《检验核医学》核物理基础知识ppt课件

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高度选择性
放射免疫靶向治疗 受体介导的靶向治疗 放射性核素基因治疗 高度适形性 放射性核素粒子植入治疗等
放射免疫分析 免疫放射分析 受体分析
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通过放射性核素示踪技术，可以在生理状态下，从分子水平动态地研究机体各种物质的代谢变化，细致地揭示体内及细胞内代谢的内幕，这是其他技术难以实现的。 放射性核素显像反映了脏器和组织的生理和病理生理变化，属于功能影像；其中受体显像、放射免疫显像等技术也属于分子功能影像。
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临床核医学之父
1926年美国Boston内科医师Blumgart首先应用放射性氡研究循环时间，第一次应用了示踪技术。 将氡从一侧手臂静脉注射后，在暗室中通过云母窗观察其在另一手臂出现的时间，以了解动-静脉血管床之间的循环时间。 后来他又进行了多领域的生理、病理和药理学研究。被誉为“临床核医学之父”。
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影像学可被广义的分为解剖影像及分子影像。 CT和 超声属于解剖影像。 而PET及某些形式的MRI被认为是分子影像。
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分子影像学
定义：运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。 是连接分子生物学等学科和临床医学的桥梁。
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反应堆 裂变产物、分离纯化 133Xe、131I等 （生产丰中子放射性核素，多伴有β衰变，不利于制备诊断用放射性核素）
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加速器 15O、18F等 （生产短寿命的乏中子放射性核素）
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发生器（“母牛”） “从长半衰期核素的衰变产物中得到短半衰期核素的装置” 99mMo-99mTc（钼-锝） 113Sn-113In（锡-铟）
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核医学发展史

稳定性核素
稳定性核素 中子与质子比例适当
放射性核素 自发地发出某种射线而转 变为另一种核素
核衰变
放射性核素自发地释放出一种或一 种以上的射线并转变成另外一种核 素的过程。其类型与方式取决于原 子核内的固有特征，与外界无关
α衰变
核子总数过多 （原子序数＞82）
位移规律 AZX
A-4Z-2Y+42He+Q
A = Ao e –λt 当：t=0时
A = Ao e –0.693 预先算出：t/T1/2 查表得到e –λt 值*Ao
贝可与居里的关系 比放射性活度 比放射性浓度
射线与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用
1. 电离 2. 激发 3. 轫致辐射 4. 散射 5. 湮没辐射 6. 吸收作用
光子与物质的相互作用
1. 光电效应 2. 康普顿-吴有训效应 3. 电子对生成
表示某种放射性核素的一个核在 单位时间内自发衰变的比率，反映 核衰变的速度，与半衰期成反比
T=0.693/λ
放射性活度
放射性活度（A）：一定量的放射性核 素在单位时间内发生的核衰变次数，反 映核衰变率
A=dN/dt 单位：贝可 （Bq) 居里（Ci） 比放射性活度（简称比活度）:单位质量 (容积)放射性制剂中的放射性活度 单位： Bq/mg Bq/mL
22688Ra
22286Rn
eV （能量单位） α射线特点：
KeV MeV
β- 衰 变
富中子核素，中子数过多， 转换为质子
位移规律: AZX 3215P
β射线特点：
AZ+1Y+ β-+Q+υ 3216S
β+ 衰 变
贫中子核素内质子转换为中子

3
核安全保障的国际合作
国际社会通过国际组织和法律法规来促进核安全保障的国际合作。
4
核安全保障的重要性
核安全保障对防止核事故和核武器扩散具有重要意义。
核武器与核不扩散
核武器的概念及种类
核武器是指利用核能释放的巨大能量进行杀伤 和破坏的武器，包括原子弹和氢弹等。
核不扩散问题的背景
核不扩散问题是指阻止更多国家拥有核武器， 以维护全球核安全的问题。
3 核子的结合能
核子的结合能指的是原子核内核子相互结合 所释放的能量。
4 核能的转化
核能可以通过核反应或核衰变转化为其他形 式的能量。
核裂变与核聚变
1
核裂变的定义及特点
核裂变是指重核被撞击或吸收中子后分
核裂变的过程
2
裂为两个或更多的轻核的过程。
核裂变过程涉及核反应，一般会释放出
巨大的能量。
3
核聚变的定义及特点
放射性衰变的特点
放射性衰变是指放射性核素在一定时间内衰变 为其他元素的过程，释放出辐射。
放射性的应用
放射性元素在医学、能源和科学研究等领域有 广泛的应用。
核反应堆与核能的利用
核反应堆的结 构和原理
核反应堆是一个能够 维持核链式反应的装 置，可以通过核裂变 产生大量热能。
核能的利用
核能可以被用于发电、 航天技术、农业和医 学等领域，为人类创 造了巨大的福利。
核聚变是指两个轻核结合形成一个更重
核聚变的过程
4
的核的过程。
核聚变在太阳和恒星中发生，释放出巨 大的能量。
放射性核素的性质与应用
放射性核素的定义及分类
放射性核素是指具有放射性的原子核，可以分 为α射线、β射线和γ射线。

AZm XA ZY
99m 43T c9493T c
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二、核衰变规律
核衰变的基本定律
放射性原子数或放射性活度随时间呈指数规律减少。 Nt= N0e-t 或 At= A0e-t
衰变常数
放射性核素在单位时间内衰变的概率。是反映放射性核素 衰变速度的物理量，是放射性核素的一个重要特征参数。 衰变常数越大，放射性核素衰变速度越大。
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吸收作用
定义：带电粒子通过物质时，与物质相互作用, 能量不断 损失，当射线能量耗尽后，带电粒子就停留在物质中，射 线则不再存在，称为吸收(absorption)。
99m43Tc 9493Tcm
9493Tc
同质异能素
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第二节 核衰变
定义：放射性核素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核素的过程, 称为核衰变(nuclear decay)。
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氚发生β-衰变，衰变为氦
一、核衰变的类型
衰变
定义：衰变时放射出粒子的衰变称衰变( decay) 。 衰变发生于原子序数 > 82的核素。
第一章 核医学的核物理基础
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第一节 原子的基本结构
原子核
中子
++
+
质子
电子
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同位素
定义：具有相同原子序数，但质量数不同的核素互为同 位素。即质子数相同而中子数不同的核素。
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图2-2 氕、氘、氚互为同位素
同质异能素
定义：具有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的 一类核素称同质异能素。 基态的原子和激发态的原子互为同质异能素(isomer)。

1.电离作用 2.激发作用 3.散射作用 4.韧致辐射 5.吸收作用
1.电离作用
带电粒子作用于物质,使该物质原 子失去轨道电子而形成自由电子和 正离子
入射粒子的电荷量越大，电离作用 越强
2.激发作用
原子的电子所获得的能量还不 足以使其脱离原子，而只能从 内层轨道跳到外层轨道，原子 从稳定状态变成激发状态，为 激发作用。
半所需的时间 λ与T 1/2之间的关系为1/2
半衰期
半衰期较长的核素衰变慢，半衰期 较短的核素衰变快
衰变常数大的放射性核素衰变快， 衰变常数小的衰变慢
半衰期
生物半衰期：进入生物体内的放射性 核素或其化合物，由于生物代谢从体 内排出到原来的一半所需的时间
有效半衰期：物理衰变与生物代谢共 同作用。使体内放射性核素减少一半 所需要的时间
（二）放射性活度
单位时间内衰变的原子数量称放射性活 度（A）
放射性活度等于衰变常数与处于某一特 定能态的该核素的原子核数目之乘积
A=λN，也可写成A=Aoe-λt
放射性活度
放射性活度是表示单位时间内发生衰变的 原子核数.
放射性活度的单位:贝可（becquerel Bq） 定义为每秒一次衰变.即1Bq=1s-1
核素 原子核的质子数、中子数和原子核所处的能量状态均相同的原子属于同一种核素(nuclide） 当射线通过介质时会与物质发生相互作用, 称射线的物理效应.
生成。 半衰期较长的核素衰变慢，半衰期较短的核素衰变快
带电粒子在通过物质时可能经过多次散射 如X射线球管中的X射线产生过程。 对整个放射源， λ表示发生衰变的原子核数占当时总核数的百分数 核素 原子核的质子数、中子数和原子核所处的能量状态均相同的原子属于同一种核素(nuclide） 原子由带正电荷的原子核和带负电荷的核外电子（electron）组成 第三节射线与物质的相互作用●● 放射性活度等于衰变常数与处于某一特定能态的该核素的原子核数目之乘积

12.6h
0.81h
1.子体与母体的放射性活度建立起固定的比例关系
（常数）： 2 2 1
2. 母体、子体、母子体均按照母体的衰减常数（半 衰期）衰减。与子体的衰减常数无关。
母子体的总放射性活度
子体放射性活度
母体放射性活度
子体单独存放时的活度
条件：
长期平衡
T1≫T2 或者 1≪2
例如：
9S 0 r 9Y 0 9Z 0(稳 r )定
衰变
不稳定的核素
稳定的核素
衰变类型
衰变 衰变 衰变
－衰变 ＋衰变 电子俘获EC 跃迁 内转换IC
α衰变
原子核自发地放出α粒子而发生的转变
例如： 22R 6 a22R 2 n4 2He
α衰变的表达式与守恒量
一般衰变表达式： A ZXA Z42Y
质 量 数 守A恒X ：AY4 电 荷 数 守 恒X Z：ZY2 中 子 数 守 恒 NX ： NY 2
T2
λ2
0
0
N2
N3
母体A原子核数目的变化服从原子核衰变规律：
N1(t)N1e01t
dN1 dt
1N1
子体B的核数目变化情况：
ddN2t 1N12N2
子体B的原子核数目随时间的变化： N 2(t) 2 1 1N 1 ,0(e 1t e 2 t)
在连续放射性衰变中：
➢ 母体原子核的衰变，服从简单的指数衰减规律； ➢ 各代子体原子核的衰变，不再是简单指数规律，而
母子体的总放射性活度
母体放射性活度 子体放射性活度
子体单独存放时的活度
不成平衡
条件：
T1<T2，1>2，母体衰变比子体快。
例如：

1Bq=2.7×1011 Ci
放射性浓度定义为单位体积溶液中所含的放射
性活度，单位是Bq/ml、mCi/ml等。
第三节、射线与物质相互作用
Section 3 mutual interaction of rad and substance
射线的运动空间充满介质，射线就会与 物质发生相互作用，射线的能量不断被物质 吸收。这种相互作用亦称射线的物理效应， 是了解辐射生物效应、屏蔽防护以及放射性 检测、核素显像和治疗的基础。
Mutual interaction of γrad and Substance
光电效应：光子把能量完全转移给一个轨道电子，使之发射 出来，而光子本身消失。
康普顿效应：发生在γ射线能量较大时，光 子只将部分能量转给轨道电子，使之脱离原子 核发射出来成为康普顿电子，而光子本身改变 运动方向继续运行。
1960
照相机
扫描机
1950
21世纪
PET/CT
PET
1970 SPECT 1990 1990
电子对生成：光子穿过物质时，当光子能 量大于1.022MeV，在光子与介质原子核电场 的相互作用下，产生一对正、负电子。这种作 用被称之为电子对生成。
γ射线与物质相互作用产生光电子、康普顿 电子、生成电子对等次级电子，这些次级电子 也如带电粒子一样引起物质分子的电离和激发。
甲亢的碘-131治疗
治疗前
放射性核素32P敷贴器
治疗后
治疗前
治疗后
3、正电子衰变
正电子衰变：衰变时放出正电子的衰变。也叫β +衰变。
公式：ZAX
Z-1AY + e++ Q+ υ
粒子是带正电荷的电子，正电子射程仅1~2mm即发生湮 没辐射，即失去电子质量，转变为两个质量为511Kev，方 向相反的γ光子。可用PET探测方向相反的γ光子，进行显像。 如18F衰变。

• 32P应采用低Z和高Z物质的依次双层防护，即 先通过低Z物质，使其能量的多数消耗于对低 Z物质的激发和电离作用（在物质内部发生）， 少部分能量发生韧致辐射释放出的光子再通 过后面高Z物质被有效地阻挡。
➢契仑科夫辐射(Cerenkov radiation)：
对于32P等中、高能电子通过折射率较大的 透明媒质时，若其速度大于光在该媒质中的 相速度，则在粒子经过的径迹处，将沿一 定方向发射出近紫外波长的微弱可见光，即 契仑科夫辐射。
原子核中质子数与中子数的比例在一定的范围 内才是稳定的。比例过大或过小都会发生核衰 变。
强调
核衰变的速率、方式及释放的射线 种类、能量均取决于原子核内部的 特征，不受周围环境的影响。
核衰变的类型
• 核衰变的类型有三类：α衰变、β衰变、 γ衰变。
• 其中衰变又可分为β－衰变、β＋衰变和电子
俘获三种。因此衰变的形式共有五种。
➢请思考如何计算？
▪24d后131I经历了几个半衰期？24d/8d＝3个半衰期
▪24d后还剩下的放射性活度为：
370MBq×(1/2)×(1/2)×(1/2)＝46.25MBq
射线与物质的相互作用
一、带电粒子与物质的相互作用 指粒子、粒子等可直接引起电离， 称为直接电离粒子。
二、光子与物质的相互作用 指γ射线、X射线等可间接引起电离， 称为间接电离粒子。
核物理基础知识
原子的基本结构
核 外电子和原子核
➢ 质子数和中子数之和即为原子核的质量数，用A来表示。 原子序数用Z来表示，相当于原子核的电荷数即质子数。
子根量原 核据和子 进这能核 行两量是 分个两物 类属个质 。性基，
可本具 对属有 原性质
，
元素(element)：指具有相同质子数的一类

五、内转换
内转换电子过程
（1）处于激发态的原子核 把能量转给一个核外内层 电子， （2）这个电子被逐出原子 成为内转换电子， （3）外层电子填补空穴， 原子核回复到基态， （4）能量由特征X射线 （5）或俄歇电子携走
放射性核衰变规律
放射性核素的衰变是一种自发的过程，不同放射性核 素每个原子核在单位时间内发生衰变的几率不同，即 有不同的衰变常数，以λ表示。 对整个放射源，λ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，λ表示原子核发生衰变的几率，即可 能性。
质量数较小的核素，Z/N=1 时原子核是稳定的。 当质子数较多时（一般为Z＞20），质子数多了，斥力增大， 必须有更多的中子使核力增强，才足以克服斥力，保持核稳 定。 原子核中质子数过多或过少，或者中子数过少或过多，原子 核便不稳定。
放射性核衰变
放射性核素：原子核不稳定，能自发地放出
各种射线变成另一种原子核的核素。
由于核内中子缺乏致使放射出正电子的衰变，称为 正电子衰变，也叫β+衰变。 衰变时发射一个正电子和一个中微子（），原子核 中一个质子转变为中子。 β+衰变时母核和子核的质量数无变化，但子核的核 电荷数减少一个单位，β+衰变可用下式表示：
A Z
X
ZA 1 Y
Q
三、正电子衰变
正电子衰变核素，都是人工放射性核素。 正电子射程仅1～2mm，在失去动能的同时与其邻近 的电子（β－）碰撞而发生湮灭辐射，在二者湮灭 的同时，失去电子质量，转变成两个方向相反、能 量皆为511 keV的γ光子。 正电子发射断层仪（PET）能探测方向相反的511 keV光子，进行机体内的定量、定性和代谢显像。
同质异能素
核内中能素。

核医学的安全防护措施
辐射防护
采取有效的辐射防护措施， 降低患者和医务人员的辐 射暴露风险。
操作规范
遵循核医学操作规范和流 程，确保检查过程的准确 性和安全性。
设备维护
定期对核医学设备进行维 护和校准，确保设备的正 常运行和使用效果。
放射性废物的处理与处置
分类收集
将放射性废物按照不同的性质和危险 程度进行分类收集。
胞和分子水平的生理和病理过程，为疾病的早期诊断和治疗提供有力支
持。
03
放射性药物的创新
放射性药物是核医学诊断和治疗的关键组成部分，新型放射性药物的开
发和应用将进一步提高核医学的诊断和治疗水平。
核医学与其他医学影像技术的融合
核医学与超声成像的融合
通过将核医学的示踪剂与超声成像技术相结合，可以实现对病变部位的域外，核医学还在骨骼系统、神经系统、消化系 统等领域得到广泛应用，为临床医生提供了重要的诊断和 治疗手段。
02
核医学检测技术
放射免疫分析
放射免疫分析是一种基于放射性核素标记的免 疫分析技术，通过测量标记抗原和抗体之间的 反应来定量分析生物样品中的物质。
放射免疫分析具有高灵敏度、高特异性和可定 量等优点，广泛应用于临床诊断、药物监测和 生物科学研究等领域。
SPECT的缺点是分辨率较低，对病变部位的定位和定性诊断能力有限。
03
临床检验核医学应用
肿瘤诊断与治疗
肿瘤诊断
核医学技术能够通过放射性示踪 剂对肿瘤进行定位和定性诊断， 有助于早期发现肿瘤并提高诊断 的准确性。
肿瘤治疗
核医学技术可以通过放射性同位 素治疗肿瘤，利用放射性同位素 释放的射线对肿瘤进行杀灭，从 而达到治疗目的。
核医学的应用领域