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核医学绪论核医学的概念核医学的发展历程1895年WilhelmRoentgen发现X线1896年HenriBecquerel发现放射性核素1898年Mariecurie和PierreCurie提取polonium和radium1934年Joliet和Curie发现人工放射性核素1938年32P治疗白血病、1941年131I治疗甲亢、1946年131I治疗甲癌。1949年发明了第一台闪烁扫描仪1949年有了商品γ-照相机1964年DavidKuhl和Edwards研制了第一台SPECT1975年研制了第一台PET核医学的内容及其特点：临床核医学诊断：X线检查(radiology)超声检查(ultrasound)MRI检查(magneticresonanceimage)解剖成像SPECT/CTPET/CT功能成像器官功能测定、体外放射分析(RIA)等治疗：甲状腺机能亢进(hyperthyreosis)甲状腺癌(thyroidcarcinoma)转移性骨痛(multisitemetastaticpain)骨肿瘤(bonecancer)第一章核物理基础一、放射性核素原子结构、核素、同位素和同质异能素原子结构核素稳定性核素放射性核素同位素同质异能素原子的能量状态基态激发态元素（element）的基本单位是原子，原子由原子核和核外电子构成。原子核内有不同数目的质子(proton，P)和中子(neutron，N)，统称为核子(nucleon)。原子核内质子数目和中子数目之和为原子核的质量数，用“A”表示，因此，整个原子核内中子数目N=A－Z。原子核内的核子之间存在着引力，称为核力(nuclearforce)，为短程力，受核子数目的影响。除了核力外，还存在静电斥力，该力为长程力，不受核子数目影响，但与电荷量有关。P﹕N=1.0～1.5时，核力与静电斥力基本平衡，原子核处于稳定状态。一般情况下原子核处于最低能量状态，称为基态(groundstate)。当受到高能量粒子轰击或核内部发生结构改变，原子可暂处于高能量状态，称之为激发态(excitedstate)。激发态不会持久，将迅速释放能量，而恢复至基态，这种能量的释放过程称为跃迁(transition)。AZXAXAmXgroundstateexcitedstate质子数相同，中子数相同，能量状态相同的一类原子的集合称为核素(nuclide)。核内质子数相同，即在元素周期表中处于同一位置，但中子数不同的核素互称为某元素的同位素(isotope)。质子数、中子数均相同，但能量状态不同的核素称为同质异能素(isomer)。处于稳定状态的核素称为稳定性核素(stablenuclide)。当原子核内部处于不稳定状态，产生了能级的变化，转化为另一种核素。这种自发的核内结构或能量的变化过程称为核衰变(nucleardecay)，变化过程中释放的具有一定能量的粒子称为放射线(radiation)。释出放射线的核素称为放射性核素(radio-nuclide)。二、核衰变方式α衰变(alphadecay)β-衰变(alphadecay)42AAZZXYQ42He原子核内要释放2个质子和2个中子组成的称之为“α”粒子。当核内质子、中子比例不当时，质子和中子将产生相互转换，达到核内调整结构的目的。其特点是原子的质量数不变，只有原子序数改变（相差1），分为β-和β+和电子俘获三种形式。1AAZZXYQ主要发生在中子相对过多的核素。中子转化为质子，释放负电子，称为β¯粒子。β+衰变(alphadecay)1AAZZXYQ主要发生在中子数相对不足的核素，核内由质子转化为中子，释放正电子，称为β+粒子。011AAZZXeYQX特征线俄歇电子电子俘获(electroncapture，EC)对于中子数相对较少某些核素，原子核从核外内层的电子壳层俘获一个电子，使核内的一个质子转化为中子，同时释放一个中微子，随后较外层的电子跃入内层轨道填补空穴。由于外层能级高于内层能级，因此，多余能量以电磁辐射(即特征X射线)形式释放。或者该能量传递给另一壳层电子，使之脱离轨道逸出，称为俄歇电子(augerelectron)。γ跃迁与内转换现象♫经过α或β衰变的核素，在衰变的过程中可能导致原子核处于高能的激发态，核内多余能量以电磁辐射形式释放后返回基态，该过程称为γ跃迁。♫有时在核内多余能量释放过程中，也可能将能量传递给核外壳层电子，使之脱离其运行轨道而逸出，这种现象称为内转换现象。逸出的电子称为内转换电子(internalconversionelectron)。♫X射线和γ射线都是光子，它们的不同之处：γ射线来源于核内能量释放，而X射线为核外电子跃迁过程中的能量释放。三、放射性核素衰变规律及其度量核衰变是随机性的，单位时间衰变的原子核数目与核的总数成正比，并且随着时间的增长，遵循一定的规律而减少。693.02/1Tλ称为衰变常数（decayconstant），是放射性核素衰变的特征参数，表征单位时间原子核发生衰变的速率。指数衰变规律物理半衰期(physicalhalflife，Tr):指放射性核素的原子核数目衰变到原来的一半所需要的时间。生物半排期(biologicalhalflife,Tb)指放射性核素由于体内代谢作用，随代谢产物排出体外而减少到初始摄入量一半的时间。有效半减期(effectivehalflife,Teff)指放射性核素由于自发衰变和体内代谢共同作用而减少到初始量一半的时间。半衰期brbreffTTTTT如果某一放射性核素的物理半衰期和生物半排期相差甚为悬殊，则其Teff主要由短者决定。放射性活度、放射性比活度与放射性浓度放射性活度(A):是指在一定的时间(dt)内处于特定能态的一定量的放射性核素发生自发衰变(dN)的期望值。国际制单位为Bq，Bq其表示每秒内核衰变的次数，1Bq表示每秒有1次衰变。旧有单位为居里(Ci)，1Ci=3.7×1010Bq单位质量中所含的放射性活度称为比活度或比放射性。一般用Bq/kg或Bq/mol为单位。单位容积溶液中所含放射性活度称为放射性浓度，以Bq/ml或Bq/L为单位。1/20.6930tTtAAe四、带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用电离与激发作用带电粒子与物质的核外电子发生静电作用，如果导致物质中的原子失去轨道电子形成正负离子对，称为电离(ionization)作用。传能线密度(linearenergytransfer，LET)是指带电粒子穿过物质时，在其单位长度径迹上所转移的能量。电离密度(ionizationdensity):单位路径上形成的离子对数目。如果带电粒子使照射物质轨道电子从内层跃迁至外层，整个原子处于能量较高的激发态，此过程称为激发(excitation)作用。散射与吸收带电粒子受到物质原子核库仓电场作用而发生方向偏折和能量的改变，称为散射(scattering)，只改变运动方向而能量不变者称为弹性散射(elasticscattering)。如果射线通过物质时，由于各种作用的机制，导致带电粒子的动能全部丧失而不复存在的过程称为吸收(absorption)。带电粒子被吸收以前所行经的直线距离则成为射程(range)X、γ射线与物质的相互作用光电效应：光子与介质原子的轨道电子碰撞，把能量全部交给轨道电子，使之脱离原子，光子消失，这一作用能够过程称为光电效应(photoelectriceffect)。脱离轨道的电子称为光电子(photoelectricelectron)。康普顿效应：能量较高的光子与核外电子碰撞，将一部分能量传递给电子，使之脱离原子轨道成为高速运行的电子，而光子本身能量降低，运行方向发生改变，成为康普顿效应(Comptoneffect)。电子对生成：当光子能量大于1.022MeV时，在物质原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对生成(electronpairproduction)。对于γ射线和原子序数高的吸收物质，以光电效应为主；对于中能γ射线和原子序数高的吸收物质，康普顿效应占优势；对于高能γ射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。辐射剂量及单位♫照射量(exposure)X射线或γ射线在单位质量(dm)的空气中，与原子相互作用释放出来的次级电子完全被阻止时，所产生的同一符号离子的总电荷(dQ):X=dQ/dm，照射量仅适用于能量在10keV-3MeV范围内的X射线和γ射线照射空气。♫吸收剂量(absorbeddose)单位质量物质所受任何电离辐射的平均能量。D=dE/dm，国际专用单位是戈瑞(Gy)。♫当量剂量(equivalentdose，HT,R)吸收剂量与辐射权重因子(WR)的乘积。HT,R=DTR•WR,国际专用单位是希沃特(Sv)。♫有效剂量(effectivedose，E)全身收到均匀或不均匀照射时，考虑各器官敏感性后的当量剂量(HT,R)加权平均值。国际专用单位是希沃特(Sv)。RTTTHWE,♫待积当量剂量(committedequivalentdose)待积剂量(committeddose)指放射性核素进入体内的剂量积分估算，根据待积剂量的概念还可以推倒出待积吸收剂量、待积当量剂量和待积有效剂量等。待积当量剂量（committedequivalentdose,HT（τ））指单次摄入的放射性物质在其后的τ年内对所关心的器官或组织所造成的总剂量累积值。dtHHtttTT00,)(,）（待积有效剂量(committedeffectivedose，E(τ))如果单次摄入R类放射性核素对人体器官或组织（T）造成的待积当量剂量HT（τ）乘以相应的权重因子WT，随后对所涉及的器官或组织（T）求积。TTTHWE）（)(HT（τ）为积分至τ时间时组织（T）的待积当量剂量；WT为组织T的组织权重因数。比释动能K当量剂量H辐射场(照射量X)空气待积剂量核素进入体内待积当量剂量待积有效剂量吸收剂量D有效剂量E电离辐射源常用电离辐射量间相互关系第二章核医学中的放射卫生防护Radiationneednotbefeared,butitmustberespected.Morgan一、天然本底辐射天然本底辐射宇宙辐射地球辐射初级宇宙射线次级宇宙射线铀系锕系钍系其它天然放射性核素本底当量时间表示在临床核医学防护工作中，病人所受的辐射剂量的大小可以用相当于在多长时间内所受天然本底辐射的剂量。二、放射生物学(radiationbiology)作用机理♫放射生物学中的几个重要概念传能线密度(linearenergytransfer,LET)带电粒子在组织中单位距离上的能量沉积。相对生物效应(relativebiologyeffect,RBE)=标准射线产生生物效能的剂量/所试辐射产生相同生物效能的剂量，通常情况下，RBE与LET呈正相关关系。直接作用(directeffect)是指射线将能量直接传递给生物分子，使其电离和激发，损害核酸、蛋白质、酶和脂类等生命物质的结构和功能。间接作用(indirecteffect)指射线的能量直接沉积于生物体中的水分子，而不是生物分子，辐射沉积的能量引起水分子发生辐射分解，进而产生自由基等活性基团，这些自由基等活性基团可诱发生物分子损伤，它是通过水的辐射降解产物间接作用于生物分子引起损伤的。外照射(externalirradiation)是指来自被辐照机体之外的照射如x线和钴源γ射线等。内照射(internalirradiation)是指放射性物质通过不同途径进入人体沉积于组织或器官内在人体内产生的照射。♫外照射和内照射♫封闭源和非封闭源封闭源是将放射性物质固定在全封闭状态得到电离辐射源。非封闭源是指能够向周围环境播散放射性核素的电离辐射源。♫随机效应与确定性效应随机效应(stochasticef