醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)

醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)PhysicsofMedicalImaging主講張學(xué)龍教授

第五章放射性核素顯像醫(yī)療器械學(xué)院4伽瑪照相機(jī)1第四節(jié)核素的產(chǎn)生和顯像機(jī)制2一、醫(yī)用放射性核素的制備原理①核反應(yīng)堆(reactor)和原子核裂變產(chǎn)物

②加速器(accelerator)③放射性核素發(fā)生器2、核素發(fā)生器原理1、核素產(chǎn)生方式1、顯像劑的作用機(jī)制2、示蹤技術(shù)原理二、顯像劑的作用機(jī)制和示蹤技術(shù)原理三、核醫(yī)學(xué)顯像類型（簡(jiǎn)介）2、局部顯像和全身顯像3、平面顯像和斷層顯像4、早期顯像和延遲顯像5、陽(yáng)性顯像和陰性顯像6、介入顯像(interventionalimaging)1、靜態(tài)顯像和動(dòng)態(tài)顯像3放射性藥物(radiopharmaceuticals)示蹤劑(tracer)、or:放射診斷試劑(radiodiagnosticagent)、標(biāo)記化合物(1abelledcompound)標(biāo)記物(1abelledmateria1)等核素顯像的要素之一是：含有放射性核素、應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、治療和研究的化學(xué)制劑和生物制劑。用于顯像的體內(nèi)診斷的放射性藥物用于非顯像的體內(nèi)診斷放射性藥物顯像劑(imagingagent)放射性藥物放射性核素（來源）4一、醫(yī)用放射性核素的制備原理1、核素產(chǎn)生方式放射性核素有1500余種，但直接可供醫(yī)用者為數(shù)不多，需要設(shè)法產(chǎn)生和制備。產(chǎn)生的主要方式(三種)：②加速器(accelerator)③放射性核素發(fā)生器(radionuclidegenerator)①核反應(yīng)堆(reactor)和原子核裂變產(chǎn)物

反應(yīng)堆：利用235U(鈾)或239Pu(钚)為核燃料，在堆內(nèi)發(fā)生裂變所生成的大量中子(n)轟擊原子核，引起核反應(yīng)而產(chǎn)生放射性核素的裝置。經(jīng)化學(xué)分離、精制等處理，生成醫(yī)用的放射性核素①核反應(yīng)堆(reactor)核反應(yīng)生成5核裂變生成：通過235U俘獲中子后發(fā)生核裂變，從生成的裂變產(chǎn)物中提取、分離出有用的放射性核素。臨床上使用的一些放射性核素來源于反應(yīng)堆的：放射性核素半衰期主要射線(KeV)能量核反應(yīng)51Cr27.7d32050Cr(n，)51Cr

75Se120.4d136、265、28074Se(n，)75Se99Mo66.02h74098Mo(n，)99Mo

125I60.2d35124Xe(n，)125Xe125I131I8.04d364130Te(n，)131mTe131Te131I133Xe5.25d81132Xe(n，)133Xe153Sm46.3h103152Sm(n，)153Sm198Au2.70d412197Au(n，)198Au203Hg46.9d279202Hg(n，)203Hg

3H12.3y無6Li(n，)3H14C5730y無14N(n，p)14C

32P14.3d無32S(n，p)32P

6②加速器(accelerator)各種帶電粒子(高能質(zhì)子、氘核、粒子、氦核等)加速后獲得能量，轟擊靶核引起核反應(yīng)，再經(jīng)化學(xué)處理，即可獲得醫(yī)用放射性核素。說明：1)加速器種類較多，小型回旋加速器較為合適。2)加速器主要生產(chǎn)短半衰期的放射性核素，尤其是正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層所需要的超短半衰期的正電子核素。例如，用12MeV的質(zhì)子轟擊111Cd可獲得111In目前加速器生產(chǎn)的放射性核素有：18F(氟)、67Ga(鎵)、201Tl(鉈)、11C(碳)、13N(氮)、15O(氧)、111In(銦)、123I(碘)等。78是一種從較長(zhǎng)半衰期的母體核素(parentnucleus)中分離出由它衰變而來的短半衰期子體核素(daughternucleus)的裝置。③放射性核素發(fā)生器▲母體核素由反應(yīng)堆或加速器產(chǎn)生后，被注入一個(gè)裝有吸附劑的層析柱內(nèi)，母體核素被牢固地吸附在吸附劑上，同時(shí)不斷衰變成子體核素，因其化學(xué)性質(zhì)與母體不同，子體核即可從吸附劑上解吸附下來。▲每隔一定時(shí)間能夠從放射性核素發(fā)生器分離出可供使用的子體核素，就好像從母牛身上擠奶一樣，所以這種裝置俗稱“母?！?cow)。9目前核醫(yī)學(xué)使用的放射性核素主要是通過發(fā)生器來獲得的，可以定期供應(yīng)，使用方便。例如：99Mo-99mTo(鉬-锝)發(fā)生器、

113Sn-113mIn(錫-銦)發(fā)生器、

81Rb-81mKr(銣-氪)發(fā)生器、

68Ge-68Ga(鍺-鎵)發(fā)生器

82Sr-82Rb(鍶-銣)發(fā)生器

90Sr-90Y(鍶-釔)發(fā)生器

87Y-87mSr(釔-鍶)發(fā)生器等。1099Mo-99mTc發(fā)生器（臨床上最常用）母體99Mo(鉬)來自反應(yīng)堆(99mTc-methylenediphosphonate)用于作骨顯像及骨關(guān)節(jié)顯像；81mKr(氪)是肺通氣顯像劑；82Rb(銣)是正電子心肌顯像劑；68Ga(鎵)可制作PET使用的正電子顯像劑。價(jià)格適中用它洗脫出的放射性99mTc(锝)可用作:①直接顯像：用于甲狀腺、唾液腺以及關(guān)節(jié)等顯像；②標(biāo)記顯像：用99mTc標(biāo)記亞甲基二膦酸鹽即99mTc-MDP2、核素發(fā)生器原理11放射性核素發(fā)生器分類的方法很多。按照其制備和分離的方法不同，有：按其母體核素99Mo的來源和裝柱的工藝不同分為：還分為：99Mo-99mTc發(fā)生器裂變吸附色譜凝膠色譜裂變型色層柱型堆照凝膠型堆照萃取型堆照升華型堆照柱色譜型溶劑萃取型升華型99Mo-99mTc發(fā)生器種類很多，但是要搞清原理!①為什么能不斷提取(分離)？②怎樣提取(分離)？12當(dāng)2>>1，t7T2時(shí)，母子體系達(dá)到長(zhǎng)期平衡：母子體核素的放射性活度近似相等！A2=A1

例如：90Sr90Y，90Sr:T1=28a，90Y:T2=64h若t不是很大，A2近似為：因?yàn)槟缸庸泊鏁r(shí)的一般式：2>>1t不很大(與T1=28a

相比),1t很小,e1t1,于是上式：13例題目前核醫(yī)學(xué)臨床最常用的核素發(fā)生器99Mo99mTc，99Mo半衰期66.02h，99mTc半衰期6.02h，

(1)試計(jì)算99mTc的數(shù)目N2達(dá)到最大值N2m的時(shí)間tm，

(2)

N1(t)、N2(t)、A1(t)、A2(t)隨時(shí)間的變化規(guī)律。

解：根據(jù)公式

可得tm=22.886h=22h53min設(shè)

N1(0)=3.4289×107根據(jù)公式則

N2m=2.456×106，A1(0)=1N1(0)=100Bq14151617放射銀性核愚素發(fā)凍生器-Mo徹-Tc母牛1899Mo的衰變與99mTc的生長(zhǎng)時(shí)間(h)99Mo的衰變活度(GBq)99mTc的生長(zhǎng)活度(GBq)0100019910.8297.920.6396.929.1693.947.91288.269.71882.57724

77.878.84859.759.5母體拜、子慶體按我各自桑半衰幸期而盜衰減訓(xùn)，同爺時(shí)子歐體隨阻著母某體的黎減少測(cè)而增嶼長(zhǎng)。鋼經(jīng)過田約24義h99淋mTc的活透度達(dá)駱峰值搖的78快.8％，鍛經(jīng)過弦洗脫篇過的挨發(fā)生撞器，99蔬mTc又可灘重新盈生長(zhǎng)草到達(dá)蚊新的謙高峰脈。而黎經(jīng)過3h，99漆mTc的生劫長(zhǎng)就汗可達(dá)荒到99Mo初始啟時(shí)的遣放射腐性活恢度的29坡.1％，6h為47勁.9％，言故當(dāng)99Mo的放戴射性叢活度莊較高頌時(shí)，99Mo肌-99耀mTc發(fā)生紗器每質(zhì)天可昂以洗拒脫2次～3次。19放射母性核愚素發(fā)因生器-Mo各-Tc淋洗猜生長(zhǎng)床曲線20二、宜顯像殃劑的雨作用招機(jī)制曠和示甘蹤技悉術(shù)原丈理1、顯像額劑的辛作用谷機(jī)制●放射參性核槽素在曠人體居內(nèi)，旅能夠選擇捏性地聚集在不益同的朱臟器蠶、組騙織或州病變邊中?！窭幂吅怂靥綔y(cè)飯器在體外成探測(cè)，就旋能知道臟器卵、組織覺或病瘡變的褲位置談、形疲態(tài)、評(píng)大小瀉及放吸射性焰分布犧。相機(jī)頌、SP脆EC唉T等發(fā)射射線(有較捕強(qiáng)的稍穿透胡力)在儀戀器內(nèi)成像(顯像)放射寬性核坑素顯納像機(jī)室制主漁要有既：①合成不代謝放射棄性碘(13嘴1I)與天然匠碘(I搶)化學(xué)漏特性旦相同，即崇也能金參與斃甲狀臣腺激蜜素合君成代兔謝，壤而被刮甲狀煉腺選肆擇性犁攝取搭和利語(yǔ)用判定蓋甲狀夸腺位酷置、筑形態(tài)滔、大貢小和晶甲狀壓腺結(jié)魯節(jié)的多功能洽等。可使甲狀腺顯像21②細(xì)胞窗吞噬◆像劑掩引入辨體內(nèi)知作為薦機(jī)體喚的異供物被坦單核-巨噬刻細(xì)胞所吞禁噬而忍顯像菌。例被如肝袋、脾臣、骨歲髓顯很像。◆放射忠性核更素標(biāo)眼記的籠白細(xì)咐胞進(jìn)膀行炎幸癥顯隔像，因白繞細(xì)胞睬具有涼吞噬續(xù)膠體次顆粒啞的功癥能。③循環(huán)熱通路利用鑰放射臺(tái)性核過素進(jìn)晌入循林環(huán)通海路的舍過程顯示產(chǎn)該通椅路及鑄有關(guān)擁器官錢的影艦像。將放托射性共藥物99客mTc范-二乙茶三胺規(guī)五醋減酸(99例mTc令-D若TP待A)經(jīng)腰季椎穿姥刺注潤(rùn)入蛛寸網(wǎng)膜褲下腔摘，隨創(chuàng)腦脊愉液流范動(dòng)進(jìn)吐入各充腦室愈使其延流經(jīng)竊部位蛾相繼怒顯影純可測(cè)念到腦駁脊液熱的流宋速，泰判斷頭脊髓疼蛛網(wǎng)酸膜下等腔通在暢和蒜是否病存在辯腦脊始液漏腰。22吸入真放射權(quán)性氣拾體或強(qiáng)氣溶廚膠可吳使呼現(xiàn)吸道毯、肺革泡顯神影。④寶……宋⑤蚊……繪⑥芽……豬⑦龍……嫌⑧雷……鬼⑨沃……土⑩幼…澆…不一尸一列日舉?！簟皬椡枋亍笔交レo脈動(dòng)注入表顯像挑劑，研通過書心肺校循環(huán)陽(yáng)通道余而獲半得大汁血管促、心農(nóng)房、潮心室辟影像(放射鍛性核忠素心顆血管姑造影)◆顯像攏劑隨吧血流扇從動(dòng)睜脈向廈相應(yīng)系臟器陸血管斗床灌索注時(shí)竿即可震獲得私該臟請(qǐng)器的籮動(dòng)脈艱灌注晶影像恰。同起時(shí)還竊可獲堤得大鵲血管頑、心暴臟和終各臟腸器的閣血池軋影像梨，檢近出血承液豐政富的輪病變本部位寄。23①含義惰：以放網(wǎng)射性憑核素雖或其奮標(biāo)記箭物作倉(cāng)為示至蹤劑騾，借蚊助核奸探測(cè)簡(jiǎn)儀器給追蹤捷示蹤扁劑在葵生物善體內(nèi)嚼或體忠外的爹運(yùn)動(dòng)兔規(guī)律達(dá)，并送進(jìn)行敞定量客或定弦位分巖析，床動(dòng)態(tài)愁地研喇究物武質(zhì)的直一些煤變化棗規(guī)律館的方黨法。亦稱順“示蹤鋸原子牧分析洞法”2、示蹤妹技術(shù)多原理廣泛場(chǎng)應(yīng)用扛于各靠個(gè)專駝業(yè)領(lǐng)習(xí)域里裂的科幕研和棟工作星中，攜如細(xì)狗胞生跡物學(xué)檔、分差子生腫物學(xué)縮慧、免處疫學(xué)片、遺耽傳工稀程和趁基因恭工程頸等。24②基本咐原理基本早理論姜依據(jù)猾：示蹤喚劑和駕研究徐對(duì)象擊的對(duì)僅應(yīng)物皮，具諒有同叛樣的弱化學(xué)帆性質(zhì)膨和不頑同的墾物理妄特性醉。生物確體或映生物露細(xì)胞丟不能廚區(qū)分予同一絨元素毯的各凈個(gè)同鏡位素我，因慘同一繪元素列的所素有同沙位素姐的化睬學(xué)性析質(zhì)是竭相同獻(xiàn)的，塵其在滲生物解體內(nèi)激所產(chǎn)仇生的播各種紹化學(xué)局、生挨物學(xué)洽和免蔑疫學(xué)恢的變創(chuàng)化均壯完全盜相同澤，故專利用塔其同蘆位素載標(biāo)記佳的化都合物騾或某欣種細(xì)漆胞，誤進(jìn)行醬示蹤匪實(shí)驗(yàn)箱。標(biāo)記控的核申素，需因核辱衰變樸而釋?shí)彿懦隹缀松淞婢€，雜用放詢射性胡探測(cè)付器可動(dòng)測(cè)出育被研紹究的堡物質(zhì)(如某基種原柜子、欠某化橫合物賊或某逮類細(xì)信胞)在體刻內(nèi)或包體外句的位霜置、象數(shù)量填和變蠻化。25分兩扁種基吐本類險(xiǎn)型：放射逗性核樂素體苗內(nèi)示揀蹤實(shí)鍬驗(yàn)(ra議di融on麥uc需li讓de子t撲ra女ce傳r鈔te茶st匠i京n包vi門vo)放射棋性核鏟素體潑外示價(jià)蹤實(shí)來驗(yàn)(ra襪di彩on盡uc室li溉de凈t饅ra臺(tái)ce礎(chǔ)r貢te藥st蛙i照n哈vi怎tr饑o)◎體內(nèi)青示蹤思實(shí)驗(yàn)吸是觀旗察某攤物質(zhì)頑在體編內(nèi)的柿生理帳、生嘩化和鏡病理筑變化散過程兔。③示蹤左實(shí)驗(yàn)鳴方法◎體外敢示蹤煩法用放熊射性誓核素弓標(biāo)記迫離體餐細(xì)胞勿，在箏培養(yǎng)淋基中登或試介管內(nèi)幼示蹤稠實(shí)驗(yàn)割。在臨餃床核燙醫(yī)學(xué)矩中，雜臟器碰的核靈素顯彩像、辟功能唉測(cè)定勞等均晉是利漫用核靠素的流示蹤井技術(shù)豆。26根據(jù)夫不同似的分加類方哈法可填分為俱許多距類型悠核醫(yī)聯(lián)學(xué)顯恒像類熟型。三、核醫(yī)夠?qū)W顯根像類桃型（湊簡(jiǎn)介預(yù)）1．靜至態(tài)顯斃像和薄動(dòng)態(tài)元顯像▼靜態(tài)嘆顯像(s妙ta豬ti釀c拘im糾ag逐in號(hào)g)顯像獅劑在狡臟器手組織貍和病鉤變內(nèi)序達(dá)到尺分布艷平衡裝時(shí)所白進(jìn)行稼的顯奧像稱膨?yàn)殪o跳態(tài)顯問像。▼動(dòng)態(tài)差顯像(d欲yn劑am襖ic質(zhì)i腿ma垃gi恒ng緊)顯像贈(zèng)劑引寸入人贊體后院以一爪定速躬度連饑?yán)m(xù)或切間斷團(tuán)地多五幅成佳像，蛛用以碎顯示驗(yàn)顯像脆劑隨張血流傷流經(jīng)里或灌輛注臟郊器、廣被器妙官不裙斷攝取取與口排泄呆或在森器官蛇內(nèi)反幫復(fù)充運(yùn)盈和翻射出胞等過康程所家造成榴的臟頂器內(nèi)絡(luò)放射從性在弦數(shù)量凳上或歌位置技上隨農(nóng)時(shí)間現(xiàn)而發(fā)臘生的陵變化感，這爹種顯鴨像就院稱為默動(dòng)態(tài)拜顯像忙。272．局鞋部顯守像和蒜全身郵顯像▼局部滿顯像(re擦gi鏟on爽al乳im鴨ag鑰in懸g)顯影選范圍擴(kuò)僅限獻(xiàn)于身純體某熄一部誼位或由某一權(quán)臟器呢的顯皮像。▼全身腥顯像(w歡ho茅le恒b震od摸y渴im厚ag辭in活g)顯像素裝置考沿體模表從慮頭至何腳做萍勻速旨移動(dòng)冊(cè)，將捆采集贏全身菜各部習(xí)位的脫放射材性顯娃示成巖為一菌幀影左像稱公為全彼身顯鏡像。▼斷層蛋顯像(t總om范og冷ra切ph況y)顯像氏裝置步圍繞嬸體表干做18泥0。或36田0。自很動(dòng)旋抬轉(zhuǎn)連蝦續(xù)或鳳間斷見采集振多體貫位的墳平面歡信息率，或慰利用錘環(huán)狀毫排列胞的探羞測(cè)器己獲取食臟器柿各個(gè)束方位結(jié)的信踩息，筆再由糞計(jì)算藏機(jī)特級(jí)殊軟松件和夾快速朋陣列役處理予機(jī)重京建各幻玉種斷茂層影運(yùn)像，困獲得液橫斷饅、冠糧狀和例矢狀六位或木三維京立體煤影像墓。▼平面印顯像(p筑la負(fù)na類r曬im最ag憶in燭g)放射給性探怠測(cè)器揚(yáng)置于墨體表查的一蛇定位荒置顯思示某控臟器澤的影琴像為丟平面露顯像均。3．平箱面顯掠像和折斷層接顯像284．早蔬期顯靜像和幣延遲個(gè)顯像▼早期勺顯像(e萄a(bǔ)r黎ly到i漸ma肚gi魂ng郊)一般燦認(rèn)為拔，顯妥像劑控引入陳體內(nèi)蜓后2小時(shí)基內(nèi)所立進(jìn)行小的顯鴨像稱固為早籮期顯鎖像。▼延遲槍顯像(d會(huì)el描ay常ed拾i補(bǔ)ma脊gi噸ng訊)顯像末劑注孩入體單內(nèi)2小時(shí)信以后寄所進(jìn)揭行的崗顯像色稱為寨延遲屯顯像除。5．陽(yáng)轎性顯綱像和年陰性幻玉顯像▼陰性偉顯像(n剝eg虧at賢iv蹤蝶e監(jiān)im在ag善in城g)正常禿臟器懷和組吸織細(xì)蠶胞可潑選擇痛性攝竹取某職種放專射性撿藥物傲，能侮顯示剩出該繞臟器考和組企織的腰形態(tài)艦和大績(jī)小。在而病泛灶區(qū)瞎失去經(jīng)正常擾組織庸細(xì)胞襖的功握能，名故常鼓常不索能攝蟲取顯初像劑悟，呈掃現(xiàn)放宗射性圈分布馳稀疏飾或缺池?fù)p(即“壇冷區(qū)矛”)，此沃種顯茫像又貴稱為書冷區(qū)律顯像(c詢ol泥d嚴(yán)sp吩ot航i蝦ma尤gi陡ng夢(mèng))。29▼陽(yáng)性俗顯像(p炮os舉it閘iv拳e送im敢ag涂in役g)病灶紐奉部位果的放籍射性龍活度斷高于綱正常宮臟器擱組織部的顯籌像稱塊為陽(yáng)女性顯膨像，標(biāo)又稱農(nóng)“熱算區(qū)”秀顯像(h某ot加s選po突t椒im胞ag頭in草g)。6．介贏入顯洽像(i評(píng)nt徒er穴ve亭nt濾io夾na僑l友im平ag震in臂g)▼在常而規(guī)顯缸像的艦條件祖下，哲通過祥藥物慢或生怕理刺被激等帆方法勤，增耳加對(duì)賭某個(gè)隔臟