医科大学精品课件:核医学总论 (2).ppt
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1、卫生部北京医院核医学科 北京大学第五临床医学院核医学教研室,核医学总论 Introduction of nuclear medicine,早老性痴呆 脑淀粉样变斑块显像,甲亢 131碘治疗,冠心病 心肌血流灌注显像,胰腺癌 肿瘤显像,核医学(nuclear medicine) 作为一门年轻的综合性边缘学科 是现代医学的重要组成部分 它既是从事生物医学研究的一门新技术 又因在诊断和治疗疾病中具有独特的优势 在临床医学领域占有特殊的地位 已成为独立学科,核医学发展史 核医学定义和内容 放射性药物 核医学仪器 核医学诊疗原理和特点 核医学发展前景,核医学总论,核医学发展史 核医学定义和内容 放射性药
2、物 核医学仪器 核医学诊疗原理和特点 核医学发展前景,核医学总论,世界上伟大的科学发明 著名的获诺贝尔奖金的科学家 序幕 18951934 初创阶段 19351945 初具规模阶段 19451960 迅速发展阶段 19611975 近现代核医学阶段 19762010,核医学发展史,1895年德国物理学家伦琴发现了X射线,树立了放射学的里程碑 用X射线为他夫人拍摄了手的照片成为人类第一张X线照片 1901年第一张诺贝尔物理学奖状授予伦琴,核医学序幕(18951934),1896年法国物理学家贝克勒耳在研究铀盐时 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而穿透力强的射
3、线 第一次认识到放射现象 他和居里夫妇共同获1903年诺贝尔物理学奖 由于受到放射性的伤害 他成为第一位被放射性物质夺去生命的科学家,1898年居里夫妇 发现镭和钋两种放射性元素 居里夫人一生两度获诺贝尔奖,Frederic Joliot-Curie (弗雷德里克约里奥居里) 和 Irene Curie (伊雷娜居里) 1934年第一次用人工方法获得了放射性32P 揭开和平利用放射性核素的序幕 1935年获诺贝尔化学奖,实验核医学之父,1923年匈牙利籍化学家 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 被誉为实验核医学之父 194
4、3年获得了诺贝尔化学奖,临床核医学之父,1926年美国内科医师Blumgart 第一次应用了示踪技术 即利用放射性氡在人的活体研究循环时间 以后还进行了多项生理、病理和药理学研究 被誉为“临床核医学之父”,放射性药: 核素131I、32P、198Au、24Na 最简单的无机化合物 探测仪器: 盖革-繆勒计数管 定标器 检查项目: 甲状腺功能测定 甲状腺疾病的治疗 血液病和腹腔转移瘤治疗,核医学初创阶段(19351945),核医学初具规模阶段 (19451960),放射性药:利用加速器和发生器生产 更多的放射性核素 制备成功更多的放射性标记化合物 探测仪器:闪烁照相机配以计算机 检查项目:人体重
5、要脏器核素显像 创立放射免疫分析法,测定体内微量物质,核医学迅速发展阶段 (19611975),1977年Yalow 和 Berson 获诺贝尔医学奖,放射性药:心、脑功能、代谢单光子显像剂 心、脑、肿瘤代谢、功能正电子显像剂 探测仪器:单光子发射计算机断层仪(SPECT) 正电子发射计算机断层仪(PET) PET/CT和SPECT/CT 检查项目:核心脏病学 神经核医学 肿瘤核医学 ,现代核医学阶段 (1976),核医学发展史 核医学定义和内容 放射性药物 核医学仪器 核医学诊疗原理和特点 核医学发展前景,核医学总论,核医学定义和内容,核技术与医学相结合的学科 研究核技术在医学中的应用及其理
6、论 核医学的两大必备条件 放射性药物 核医学仪器,动态地观察机体内物质代谢的变化 反映组织和器官整体和局部功能与代谢 简便、安全、无创伤的诊治疾病 进行超微量测定,灵敏度达10-1210-15g 用于医学的各个学科和专业,核医学的特点,experimental nuclear medicine,clinical nuclear medicine,实验核医学,临床核医学,核医学,nuclear medicine,实验核医学利用核技术 探索生命现象的本质和物质变化规律 广泛应用于医学基础理论研究,临床核医学,诊断核医学,治疗核医学,诊断核医学,体内检查法,体外检查法,放射免疫分析,治疗核医学,接触
7、治疗,内照射治疗,核医学发展史 核医学定义和内容 放射性药物 核医学仪器 核医学诊疗原理和特点 核医学发展前景,核医学总论,放射性药物基本概念 放射性药物体内定位机制 放射性药物的制备 放射性药物的质量控制 放射性药物应用的基本考虑 临床常用的诊断与治疗放射性药物,放射性药物,指含有放射性核素 供医学诊断和治疗用的一类特殊药物 放射性药物由放射性核素和被标记物两部分组成 放射性核素起示踪(诊断)和内照射作用(治疗) 被标记物起靶向作用 它本身化学量极微 不产生药理作用,放射性药物基本概念 (radiopharmaceutical),按不同用途分为两大类 诊断用放射性药物 治疗用放射性药物 诊断
8、用放射性药物 用于显像者称为显像剂( imaging agent ) 用于非显像检查的称为示踪剂(tracer),放射性药物按用途分类,放射性药物体内定位机制,(一)特异性摄取 (二)代谢性陷入 (三)特异性结合 (四)通道、灌注和生物分布区 (五)特殊价态物质摄取 (六)化学吸附 (七)微血管栓塞和拦截 (八)细胞的吞噬和胞饮作用 (九)排泄和清除,(一)特异性摄取,某些含放射性核素的化合物被特定组织或器官摄取 对该组织或器官 进行功能测定、显像或治疗 甲状腺特异性摄取 131I-NaI,(二)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 18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖) 葡
9、萄糖类似物 可反映肿瘤组织、心肌、脑 葡萄糖摄取及利用情况,(三)特异性结合,通过抗原与抗体、配体与受体 特异性结合进行定位 放射免疫显像 受体显像,68Ga-octreotide(奥曲肽) PET/CT neuroendocrine tumors (神经内分泌肿瘤),(四)通道、灌注和生物分布区,将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或动态显影 99Tcm-RBC 心室显像,(五)特殊价态物质摄取,一些细胞能选择性地摄取 特殊价态物质 心肌细胞可摄取与K+类似的正一价物质 201TlCl(氯化亚铊)中的201Tl与K+类似 可被心肌细胞摄取 心肌显像,(六)化学吸附,
10、通过离子交换等作用 吸附于特定组织中 骨骼的基本成分羟基磷灰石晶体 能高度吸附99Tcm-多磷酸化合物 99Tcm-MDP(亚甲基二膦酸盐) 骨显像,(七)微血管栓塞和拦截,静脉注射大于毛细血管直径的 放射性颗粒或微球 当它们随血流灌注到肺微血管床时 暂时栓塞在肺微血管床 99Tcm- MAA(大颗粒聚合人血清白蛋白) 肺灌注显像,(八)细胞的吞噬和胞饮作用,当细胞与放射性药物颗粒接触时 如果适合细胞功能需要 颗粒可进入细胞 进入固体颗粒称为吞噬 进入液体颗粒称为胞饮 99Tcm-SC(硫)胶体 肝显像,(九)排泄和清除,特定结构的非特异性底物 经一定途径排泄 可使排泄系统显影 99Tcm-D
11、TPA(二乙三胺五乙酸) 经肾小球滤过排泄 肾动态显像,符合药典一般要求 无菌、无热源、化学毒性小等 理想的核性质 理想的生物学性能,放射性药物的制备 对放射性药物的基本要求,放射性药物的制备 理想的核性质,射线种类与能量 诊断用放射性核素 发射射线,显像用能量100300keV 发射+ 射线,经湮没辐射, 光子能量511keV 具有较强的穿透力,能在体表探测,辐射损伤小 治疗用放射性核素 发射- 射线或俄歇电子 在组织中射程数毫米 对周围正常组织不造成损伤 物理半衰期(physical half life,T1/2) 诊断用以数小时为宜,治疗用一天至数十天,具有良好的定位性能 血液清除快 进
12、入靶器官快 靶/非靶器官的放射性比值高 具有良好的排泄性能 诊断药物 在体内滞留时间足够显像+ 通过尿、粪便迅速排出体外 治疗药物 除了受治疗的病变组织外 从非受治疗组织尽快排出,放射性药物的制备 理想的生物学性能,核反应堆 99Mo、125I、131I、32P、14C、3H、89Sr、133Xe、186Re、153Sm 加速器 11C、13N、15O、18F、123I、201Tl、67Ga、111In 放射性核素发生器,放射性药物的制备 放射性核素的生产,从长半衰期的核素(称为母体、母牛)中 分离短半衰期的核素(称为子体、奶液)的装置 母体不断衰变,子体不断增长 每隔一定时间可从发生器中分离
13、出子体使用 这一现象如同母牛挤奶 使用方便,在医学上应用广泛,放射性药物的制备 放射性核素发生器(generator),放射性药物的制备 在医学中常用的发生器,99Mo(钼) 99Tcm(锝) 发生器 188W (钨) 188Re(铼) 发生器 82Sr (锶) 82Rb (铷) 发生器 81Rb (铷) 81Krm(氪) 发生器,放射性药物的制备 99Mo99Tcm 发生器,99Mo 是母体、母牛(T1/2 66小时) 99Tcm 是子体、奶液(T1/2 6小时) 99Tcm由99Mo衰变而来 将99Mo吸附于在色层柱上(Al2O3) 衰变产生的99Tcm在色层柱上吸附能力很弱 只要用生理盐
14、水淋洗即可得到99Tcm,放射性药物的制备 99Tcm(锝),1964年问世 发射单一的光子 能量140keV 半衰期(T1/2)为6小时,放射性药物的制备 放射性核素的标记,是将放射性核素引入化合物(被标记物)分子中 最常用99Tcm标记的放射性药物(80%) 来自发生器的99Tcm以99TcmO4-形式存在 +7价Tc在化学上很稳定,很难与待标记化合物结合 当被还原剂还原后,低价态时+4价Tc稳定性下降 可形成各种不同的络合物 广泛用于各种脏器显像,放射性药物的制备 放射性核素的标记,直接标记法 常用的还原剂是SnCl2 大多数制备成药盒 配体交换法 间接标记法,放射性药物的质量控制(qu
15、ality control,QC),至关重要 直接影响其有效性和安全性 主要检测内容 物理性质 化学性质 生物学性质,放射性药物的质量控制 物理性质检测,性状:澄明度、颜色、颗粒度 放射性核纯度(radionuclide purity) 指特定放射性核素的放射性活度 占总放射性活度的百分数 放射性活度(radioactivity) 单位时间内原子核衰变数,pH 化学纯度 指以某一形式存在的物质的质量 占该样品总质量的百分数 放射化学纯度(radiochemical purity,RCP或Rp) 指以特定化学形态存在的放射性活度 占总放射性活度的百分比 放射化学纯度对于放射性药物非常重要 有些放
16、化杂质会浓集于血液和非靶器官 影响图像质量甚至对结果的判断,放射性药物的质量控制 化学性质检测,无菌 无热原 毒性检定 生物分布试验,放射性药物的质量控制 生物学性质检测,正当性判断 即权衡预期的需要或治疗后的好处与辐射引起的危害 得出进行这项检查或治疗是否值得的结论,放射性药物应用的基本考虑 正确使用的基本原则,放射性同位素与射线装置放射防护条例 (1989年月日10月24日中华人民共和国国务院令第44号发布),最优化确定 若有几种同类放射性药物可供诊断检查用 选择所致辐射吸收剂量最小者 诊断检查时尽量采用先进的测量和显像设备 以便获得更多的信息提高诊断水平 同时尽可能降低使用的放射性活度
17、对用于治疗疾病的放射性药物 选择病灶辐射吸收剂量最大 全身及紧要器官辐射吸收剂量较小者,放射性药物应用的基本考虑 正确使用的基本原则,Biography 16 83kg,0.21mCi/kg 2.5min/bed,7 bed,同一患者PET/CT不同型号图像质量,Biography mCT 85kg,0.14mCi/kg 2.0min/bed,6 bed,医用内照射剂量必须低于国家有关法规的规定 采用必要的保护(如封闭某些器官)和促排措施 以尽量减少不必要的照射 对恶性疾病患者可以适当放宽限制 对小儿、孕妇、哺乳妇女、近期准备生育妇女 应用放射性药物从严考虑,放射性药物应用的基本考虑 正确使用
18、的基本原则,指注射了一般皆能耐受 且没有超过一般用量的放射性药物之后 出现的异常生理反应 它与放射性本身无关 是机体对药物中的化学物质的一种反应 放射性药物不良反应的发生率很低 仅万分之二左右 远低于X线检查常用的碘造影剂的不良反应率 主要为变态反应、血管迷走神经反应 少数为热原反应,放射性药物应用的基本考虑 不良反应,注射室和检查室应备有急救箱及氧气袋 对不良反应较多的药物可稍加稀释 使体积稍大 并慢速注入 当发生不良反应时 根据情况及时处理,放射性药物应用的基本考虑 不良反应的防治,核医学发展史上最重要的三种示踪剂 131I-碘化物 99Tcm标记的放射性药物 18F-FDG 在临床影像学
19、方面 前两者用于单光子(SPECT )显像 后者即18F-FDG用于正电子(PET)显像,临床常用的诊断放射性药物,临床常用的治疗放射性药物,核医学发展史 核医学定义和内容 放射性药物 核医学仪器 核医学诊疗原理和特点 核医学发展前景,核医学总论,核医学仪器发展简史,概念 组成 闪烁探测器组成和原理 临床常用的仪器,核医学仪器,核医学仪器 概 念,核医学工作中必不可少的条件 包括常规诊疗工作和放射防护中 所使用的各种放射性探测仪器,核医学仪器 组 成,组成分两大部分 射线探测器(radiation detector) 电子测量装置和/或计算机装置 最后以一定的方式进行显示 基本部件是闪烁探测器
20、 实际上是能量转换器 将射线能量转换成可以记录的电脉冲信号,主要部件 碘化钠(铊)NaI(Tl)晶体 光电倍增管(photomultiplier,PMT) 前置放大器,核医学仪器 闪烁探测器组成和原理,当光子射入晶体时 能够使晶体分子激发产生闪光 光电倍增管的作用是将微弱的闪烁光 转变成电子并倍增放大成为易于测量的脉冲信号 一个闪烁事件产生一个脉冲 脉冲经前置放大器放大后 输送到电子测量仪器和/或计算机进行处理和显示,显像仪器 功能测定仪 井型计数器 液体闪烁计数器 活度计 污染、剂量监测仪,核医学仪器 临床常用仪器,照相机 单光子发射型计算机断层仪(SPECT) 正电子发射型计算机断层仪(P
21、ET) 多模式成像系统(SPECT/CT和PET/CT) 符合线路SPECT,核医学仪器 显像仪器,核医学最早最基本的显像仪器 用于光子的成像仪器 只能进行平面显像(全身和局部) 由探头及支架、检查床、计算机操作和显示系统组成 探头是照相机的核心,含晶体、光电倍增管和准直器,核医学仪器 照相机,核医学显像仪器与X线成像仪器的区别,X线成像,核医学显像,单光子发射型计算机断层仪 Single Photon Emission Computed Tomography 最常用于探测光子的成像仪器 基本上是一种旋转型的照相机 在一台高性能照相机的基础上 增加了支架旋转的机械部分、断层床和图像重建,核医学
22、仪器 SPECT,单探头、双探头和三探头 探头能围绕躯体旋转360或180 从多角度、多方位 采集一系列平面投影像 通过图像重建和处理 可获得断层影像,核医学仪器 SPECT,单探头SPECT,双探头SPECT,三探头SPECT,正电子发射型计算机断层仪 Positron Emission Computed Tomography 专门用于正电子的成像仪器 组成 探测系统包括晶体、电子准直、符合线路和飞行时间技术 计算机数据处理系统 图像显示系统 断层床,核医学仪器 PET,b+,g (511 keV),g (511 keV),18F,正电子 湮没辐射的探测,注入体内的正电子核素 所发射+ 粒子
23、 和组织中电子发生湮没反应 产生两个能量均为511keV 方向相反的光子 被一条直线上的两个探测器探测,18F-FDG PET显像示意图,目前最先进的PET探头是多环型 探头晶体 锗酸铋(bismuth germinate,BGO) 硅酸镥(lutetium oxyorthosillicate,LSO) 硅酸钆(gadolinium orthosillicate,GSO) 硅酸镥钇(LYSO) 不断提高探测效率,图像融合成像系统 当前的发展方向 在PET、SPECT基础上添加CT成像系统 可同时获得病变部位 功能代谢和精确解剖结构的两方面的信息 已成功用于临床,核医学仪器 PET/CT和SPE
24、CT/CT,有经济型PET之称 在双探头SPECT基础上去掉高能准直器 采用双探头符合线路模式 在电子符合时间窗的控制下 同时采集湮没辐射两个方向相反的511keV 光子 也可以实现正电子显像 称之为符合线路SPECT 兼备单光子和正电子18F断层成像 具有一机两用的功能,核医学仪器 符合线路(coincidence circuit) SPECT,双探头符合线路SPECT,由探头、电子线路、计算机和记录显示装置组成 对射线的探测原理同闪烁探测器 甲状腺功能测定仪 局部脑血流测定仪 心功能仪 肾图仪,核医学仪器 功能测定仪,甲状腺功能测定仪,多功能测定仪,井型计数器 用于血、尿等各类样品放射性相
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