像质量。
5、显像系统的综合评价：
一些反映总体性能的评价指标，例如对比度、显像噪声、视野的均匀性、衰减校正的准确性等可以采用含放射性的体模来进行。
五、正电子发射断层：
1、原理：
用正电子衰变核素标记的放射性药物在人体内放出的正电子与组织相互作用，发生正电子湮灭向相反的方向发射两个能量为511kev的γ光子，PET就是依据这一现象，用符合探测在相反方向同时探测两个511kev的γ光子。
2、方法：
用呈相反方向（互成180o）排列的两个探头探测γ光子γ光子与检测器作用产生荧光光子并形成电脉冲脉冲高度分析器选择能量符合511kev的电脉冲送入电子学线路将电脉冲信号送入显像系统计算机以闪烁数据为基础生成PET显像。
3、特点：
PET由于使用电子学符合线路，不需要γ相机所用的铅准直器，因而避免了铅准直器对射线的大量吸收，较之SPECT有更好的灵敏度和空间分辨率；
PET符合线路要探测向相反方向发射的两个光子，需要环形的或至少是双探头的探测器，专用PET有100-200对或更多的相对排列的探头组成，围绕病人形成完全环状或部分环状结构。
4、药物：
PET使用的放射性核素半衰期都很短，如使用最多的18F的T1/2为109.8min、15O（122s）、13N（10min）、11C（20.3min），它们主要由加速器生产，因而购置PET必须同时购置加速器，费用较大。
六、正电子发射核素的SPECT显像：
由于PET造价较高，故发展了用普通的双探头SPECT系统进行PET显像的方法。
1、高能准直器：
1995年用双探头或三探头并带高能准直器的SPECT进行了18F-FDG显像，这种高能准直器的设计适合检测511kevγ光子，这种方法使用单探头或多探头的旋转探测器不用符合计数装置也可对511kevγ光子进行显像，这种改良SPECT的灵敏度较低，分辨率也是各种PET显像方法中最低的。
2、符合探测：
利用双探头SPECT，不需准直器，采用符合线路同时探测两个方向相反的湮灭光子，显像收集方法相似于一般的SPECT显像，这种方法具有中等度的灵敏度和分辨率，这种系统比简单的高能准直器系统具有较高的价格，但比专用PET价格低廉，这种方法具有较好的临床应用前景。
七、定量SPECT显像技术：
定量SPECT显像技术不仅可以对SPECT显像进行定量分析，还能改善显像的分辨率和对比度，提高SPECT显像的质量，定量技术是通过改进SPECT的硬件和软件来实现的；
八、SPECT和PET的比较：
1、SPECT特点：
结构较简单、价格低，不需要在医院内配置生产放射性核素的加速器，放射性药物的来源较广，容易推广普及，SPECT能够进行放射性核素体内分布相对比较显像，但进行体内定量分析显像就比较困难、也不太准确。
2、PET的特点：
PET是专门为探测体内正电子发射体湮灭辐射时同时产生的方向相反的两个γ光子而设计的显像仪器，数十个直至上百个小γ闪烁探测器环形排列，在躯体四周同时进行探测，其他部件基本同SPECT，PET是进行心、脑代谢显像不可缺少的设备，但因价格昂贵，正电子发射体及其标记物价格也高，故较难推广应用。
3、PET的优势：
①不用铅准直器，采用符合计数，可提高灵敏度，并能改善分辨率；
②PET显像常用的放射性核素多是组成人体的固有元素，是人体代谢必需的重要物质，如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等组成成份，容易合成放射性药物而不影响其生物学性质，从而可以进行代谢显像，对体内重要代谢途径的研究和临床应用都有重要意义；
③PET很容易进行衰减校正和定量分析。
4、SPECT和PET的共同点：
①显像原理都是利用晶体转换γ光子射线成荧光光子，并被光电倍增管探测和放大，得到放射性核素在体内分布的图像；
②二者都能得到断层显像。
第四节脏器功能测定仪
脏器功能测定仪对射线的探测原理同γ相机；
脏器功能测定仪包括：
单探头计数仪：
如甲状腺功能仪、心功能仪；
双探头计数仪：
肾图仪使用双探头计数仪；
多探头计数仪：
可同时测定一个脏器的多个部位或多个脏器的功能。
第五节体外放射分析用测量仪器
1、井型晶体计数器
2、液体闪烁计数器
3、放射性活度测量仪
1、井型晶体计数器：
结构与上述功能测定仪相似，不同的是在圆柱形的碘化钠晶体中央有一小孔，可插入试管等样品，增加射线进入晶体的机会，主要用于γ射线和电子俘获衰变核素的特征X射线的测量，近来这类测量仪大都配有计算机，可以进行自动换样、数据记录、打印和数据处理等，如：
放射免疫测量仪。
2、液体闪烁计数器：
放射性探测仪器的晶体又被称为闪烁体，它的作用是把射线能量转换成荧光光子，闪烁体除了固体形态外还有液态的，使用液体闪烁体的放射性测量仪器被称为液体闪烁计数器；
液体闪烁测量的能量传递过程是：
射线与闪烁液相互作用产生的荧光光子从闪烁液内部透过闪烁液和容器壁传到光电倍增管，因而可以避免样品的自吸收，主要用于3H、14C等低能β射线的测量。
3、放射性活度测量仪：
使用封闭式井型电离室探测器，经过标定可以直接测定出放射源的绝对活度，调节核素选择开关或更换探头可以对临床上使用的常用多种核素如α、β、γ射线进行活度测量，是核医学临床测量样品活度的常用仪器，它是决定放射性药物给药剂量的依据。
第六节图像融合技术
图像融合技术和图像融合联机，就是将PET与CT、SPECT与CT两幅不同图像融合成一张图像，利用了TCT（X-CT）图像解剖结构清晰，利用了ECT图像反映器官的生理、代谢和功能的特点，两者的融合将有机地把定性和定位作用结合起来，得到更好的诊断效果，是影像学发展的又一新起点。
第三章放射性药物
第一节基本概念
放射性药物（radiolpharmaceuticals）：
是指含有一个或多个放射性原子而用于诊断和治疗的药物。
放射性药物必须符合药用要求：
即安全、有效而生物性能稳定；
放射性药物按不同用途分为：
诊断用和治疗用放射性药物两种。
放射性药物：
1、放射性药物分子中的放射性核素原子主要是起可被探测的作用；
2、被标记的化合物根据其生物学性质决定放射性药物在体内的分布；
3、二者有机的结合，使得放射性药物能检测出体内组织代谢改变、器官功能的变化。
体内用放射性药物在体内定位机制：
1、特异性摄取2、代谢性陷入
3、特异性结合4、通道、灌注和生物分布区
5、简单扩散6、特殊价态物质摄取
7、化学吸附8、微血管栓塞和拦截
9、细胞的吞噬和胞饮作用10、排泄和清除
2、特异性摄取：
某些含radionuclide的化合物可被特定组织或器官摄取，因此可对该组织或器官进行功能测定、显像或治疗；如131I一sodiumiodide（131I一碘化钠，简称131I）可作为甲状腺激素特异合成原料而被甲状腺上皮细胞摄取和利用，从而可进行甲状腺功能测定、显像或治疗甲状腺功能亢进症及甲状腺癌转移灶。
2、代谢性陷入：
天然营养物质的类似物进入细胞，参与代谢的部分环节，由于与天然营养物质的结构差异导致代谢障碍而停留在细胞中；如18F－FDG是葡萄糖类似物，依靠细胞膜上的葡萄糖转运蛋白摄取，进入细胞后被己糖激酶催化后生成18F－FDG－6－P，它的结构与6一磷酸葡萄糖有差异，不能自由通过细胞膜；因此，18F－FDG可反映心肌、脑、肿瘤等组织的葡萄糖摄取及利用情况。
3、特异性结合：
通过酶的底物、配体与受体、抗原与抗体特异性结合进行定位；如radionuclide标记的抗体与相应的抗原结合使含有这种抗原的组织和病变显影，称为radioimmunoimaging（RII，放射免疫显像）；也可以用于肿瘤治疗，称为radioimmunotherapy（RIT，放射免疫治疗）。
4、通道、灌注和生物分布区：
将imagingagent（显像剂）引入某一通道或当它通过某一通道时，可以使这些通道静态地或动态地显影；例如，静脉注射99Tcm－RBC，可以获得大血管、心房、心室和各脏器的血池影像，并且使一些含血量明显增高的病变和出血部位得以显示；又如，肝细胞肝癌由肝动脉供血，iv99Tcm－RBC进行肝血流灌注显像可在动脉相出现明显的灌注影像
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