试验核医学与核药学.ppt

实验核医学与核药学 Experimental nuclear medicine and Nuclear pharmacy,绪 论,一、定义与内容 (一)核医学定义： 研究核技术在医学上的应用及其理论的科学称之。 (二)核医学的内容： 包括实验核医学(基础核医学)、临床核医学与核药学三部分 (三)实验核医学的定义： 研究核技术在生物医学领域的实验应用及其理论的科学(或在 实验医学中应用核技术的科学就叫实验核医学)。 (四)核药学的定义： 研究核素标记药物的制备、理化特性及其在人体内的生理、病理过程，为实验和临床核医学提供各种诊断和治疗的放射性药物或稳定核素标记化合物称之。,核医学的内容,实验核医学（基础核医学） 1.核电子学 2.标记化合物 3.示踪技术 4.电离辐射生物效应与放射卫生防护 临床核医学 1.诊断 2.治疗,二、实验核医学的特点,(一) 兼容性好； (二) 方法学多； (三) 应用面广； (四) 探索度深； (五) 综合性强。,三、发展与动向,实验核医学与核药学是一门新兴学科，与其他学科一样，有其自身的发生和发展历史。1896年，贝可勒尔发现天然放射性铀，1898年，居里夫人发现天然放射性镭(Ra226)，此后在很短时间内，核物理学家和放射化学家很快陆续发现了大量的天然放射性核素，直到1934年小居里夫妇首次证明用天然的粒子轰击轻元素(铝箔)产生人工放射性核素，1942年核反应堆的诞生以及后来加速器的问世，解决了人工放射性核素的大量生产，还有核仪器的研制与应用，从而使人类逐渐认识和应用放射性核素及核技术，具体表现在以下几个方面：,(一)示踪技术的发展：,著名核医学家Wagner教授认为“核医学是将示踪原理应用于临床医学及生物医学研究的一门分支学科”。由此看来，示踪技术在核医学中所占的地位多么重要。实验核医学与核药学的先驱者Hevesy早在1923年就开始了示踪实验。30年代初期到40年代中期是用稳定核素开展大量示踪研究的活跃时期。在这15年时间内，大量研究工作者把医学理论研究从静态观察为主推向动态观察为主，使人们对生命现象的认识明显地前进了一大步。在示踪研究中，一开始使用天然放射性核素，然后用稳定性核素，最后用人工放射性核素。由于Hevesy的划时代贡献，1943年，他获得了诺贝尔奖。现在示踪技术越来越引起医学界的重视和广泛应用，几乎渗透到所有医学基础学科及临床学科。目前示踪技术已发现到从体内到体外，从整体到局部，从组织到细胞，从细胞到分子，从定性到定量再到定位，从静态到动态，从平面到断层等，这些都反应了示踪技术的重要性。可以这样说，在实验核医学中，凡是重要的研究成果都离不开示踪技术。,(二)核医学实验仪器的发展：,如多功能的能谱仪，匹配计算机的放射免疫测量仪，由50管到200管或更多管，自动测量、自动换样、自动数据处理，打出标准曲线及结果。又如液体闪烁测量仪能测能量较低的软射线(3H、14C)，匹配计算机，也是会自动的，使用方便、科学。还如核磁共振仪(NMR)、活化分析仪、化学发光仪等都是核医学实验中使用的现代化仪器，这些仪器在国外比较普及，国内一些大中型医院或实验室也已应用。,(三)标记化合物及放射性药物的发展：,核医学实验，标记化合物及放射性药物或放射性试剂是重要的先决条件之一，它们的制备已经向深度和广度发展，深度就是质量，广度就是种类和数量。这主要是标记技术的提高。近年来由于这方面专家的努力，在一些活性物质及细胞方面的标记获得了重大进展和成功，如：WBC、RBC、BPC及单克隆抗体等的标记。,(四)人才培养及技术力量的组织：,鉴于核医学是一门多学科的综合性专业，它与物理、化学、数学、生物学、生理、生化、病理、微生物、免疫、药理等基础学科的关系比任何医学专业都更密切。因而国外各类专家都把核医学作为大显伸手的领域。所以国外一些高水平的实验室能够做出创造性的工作，主要是他们把医学、生物、数学、物理、化学等各方面知识综合于核医学，上述人员共同研究、共同攻关，设备昂贵的仪器由政府资助，各个研究项目，首先考虑是应用核医学技术。 (五)我国实验核医学情况,四、学习要求,第一章,核射线及其与物质的相互作用,（一）核外电子,（一）中性原子 （二）核外电子的运 转轨道 （三）核外电子的能级,二、原子核,（一）核能态 1、定态：电子在轨道上运行既不放出不吸收能量的状态； 2、基态：能量最低的定态称之； 3、激发态：能量最高的定态称之。,（二）几个概念 1、核素 凡原子核内质子数.中子数和能量状态均相同 的一类原子，统称为核素。 2、同位素 凡核内质子数相同(原子序数相同),而中子 数(N)不同的一类原子，彼此互称同位素, 1H、2 H 、 3H。 3、同质异能素 核内质子数和中子数均相同，但所处 能量状态不同的核素。如99Tc与99mTc 。,4、稳定性核素与放射性核素 （1）稳定性核素 （2）放射性核素 （3）放射性核素的原子核为什么不稳定？ 1、核子总数过多（83），主要发生衰变； 2、中子质子比例不平衡，主要发生衰变； 3、核子间的平均结合能小。,2 核衰变方式,一、衰变(alpha decay) 二、衰变(beta decay) 三、跃迁( Transition),衰变(alpha decay),核衰变时放射出粒子的衰变。 变化通式： AZXA-4Z-2Y+42He+Q 22688Ra(镭)衰变式： 22688Ra22286Rn+42He+4.86 Mev, 4He,衰变,核衰变时放射出粒子或俘获轨道电子的衰变 衰变后核素的原子序数可增加或减少，但质量数不变。 分衰变（核内中子过多）、衰变 （核内中子过少） 和电子俘获三种类型。 粒子的速度为20万km/s。,衰变(beta decay),(一) -衰变： 衰变时放射出粒子。核内中子过多造成的不平衡。中子转化为质子的过程。 变化通式及3315P(磷)衰变式如下 AZXAZ+1Y+-+Q 是反中微子 3215P3216S+0-1e+1.711 Mev,N p+e-,粒子特性,粒子实质是负电子； 衰变后质量数不变，原子序数加。 粒子的能量分布从0最大具有连续能谱，穿透力比a粒子大； 电离能量比a粒子弱，能被铝和有机玻璃吸收。,衰变(beta decay),(二)+衰变： 变化通式及137N(氮)衰变式如下： AZXAZ-1Y+Q 是中微子 137N136C+1.190 Mev,p n+e+,粒子的特性,粒子实质是正电子； 衰变后子核质量数不变，但质子数减； 也为连续能谱； 天然核素不发生衰变，只有人工核素才发生。,衰变(beta decay),电子俘获(electron capture decay,EC) 核衰变时俘获一个轨道电子。它是核内中子数相对不足所致。从内层轨道（K）俘获一个电子，使核内一个质子转化为一个中子。 变化通式 ： AZX+-eAZ-1Y+Q 12553I(碘)衰变式： 12553I+-e12552Te(碲)+0.0355 Mev。,跃迁( Transition),(一)同质异能跃迁(isomeric transition)： 变化通式及99m43Tc(锝)衰变式如下： AmZXAZY+ 4942MO99m43TC9943TC+ (二)内转换(internal conversion)： 以上几种衰变图及模式图如下图：,射线特性,射线为光子流，不带电，穿透力强，电离能力弱； 射线在真空中速度为30万km/s。,3 核衰变规律,作为放射性原子核的个体，其衰变是独立的随机事件，相互间没有制约，衰变先后没有规定的次序，也不是同时发生衰变。表面看似乎杂乱无章，毫无规律可言。但是，作为有很多个核组成的放射性物质而言，核衰变却表现为具有一定的规律性：对一定量的放射性物质测其计数率n , 发现 n的数值随时间的延长而逐渐减少。,精确的实验证明，在时间间隔为 t到 t十t内，衰变的原子核数目N是和t及在该时刻尚未衰变的总核数N成正比，即 NNt，写成等式：dNN=N 式中：是比例常数，称为衰变常数（Decay constant），符号右侧的负号表示N值随t增加而减少，即N是负的（衰变掉的）。若时间间隔极微小，用dt表示，上式可写成微分式： dNdt=N dNN=N 经积分与代入演变得： Nt =N0et 这就是放射性衰变公式。它指出，N值按时间的指数函数而衰减。,二、半衰期,(一) 物理半衰期(T1/2)：放射性核由于衰变,其原子核数目或活度减少到原来一半所需的时间,用T1/2表示 （二）生物半衰期(Tb)：由于生物机体的代谢 （三）有效半衰期(Te)：由于放射性核素自身衰变及生物机体代谢的共同作用 三者的关系可用下式表示： Te=（T1/2Tb）/（T1/2+Tb）,三、放射性活度及其单位,(一)放射性活度（radiativity）指样品在单位时间内的 衰变次数。 A = dN/dt 根据核衰变规律公式及放射性活度定义A与N成正比关系可写成下式： At = Aoe-t = Aoe-0.693t / T1/2,(二)放射性活度单位： 在国际单位制(SI)中，专名是贝可勒尔(Bequeral)，简称贝可，符号是Bq单位是秒-1(s-1)其派生单位有KBq(千Bq)MBq(兆Bq)、GBq(吉咖Bq)和TBq(大拉Bq) 1TBq = 103GBq = 106MBq = 109KBq 旧的专用单位是居里，符号Ci,1Ci=3.71010 dps=2.221012 dpm Ci的常用派生单位是mCi,Ci 新旧单位换算如下： 1ci = 3.71010Bq = 37GBq 1mci = 3.7107Bq = 37MBq 1ci = 3.7104Bq = 37KBq 1Bq = 2.710-11Ci,四、放射性比活度 定义：单位质量的固体或单位体积的液体放射性物质的放射性活度 单位：MBq/mg、GBq/mg、TBq/g 或 MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml; 旧单位是 mci/g、ci/g 或 mci/ml,五、连续衰变 当衰变后的子体核素也为放射性核素时，子体核素也会发生继续衰变，直至变成稳定性核素,六、衰变公式的应用,例题1，某实验室有某年9月27日出厂的Na131I溶液，其放射性浓度为3182 MBq/ml，当年10月14日使用时，其放射性浓度是多少?现要吸取370 MBq该溶液，需吸取多少ml? 解： 已知Ao=3182MBq 131I的T1/2=8.04D，t=17D 先算t/T1/2=17/8.042.11查通用放射性衰变表(P8) 得e-t=0.232代入衰变公式： A=Aoe-t=31820.232=738.15(MBq/ml) 370738.150.5(ml) 答：此时浓度是738.15MBq/ml；需吸0.5ml。,例题2 3H-正十六烷标准源，产品说明书介绍是1997年11月，测得的比活度为1.60MBq/g，取用时间为1999年11月，问取用时的比活度是多少?相当于每ml多少dpm(室温18)?(3H-正十六烷溶点18时，密度为0.775g/ml) 解：已知Ao=1.6MBq/ml t=2y 3H T1/2=12.33y 方法一：t/T1/2=212.33=0.1622查通用放射性核素衰变表 得 e-t=0.895代入衰变公式 A=Aoe-t=1.60.895=1.432(MBq/g) 方法二：A = Aoe-t = Aoe-0.693t / T1/2 =1.60X(0.693/12.33)2=1.60e-0.1124 查ex指数表或用ex指数功能计数器求e-0.1124=0.8937 代入上面衰变公式A=1.600.8937=1.43(MBq/g) 解：已知3H-正十六烷溶点18时，密度为0.775g/ml 1g相当于1/0.775=1.29(ml) 1MBq=1106dps=60106dpm每秒计数换成每分计数 根据所得结果的比活度是1.43MBq/g 1.43MBq=(1.4360106)/1.29=6.65107(dpm/ml) 答: 取用时的比活度是1.43MBq/g； 相当于每ml6.65107dpm.,4 核射线与物质的相互作用,一、带电粒子与物质的相互作用 （一）电离与激发(ionization and excitation) （二）弹性散射 （三）韧致辐射 （四）契仑可夫辐射 （五）湮没辐射 （六）射程,(一)电离与激发(ionization and excitation) 1.电离 ：指带电粒子使物质中的中性原子变成离子对过程。 2.激发 ：如果核外电子所获动能不足以使之成为自由电子，只是从 内层跃迁到外层，从低能级跃迁到高能层称之。 3.电离密度 ：单位路径上形成的离子对的数目。它表示的是射线电离作用强弱的量。,（二）弹性散射 带电粒子通过物质时因受原子核库仑电场作用而改变本身运动方向，但带电粒子与原子核在相互作用前后总动能保持不变，这一过程称为弹性散射或弹性碰撞。,（三）韧致辐射,带电粒子还可与原子核发生非弹性碰撞。高速运动的带电粒子经过原子核附近时，受到原子核库仑场作用而急剧减速，其部分或全部动能可转变为连续的电磁辐射，称为韧致辐射（Bremsstrahlung）。 韧致辐射的发生机率，与带电粒子质量的平方成反比，与带电粒子的能量成正比与所通过的物质的原子序数的平方呈正比。可见a粒子的韧致辐射可忽略不计（与带电粒子质量的平方呈反比），高能射线的韧致辐射效应显著（与入射粒子的能量呈正比），并且对放射性核素按其来源可分为天然和人工两大类。但其中天然放射性核素种类仅数十种。致辐射的防护宜采用原子序数低（与物质原子序数的平方呈正比）的屏蔽材料（如有机玻璃、铝）。,（四）契仑可夫辐射,高能电子通过折射率较大（n1）的透明介质时，若其速度大于光在该介质中的相速度，在粒子经过之处，将沿一定方向发出接近紫外线波长范围的微弱可见光。这种辐射称为契仑可夫辐射（Cerenkov radiation）。契仑可夫辐射具有连续光谱，辐射强度与带电粒子静止质量无关，而仅取决于粒子的电荷及速度。生物医学中常利用契仑可夫辐射测量中、高能-射线（如32P）。,（五）湮没辐射,+粒子通过物质时，其动能完全消失后，可与物质中的自由电子相结合而转化为一对发射方向相反、能量各为0.5llMeV的光子。这种现象称为湮没辐射