人类发展与核科学第4章ppt课件

1、第4章 放射诊断治疗与核医学 第一节 放射诊断学第二节 X射线计算机断层(XCT)第三节 放射治疗学第四节 核医学.概述1人类已进入21世纪，经济将高度开展，人民生活程度进一步提高，人民盼望有一个好的生活环境和安康的身体，所以需求提高医疗技术和程度，更新医疗设备，提高全民族的安康，使人民的平均寿命提高到新的程度。核科学与医学、生物学、放射学和剂量学等结合，产生了放射诊断学、放射治疗学和核医学等学科。.概述2现代医学总是包括四个方面：预防医学、诊断医学、治疗医学和康复医学。核科学可用于预防、诊断和治疗，已成为医学领域中不可短少的部份。例如：预防领域需开展普查，如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期检

2、查等；诊断领域，现代化医院中的高当设备都和核科学有关，如XCT、ECT、MRI和PET等；治疗领域，现代癌症有70需求放射性治疗，还有X刀、刀、质子刀等都是目前最先进的治疗设备。 .第二节 X射线计算机断层(XCT) 1972年英国EMI公司的Hounsfield研制成世界上第一台XCT机。CTComputed Tomography是计算机断层的缩写。抑制了X光机平面图像在深度方向的重叠，可以得到人体脏器的断层即一薄层图像，许多断层像可以重建成三维的立体像。 .2.2 XCT对X射线的丈量(1)1、 X射线的五个物理量：波长、频率、能量、强度和剂量。一个光子的能量.2.2 XCT对X射线的丈量

3、(2)2、 X射线与人体的相互作用弹性散射：光子与电子碰撞只改动进展方向而能量不变。康普顿散射：光子与自在电子或原子中束缚得不太紧的电子碰撞，将一部份能量传送给电子，使之脱出原子成为反冲电子，光子那么因损失能量成为能量更小的光子，且改动运动方向。光电效应：光电作用导致X射线光子及其能量在作用途被吸收。 .2.2 XCT对X射线的丈量(3)3、 X射线的衰减X射线穿过人体后，强度成指数衰减，如下式所示： 其中是组织的线性衰减系数，W是组织的厚度。 .2.3 XCT建像原理和方法 建像方程如下： .3CT数在CT建立图像的实际中，人们感兴趣的是用数值描画人体的组织。线性衰减系数是区分不同组织的物理

4、量，为了鉴别组织的线性衰减系数的微小差别，并使组织特性定量化，采用了CT数这一概念。CT数定义为：.3CT数我们知道，水的线性衰减系数或称吸收系数水为1；骨骼的衰减系数骨近似为2；空气的衰减系数空气为0.0013。因此计算可得水的CT数为0，骨的CT数为+1000，空气的CT数近似为-1000。这样我们可把一个重建的CT图像看成一个CT数的矩阵，每一个CT数代表一个像素。人体组织的CT数界限有2000个分度，上界为骨的CT数，为+1000H，下界为空气的CT数，为 -1000 H。.3CT数一些常用CT数：脂肪的CT数为-100软组织的CT数大约为+20+40。.第三节 放射治疗学.3.1 概

5、述 放射治疗的原理 放射治疗学是利用核射线X、和中子流等对疾病进展辐射治疗的学科。 放射治疗的根本原理是当射线到达一定剂量时，射线照射对病变细胞有抑制和杀伤作用。 射线经过直接效应和间接效应置癌细胞于死地。.3.1概述 肿瘤放射治疗的方法和疗效放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。据有关报道：如子宫癌手术前放射治疗的治愈率可从70提高到90；膀胱癌手术前放射治疗的治愈率可提高10以上；肺癌手术后放射治疗5年生存率从0提高到20。单独放射治疗恶性肿瘤5年治愈率可达50% .3.4 立体定向放射治疗 一、概述 1949年瑞典神经科学家Leksell首先提出了放射外科学实际，想象利用

6、立体定向技术，运用大剂量的高能量射线束X、质子、中子等一次性摧毁靶点的病变组织。以后近二十年有许多科学家进展了研讨和实验，于1968年建造了世界上第一台 刀，并于1972年1974年胜利地做了二十多例脑动静脉畸形和癌症手术。从此刀开场用于治疗各种神经外科和癌症疾病。 .3.4 立体定向放射治疗(1)二、刀 刀和X刀并非通常意义上的有利刃、有凭据、能切割的金属刀。称其为“刀是由于它能象手术刀那样切除肿瘤，冠以“X或“是由于原动力来自X射线和射线，所以也是一种放射治疗。 .3.4 立体定向放射治疗(2)1刀的根本原理和概略 刀是将多个放射源静止性照射到一点上，使该点的剂量很大，从而到达治疗的目的。

7、 1968年第一台刀在瑞典问世，用179个钴60源；1974年第二代刀用201个钴60源，照射直径达430mm；八十年代开展了第三代刀，用多个等剂量.3.4 立体定向放射治疗(3) 中心，改换各种准直器头盔，运用范围扩展到颅内肿瘤和血管畸形。1984年后刀遭到世界各国关注和推行，在英国和阿根廷安装了第三台和第四台刀。1987年在美国安装了北美第一台刀，每个钴源达30居里，适用于治疗面积更大、位置更深的病变。1992年美国已有10台刀，日本有8台。近年来，我国已引进5台。 .3.4 立体定向放射治疗(4) 2、刀的组成 刀由六部分组成，它们是： 放射系统；校准系统头盔；手术台；控制台；液压系统和

8、 计算机治疗方案系统。 .3.4 立体定向放射治疗(5) 3、刀的特点 无手术治疗，病人无苦楚； 手术准确，误差小0.1mm； 简便省时,每次治疗只需3-小时； 新一代刀配合CT、MRI及计算机，使治疗过程自动化和程序化。 .3.4 立体定向放射治疗(6)4、刀的临床运用 伽玛刀、X刀治疗顺应症：1.一切的脑内良、恶性肿瘤：脑膜瘤、垂体瘤、 脑转移瘤、松果体瘤、三叉神经瘤、听神经 瘤、血管网织细胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神经鞘瘤、NPH癌等2.癫痫；3.脑血管畸形、脑血管瘤；4.五官肿瘤：鼻咽癌、颅咽管瘤、鼻血管纤维瘤、 内耳肿瘤、眼球后肿瘤；5.功能性脑神经疾病： 三叉神经痛、顽固性 头痛、帕金森

9、氏病。.3.4 立体定向放射治疗(7)三、X刀1、概述 以产生硬X射线的医用直线加速器为放射源的立体定位定向安装，称为X刀。其原理是经过Linac机架旋转控制射线的输出剂量，照射野的再次准直和治疗床的角度变化来使高辐射剂量照射源集中在靶点，而靶区周围X射线剂量很小，获得与刀一样的治疗效果。 .3.4 立体定向放射治疗(8)2、X刀的特点和评价 无痛手术，病人苦楚极小 设备简单，只需对规范直线加速器稍加修正，就非常接近刀 操作简单，技术容易掌握 造价比刀低，容易推行 对环境污染小 可对多种癌肝、肾、肺及骨癌等进展立体放射治疗。 .3.4 立体定向放射治疗(10) 评价：预测X刀将成为未来立体放射

10、治疗的主要设备，比刀更易推行。在美国X刀治疗中心有80多个，而刀治疗中心只需8个。3、X刀的临床运用 我国从1991年研制第一台X刀，两年中就完成了160多病例。 .第四节 核医学 核科学用于经济技术的开展，为消费力的开展、社会的提高和人类和平的伟大事业作奉献。同时，科学技术，包括核物理、核探测、核辐射、核资料、核化学和核医药等都已广泛应核科学技术也不断地为人类安康，提高人民的生活程度效力。除了放射诊断和放射治疗，在本世纪30年代开创的临床核医学就是一门核科学技术与医学相结合的新兴学科。几十年来核医学已得到相当大的开展，在医院中放射科和核医学科都已成为现代化医院中的重要部门。 .什么是核医学？

11、核医学的定义：核医学是核技术与医学相结合的学科核医学的义务是用放射性核素及核技术来诊断、治疗及研讨疾病。核医学涉及的学科：核物理、核电子、核探测、计算机控制及图像处置、数学、放射化学、医学的各科等.基因突变表达失控代谢异常功能失调构造改动病症体征 Disease is not a THING, but a PROCESS现代医学以为：疾病的发生来源于 基因改动表达物改动代谢改动形状改动.现代医学影像技术称号成像参数性质X线CT衰减系数、CT值解剖构造B超超声波反射解剖构造MRI质子密度、T1、T2、解剖、功能化学位移SPECT放射性浓度代谢功能PET放射性浓度代谢功能PET/CT放射性浓度代谢

12、功能衰减系数、CT值 和解剖SPECT、PETECT(emission computed tomography).核医学内容.核医学开展的两大支柱放射性药物-诊断、治疗关键点是特异性其次是稳定性如：11C-胸腺嘧啶 - DNA合成金规范，不稳定；18F-FLT 氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于3端的置换，其磷酸化后不能进一步参与DNA合成，又不能经过细胞膜前往，被局限在细胞内。核探测技术-影像定位、定量.核医学诊断核医学的右手.核医学诊断-示踪原理示踪剂：参与体内某终身理代谢过程的物质 + 发射可探测射线的核素 = 构成示踪剂。 例如：脱氧葡萄糖DG + 发射正电子的18F = 18F-FDG 代谢

13、过程：静脉注入后，经过毛细血管壁进入组织。对不同的示踪剂，有些直接参与体内代谢，有些那么被限制在某些特定的组织区域。由于示踪剂在体内的分布与代谢过程是动态的，所以体内各组织部位的示踪剂浓度是不断地变化的。探测：在示踪剂注入体内后的 整个过程中，都可运用扫描仪在体外探测示踪剂发出的辐射信号，从而确定示踪剂在体内的位置，由此得到示踪剂在体内的代谢过程与分布图像。.核医学显像原理利用放射性药物 用放射性核素标志的示踪剂引入体内参与特定生物活动 被特定的组织摄取定位，定性,定量反映体内代谢情况探测显像 显像设备,显像条件, 操作程序活体, 分子程度 活体内示踪剂分子行为.核医学显像设备核医学显像设备探

14、测射线相机 (scintillation gamma camera) 1958年H. Anger发明，Anger相机SPECT (single photo emission computed tomography) 20世纪80年代，单光子发射断层扫描仪PET ( positron emission tomography) 20世纪90年代，正电子发射断层扫描仪PET/CT 21世纪，功能图像和解剖图像有机交融.SPECT single photo emission computed tomography相机-发射，平面图像透射X平片SPECT-发射，断层图像透射CT相机探头绕人体旋转获得各个

15、方向的投影平面像图像重建-滤波反投影、迭代获得断层图像图像重建算法-使图像更接近真实不断是核医学中的一个重点研讨方向。.相机.SPECT.相机、SPECT诊断工程灌注显像动态血池显像静态肿瘤阳性显像全身骨扫描数十种工程，数十种放射性药物.骨扫描.肿瘤阳性显像.PET-positron emission tomography正电子核素18F、 15O 、13N、11C，人体根本元素，更能反映体内代谢发射出正电子，与一个负电子发生湮灭辐射 e+e-2511keV，E=mc2)探测正电子湮灭辐射发出的双光子不加准直器符合探测，探测环灵敏度、分辨率.PET设备. 电子对湮没.PET探测原理PET.19

16、64年环状头部PET2001年 GE DISCOVERY-LS PET.脑部CT .头部MRI. PET ?.SPECT与PET的区别放射性核素SPECT 99mTc、131I . PET 15O、11C、13N、 18F 人体根本元素探测信号 SPECT: 单光子 PET: 双光子空间定位SPECT: 准直器 PET: 符合探测电路空间分辨率 SPECT: 812 mm PET: 35 mm灵敏度: PET SPECT扫描时间: PETSPECT.PET/CT的发明是医学影像学的又一次革命PET/CT.CT与PET比较.PET/CT的特点CT与PET硬件、软件同机交融解剖图像与功能图像同机交

17、融同一幅图象既有精细的解剖构造又有丰富生理、生化分子功能信息可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程高灵敏度、高特异性、高准确性CT图像兼做衰减校正PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；PET/CT能实现的，PET或CT不一定能实现.PET显像特点功能显像敏感性、特异性较高缺乏准确的解剖定位.PET与CTScans showing lung cancer (bright spot in the chest). At left - CT scan; center - PET scan; right - combined CT-PET scan.PET-CT交融表示图CT图像何处有病灶？.PET-CT交融表示图PET图像病灶在何处？.PET-CT交融表示图PET-CT图像交融病灶原来在这里.PET、PET/CT 的临床运用肿瘤学7590心脏病学1020神经系统1030其他器官移植、感染、创伤、发育生理及药理实验 .核医学治疗核医学的左手.核医学治疗原理将放射性核素引入体内运用特异性的载体(如RIT放射性核素标志载体载体参与体内生物活动，带着核素定位到靶器官直接利用核素与靶器官的亲和定位作用131I、153Sm、89Sr定位施放放射性核素如 125I 种子源将放射性核素直接放