1、第五章第五章 放射性核素示踪技术与显像放射性核素示踪技术与显像 福建省医科大学福建省医科大学 林好学林好学 (Radionuclide Tracing Technique and Imaging) 概述概述（Introduction） 放射性核素示踪技术是核医学诊断与放射性核素示踪技术是核医学诊断与 研究的方法学基础，可以说，核医学研究的方法学基础，可以说，核医学 任何诊断技术和方法都是建立在示踪任何诊断技术和方法都是建立在示踪 技术的基础之上的。没有示踪原理就技术的基础之上的。没有示踪原理就 没有核医学。没有核医学。 什么是示踪技术？什么是示踪技术？ 什么是示踪？什么是示踪？ 所谓示踪就是指
2、示行踪。所谓示踪就是指示行踪。 什么是放射性核素示踪技什么是放射性核素示踪技（radionuclide tracing technique） 就是以放射性核素或标记化合物作为示踪剂就是以放射性核素或标记化合物作为示踪剂 (tracer)(tracer)，通过探测放射性核素在发生核衰变过通过探测放射性核素在发生核衰变过 程中发射出来的射线，达到显示被标记的化学分程中发射出来的射线，达到显示被标记的化学分 子踪迹的目的，用以子踪迹的目的，用以研究被标记物在生物体系或研究被标记物在生物体系或 外界环境中分布状态或变化规律的技术。外界环境中分布状态或变化规律的技术。 What is tracing t
3、echnique? 示踪技术是继显微镜发明以来又一突出成就，示踪技术是继显微镜发明以来又一突出成就，为宏为宏 观医学向微观医学发展做出了极为重要的贡献。观医学向微观医学发展做出了极为重要的贡献。显显 微镜发现了细胞和微生物，而核素示踪技术看到了微镜发现了细胞和微生物，而核素示踪技术看到了 机体内分子的变化。机体内分子的变化。 放射性核素示踪技术在分子医学中显示了其独特的放射性核素示踪技术在分子医学中显示了其独特的 地位和优势。地位和优势。 为什么要用核素作为示踪剂？为什么要用核素作为示踪剂？ Why use radionuclide as tracer? 第一节第一节 放射性核素示踪放射性核素
4、示踪 技术的原理与特点技术的原理与特点 Principle and Characteristic of Nuclide Tracing Technique 同一性同一性 放射性核素标记化学分子和相应的非标记化学放射性核素标记化学分子和相应的非标记化学 分子具有相同的化学及生物学性质。分子具有相同的化学及生物学性质。 放射性核素的可探测性放射性核素的可探测性 放射性核素能自发地放射出射线。利用高灵敏放射性核素能自发地放射出射线。利用高灵敏 度的仪器能进行定量、定位、定性探测。动态度的仪器能进行定量、定位、定性探测。动态 观察各种物质在生物体内的量变规律。观察各种物质在生物体内的量变规律。 Or
5、为什么放射性核素能作为示踪剂？为什么放射性核素能作为示踪剂？ 灵敏度高灵敏度高 可以测定可以测定1010- -14 14 1010- -18 18g g物质 物质 合合符生理条件符生理条件 不影响生物体原来状态，能反映机体真实的情况不影响生物体原来状态，能反映机体真实的情况 相对简便、实验误差小相对简便、实验误差小 可避免反复分离、纯化造成的损失可避免反复分离、纯化造成的损失 定性、定量与定位定性、定量与定位研究研究相结合相结合 缺点或不足缺点或不足 需专用的实验条件及必要的防护设备；标记核素的需专用的实验条件及必要的防护设备；标记核素的 脱标可能对实验结果造成影响脱标可能对实验结果造成影响
6、Characteristic of nuclide tracing technique 体内示踪技术（体内示踪技术（in vivo) 体外示踪技术（体外示踪技术（in vitro) 按研究对象不同可分为按研究对象不同可分为 体内示踪技术体内示踪技术（in vivo) 物质吸收、分布及排泄的示踪研究物质吸收、分布及排泄的示踪研究 常用于药物的药理学、药效学和毒理学研常用于药物的药理学、药效学和毒理学研 究，在药物的筛选、给药途径和剂型选择等究，在药物的筛选、给药途径和剂型选择等 方面都具有重要的价值。方面都具有重要的价值。 2放射性核素稀释法放射性核素稀释法 是利用稀释原理对微量物质作定量测量或
7、测定是利用稀释原理对微量物质作定量测量或测定 液体容量的一种核素示踪方法。比一般化学分析方液体容量的一种核素示踪方法。比一般化学分析方 法更简单，灵敏度更高，广泛地用于研究人体各种法更简单，灵敏度更高，广泛地用于研究人体各种 成分的重量或容量，如测定身体总水量、全身血容成分的重量或容量，如测定身体总水量、全身血容 量量( (包括包括RBCRBC容量和血浆容量容量和血浆容量) )、细胞外液量、可交换、细胞外液量、可交换 钠量和可交换钾量等钠量和可交换钾量等 。 体内示踪技术体内示踪技术（in vivo) 3放射自显影技（放射自显影技（autoradiography，ARG） 是根据放射性核素的示
8、踪原理和射线能使感光材料是根据放射性核素的示踪原理和射线能使感光材料 感光的特性，借助光学摄影术来检查及记录被研究样品感光的特性，借助光学摄影术来检查及记录被研究样品 中放射性示踪剂分布状态的一种核技术。中放射性示踪剂分布状态的一种核技术。 具有定位精确、灵敏度高、可定量分析等优点，广具有定位精确、灵敏度高、可定量分析等优点，广 泛用于药理学、毒理学、细胞学、血液学、神经学、遗泛用于药理学、毒理学、细胞学、血液学、神经学、遗 传学等学科领域。传学等学科领域。 体内示踪技术体内示踪技术（in vivo) 4 4放射性核素功能测定放射性核素功能测定 放射性药物引入机体后，根据其理化及生物放射性药物
9、引入机体后，根据其理化及生物 学性质参与机体特定的代谢过程，并动态地分布学性质参与机体特定的代谢过程，并动态地分布 于有关脏器和组织，通过检测仪器可观察其在有于有关脏器和组织，通过检测仪器可观察其在有 关脏器中的特征性消长过程，从而了解相应脏器关脏器中的特征性消长过程，从而了解相应脏器 的功能状况。如甲状腺吸的功能状况。如甲状腺吸131I I功能测定、肾功能功能测定、肾功能 测定等（见下图）。测定等（见下图）。 体内示踪技术体内示踪技术（in vivo) 放射性核素功能测定放射性核素功能测定 甲状腺吸甲状腺吸131I功能测定功能测定 患者口服患者口服131 131I I 甲状腺吸碘功能测定仪甲
10、状腺吸碘功能测定仪 甲状腺吸碘功能测定结果甲状腺吸碘功能测定结果 放射性核素功能测定放射性核素功能测定 肾肾功能测定（微机肾图）功能测定（微机肾图） 静脉注射经肾小球滤过或静脉注射经肾小球滤过或 肾小管摄取排泄的示踪剂肾小管摄取排泄的示踪剂 肾功能测定仪肾功能测定仪 肾功能测定结果肾功能测定结果 5 5放射性核素显像技术放射性核素显像技术 是根据放射性核素示踪原理，利用放射性核素是根据放射性核素示踪原理，利用放射性核素 或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，从或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，从 体外获得脏器和组织功能、结构影像的一种核技体外获得脏器和组织功能、结构影像的一种核技 术（
11、见下图）。术（见下图）。 体内示踪技术体内示踪技术（in vivo) 放射性核素显像放射性核素显像 向患者体内引入特定向患者体内引入特定 示踪剂（或显像剂）示踪剂（或显像剂） 核医学显像设备核医学显像设备 SPECT PET 1 1体外示踪结合放射分析体外示踪结合放射分析 是指在体外条件下，以放射性核素标记的抗原、是指在体外条件下，以放射性核素标记的抗原、 抗体或受体的配体为示踪剂，以特异性结合反应为抗体或受体的配体为示踪剂，以特异性结合反应为 基础，以放射性测量为定量方法，对微量生物活性基础，以放射性测量为定量方法，对微量生物活性 物质进行定量分折的一类技术的总称，包括放射免物质进行定量分折
12、的一类技术的总称，包括放射免 疫分析、免疫放射分析、放射受体分析等。疫分析、免疫放射分析、放射受体分析等。 体外示踪技术体外示踪技术（in vitro) 物质代谢与转化的示踪研究物质代谢与转化的示踪研究 不仅能够对前身物、中间产物、最终产物做出定不仅能够对前身物、中间产物、最终产物做出定 性分析，还可用以研究前身物转化为产物的速度、性分析，还可用以研究前身物转化为产物的速度、 转化条件、转化机制以及各种因素对转化的影响。转化条件、转化机制以及各种因素对转化的影响。 例如，用例如，用3H3H- -TdRTdR掺入掺入DNADNA作为淋巴细胞转化的指作为淋巴细胞转化的指 标观察细胞免疫情况；用标观
13、察细胞免疫情况；用125I125I- -UdRUdR（尿嘧啶核苷）（尿嘧啶核苷） 掺入掺入RNARNA，可作为肿瘤细胞增殖速度的指标，用于抗，可作为肿瘤细胞增殖速度的指标，用于抗 肿瘤药物的药敏实验研究等。肿瘤药物的药敏实验研究等。 体外示踪技术体外示踪技术（in vitro) 细胞动力学分析细胞动力学分析 是研究各种增殖细胞群体的动态量变过程的方法，包括增殖、是研究各种增殖细胞群体的动态量变过程的方法，包括增殖、 分化、迁移和衰亡等过程的变化规律以及体内外因素对它们的分化、迁移和衰亡等过程的变化规律以及体内外因素对它们的 影响和调控等。以细胞周期时间测定最为常用（见下图）。影响和调控等。以细
14、胞周期时间测定最为常用（见下图）。 体外示踪技术体外示踪技术（in vitro) S DNA合成 期 G2 合成后期 M 有丝分 裂期 G1 DNA合成前期 3H-TdR掺入 Observe windowObserve window G0期 death 放射自显影观 察特有的变化 活化分析活化分析 是通过使用适当能量的射线或粒子照射待测样是通过使用适当能量的射线或粒子照射待测样 品，使待测样品中某些稳定的核素通过核反应变成品，使待测样品中某些稳定的核素通过核反应变成 放射性核素（活化），然后进行放射性测量和能谱放射性核素（活化），然后进行放射性测量和能谱 分析，获得待测样品中稳定性核素的种类与
15、含量分析，获得待测样品中稳定性核素的种类与含量 （分析）的超微量分析技术。活化分析是各种痕量（分析）的超微量分析技术。活化分析是各种痕量 分析法中灵敏度最高的方法之一。分析法中灵敏度最高的方法之一。 体外示踪技术体外示踪技术（in vitro) 第二节第二节 放射性核素显像放射性核素显像 (Radionuclide Imaging) SPECT liver 脏器和组织显像的基本原理是放射性核素的示踪作用：脏器和组织显像的基本原理是放射性核素的示踪作用： 不同的显像剂在体内有其特殊的分布和代谢规律，能不同的显像剂在体内有其特殊的分布和代谢规律，能 够选择性聚集在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻
16、近够选择性聚集在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻近 组织之间的放射性分布形成一定程度浓度差，而显像剂中组织之间的放射性分布形成一定程度浓度差，而显像剂中 的放射性核素可发射出具有一定穿透力的的放射性核素可发射出具有一定穿透力的射线，利用放射线，利用放 射性测量仪器（射性测量仪器（相机、相机、SPECTSPECT、PET PET 、SPECT/CTSPECT/CT、PET/CTPET/CT 等）可在体外被探测、记录到这种放射性浓度差，从而在等）可在体外被探测、记录到这种放射性浓度差，从而在 体外显示出脏器、组织或病变部位的形态、位置、大小以体外显示出脏器、组织或病变部位的形态、位置、大小以 及
17、脏器功能变化。及脏器功能变化。 不同的脏器、组织或病变选择性聚集不同的脏器、组织或病变选择性聚集 显像剂的机理显像剂的机理 1. 合成代谢：合成代谢：131I 甲状腺甲状腺 2. 细胞吞噬：细胞吞噬：99mTc-硫胶体硫胶体 肝、脾、骨髓肝、脾、骨髓 3. 循环通路：循环通路：99mTc-RBC 心血池，心血池，99mTc-DTPA 胃排空胃排空 4. 选择性农聚：选择性农聚：99mTc-PYP 心肌梗塞灶，亲肿瘤显像剂心肌梗塞灶，亲肿瘤显像剂 肿瘤肿瘤 5. 选择性排泄：选择性排泄：99mTc-DTPA 肾脏肾脏 99mTc-EHIDA 胆道系统胆道系统 6. 通透弥散：通透弥散：放射性惰性
18、气体放射性惰性气体133Xe 肺肺 7. 离子交换和化学吸附：离子交换和化学吸附：99mTc-MDP 骨骨 8. 特异性结合：特异性结合：抗体抗体抗原、配体抗原、配体受体受体 1.1.根据影像获取的状态分为根据影像获取的状态分为 静态显像静态显像（static imaging） ： 当显像剂在脏器内或病变处的浓度达到高峰且处于较为稳定当显像剂在脏器内或病变处的浓度达到高峰且处于较为稳定 状态时进行的显像。主要反映脏器的位置、大小、形态及功能状态时进行的显像。主要反映脏器的位置、大小、形态及功能 等信息。等信息。 动态显像动态显像（dynamic imaging） ： 在显像剂引入体内后，迅速以
19、设定的显像速度动态采集脏器在显像剂引入体内后，迅速以设定的显像速度动态采集脏器 的多帧连续影像或系列影像，称为动态显像的多帧连续影像或系列影像，称为动态显像。其不仅可以反映其不仅可以反映 脏器的动脉血流灌注和组织内早期血液分布情况，还可以进行脏器的动脉血流灌注和组织内早期血液分布情况，还可以进行 定量分析。定量分析。 动态显像动态显像 肾动脉灌注显像肾动脉灌注显像 甲状腺动态显像甲状腺动态显像 静态显像静态显像 甲状腺甲状腺 肾肾 甲状腺甲状腺 肝肝 显像的方式和种类显像的方式和种类 静态显像静态显像 动态显像动态显像 (static imaging) （dynamic imaging) 2.
20、 根据影像获取的部位分为根据影像获取的部位分为 局部显像局部显像（regional imaging ） 全身显像全身显像（whole body imaging） 全身骨全身骨 局部骨局部骨 甲状腺甲状腺 3. 3. 根据影像获取的层面分为根据影像获取的层面分为 断层显像断层显像（tomographic imaging ） 平面显像平面显像（planar imaging） 心肌断层显像（短轴切面）心肌断层显像（短轴切面） 脑血流灌注断层显像（横断面）脑血流灌注断层显像（横断面） 心肌平面显像心肌平面显像 显像的方式和种类显像的方式和种类 平面显像平面显像 断层显像断层显像 (planar ima
21、ging) (tomography) 4. 根据影像获取的时间分为根据影像获取的时间分为 晚期显像晚期显像（delay imaging ） 早期显像早期显像（early imaging） 骨三时相显像（血流相）骨三时相显像（血流相） 分化型甲癌患者服分化型甲癌患者服131I后后72h全身显像全身显像 早期显像早期显像(early imaging) 延迟显像延迟显像(delayed imaging) 5. 根据显像剂对病变组织的亲和力分为根据显像剂对病变组织的亲和力分为 阴性显像阴性显像（negative imaging ） 阳性显像阳性显像（positive imaging） 全身骨显像（多发
22、热区）全身骨显像（多发热区） 亲心肌梗死灶显像亲心肌梗死灶显像 肝胶体显像肝胶体显像 阳性显像阳性显像(positive imaging) 阴性显像阴性显像(negative imaging) 6. 根据显像时机体的状态分为根据显像时机体的状态分为 负荷显像负荷显像（stress imaging ） 静息显像静息显像（rest imaging） 心肌的静息与负荷显像心肌的静息与负荷显像 静息显像静息显像(rest imaging) 负荷显像负荷显像(loaded imaging) 融融 合合 显显 像像 (fusion imaging ) Anatomy Metabolism 图像质量分析图像
23、质量分析 掌握正常图像的特点掌握正常图像的特点 异常图像的分析（包括异常图像的分析（包括Position、size、 morphologic change、adioactive distribution、 Symmetry or regulation of image等）等） 可同时提供脏器组织的功能和结构变化，有可同时提供脏器组织的功能和结构变化，有 助于疾病的早期诊断助于疾病的早期诊断 可用于定量分析可用于定量分析 具有较高的特异性具有较高的特异性 安全、无创安全、无创 不同影像的比较不同影像的比较 ECTECT主要反映脏器或组织的功能、血流与代谢，也反映其主要反映脏器或组织的功能、血流与
24、代谢，也反映其 形态，但分辨率较形态，但分辨率较CT,MRICT,MRI差。差。 CT,MRICT,MRI主要反映解剖学形态变化，分辨率较好，有时也反主要反映解剖学形态变化，分辨率较好，有时也反 映其功能变化，但不如映其功能变化，但不如ECTECT。 ECTECT显像时不同脏器显像需不同药物，同一脏器不同目的显像时不同脏器显像需不同药物，同一脏器不同目的 显像，也要用不同药物。显像，也要用不同药物。 CT,MRICT,MRI检查时，任何脏器较单纯，均只有普通平扫和增强。检查时，任何脏器较单纯，均只有普通平扫和增强。 掌握内容掌握内容 示踪技术的原理与特点示踪技术的原理与特点 显像剂摄取机理显像剂摄取机理 显像类型与特点显像类型与特点 分析图像的要点分析图像的要点 不同影像的比较不同影像的比较 思考题思考题 1.1.什么是放射性核素示踪技术？什么是放射性核素示踪技术？ 2.2.简述放射性核素示踪技术的原理与特点。简述放射性核素示踪技术的原理与特点。 3.3.放射性核素显像中显像剂摄取的机理有哪些？放射性核素显像中显像剂摄取的机理有哪些？ 4.4.简述放射性核素显像的类型。简述放射性核素显像的类型。 5.5.简述放射性核素显像与其他影像检查比较其主要简述放射性核素显像与其他影像检查比较其主要 特点是什么？特点是什么？
