放射性核素显像之核素的产生和显像机制

医学影像物理学PhysicsofMedicalImaging主讲张学龙教授

第五章放射性核素显像医疗器械学院4伽玛摄影机1放射性核素显像之核素的产生和显像机制第1页第四节核素产生和显像机制2放射性核素显像之核素的产生和显像机制第2页一、医用放射性核素制备原理①核反应堆(reactor)和原子核裂变产物

②加速器(accelerator)③放射性核素发生器2、核素发生器原理1、核素产生方式1、显像剂作用机制2、示踪技术原理二、显像剂作用机制和示踪技术原理三、核医学显像类型（介绍）2、局部显像和全身显像3、平面显像和断层显像4、早期显像和延迟显像5、阳性显像和阴性显像6、介入显像(interventionalimaging)1、静态显像和动态显像3放射性核素显像之核素的产生和显像机制第3页放射性药品(radiopharmaceuticals)示踪剂(tracer)、or:放射诊疗试剂(radiodiagnosticagent)、标识化合物(1abelledcompound)标识物(1abelledmateria1)等核素显像要素之一是：含有放射性核素、应用于医学诊疗、治疗和研究化学制剂和生物制剂。用于显像体内诊疗放射性药品用于非显像体内诊疗放射性药品显像剂(imagingagent)放射性药品放射性核素（起源）4放射性核素显像之核素的产生和显像机制第4页一、医用放射性核素制备原理1、核素产生方式放射性核素有1500余种，但直接可供医用者为数不多，需要设法产生和制备。产生主要方式(三种)：②加速器(accelerator)③放射性核素发生器(radionuclidegenerator)①核反应堆(reactor)和原子核裂变产物

反应堆：利用235U(铀)或239Pu(钚)为核燃料，在堆内发生裂变所生成大量中子(n)轰击原子核，引发核反应而产生放射性核素装置。经化学分离、精制等处理，生成医用放射性核素①核反应堆(reactor)核反应生成5放射性核素显像之核素的产生和显像机制第5页核裂变生成：经过235U俘获中子后发生核裂变，从生成裂变产物中提取、分离出有用放射性核素。临床上使用一些放射性核素起源于反应堆：放射性核素半衰期主要射线(KeV)能量核反应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无6Li(n，)3H14C5730y无14N(n，p)14C

32P14.3d无32S(n，p)32P

6放射性核素显像之核素的产生和显像机制第6页②加速器(accelerator)各种带电粒子(高能质子、氘核、粒子、氦核等)加速后取得能量，轰击靶核引发核反应，再经化学处理，即可取得医用放射性核素。说明：1)加速器种类较多，小型盘旋加速器较为适当。2)加速器主要生产短半衰期放射性核素，尤其是正电子发射型计算机体层所需要超短半衰期正电子核素。比如，用12MeV质子轰击111Cd可取得111In当前加速器生产放射性核素有：18F(氟)、67Ga(镓)、201Tl(铊)、11C(碳)、13N(氮)、15O(氧)、111In(铟)、123I(碘)等。7放射性核素显像之核素的产生和显像机制第7页8放射性核素显像之核素的产生和显像机制第8页是一个从较长半衰期母体核素(parentnucleus)中分离出由它衰变而来短半衰期子体核素(daughternucleus)装置。③放射性核素发生器▲母体核素由反应堆或加速器产生后，被注入一个装有吸附剂层析柱内，母体核素被牢靠地吸附在吸附剂上，同时不停衰变成子体核素，因其化学性质与母体不一样，子体核即可从吸附剂上解吸附下来。▲每隔一定时间能够从放射性核素发生器分离出可供使用子体核素，就好像从母牛身上挤奶一样，所以这种装置俗称“母牛”(cow)。9放射性核素显像之核素的产生和显像机制第9页当前核医学使用放射性核素主要是经过发生器来取得，能够定时供给，使用方便。比如：99Mo-99mTo(钼-锝)发生器、

113Sn-113mIn(锡-铟)发生器、

81Rb-81mKr(铷-氪)发生器、

68Ge-68Ga(锗-镓)发生器

82Sr-82Rb(锶-铷)发生器

90Sr-90Y(锶-钇)发生器

87Y-87mSr(钇-锶)发生器等。10放射性核素显像之核素的产生和显像机制第10页99Mo-99mTc发生器（临床上最惯用）母体99Mo(钼)来自反应堆(99mTc-methylenediphosphonate)用于作骨显像及骨关节显像；81mKr(氪)是肺通气显像剂；82Rb(铷)是正电子心肌显像剂；68Ga(镓)可制作PET使用正电子显像剂。价格适中用它洗脱出放射性99mTc(锝)可用作:①直接显像：用于甲状腺、唾液腺以及关节等显像；②标识显像：用99mTc标识亚甲基二膦酸盐即99mTc-MDP2、核素发生器原理11放射性核素显像之核素的产生和显像机制第11页放射性核素发生器分类方法很多。按照其制备和分离方法不一样，有：按其母体核素99Mo起源和装柱工艺不一样分为：还分为：99Mo-99mTc发生器裂变吸附色谱凝胶色谱裂变型色层柱型堆照凝胶型堆照萃取型堆照升华型堆照柱色谱型溶剂萃取型升华型99Mo-99mTc发生器种类很多，不过要搞清原理!①为何能不停提取(分离)？②怎样提取(分离)？12放射性核素显像之核素的产生和显像机制第12页当2>>1，t7T2时，母子体系到达长久平衡：母子体核素放射性活度近似相等！A2=A1

比如：90Sr90Y，90Sr:T1=28a，90Y:T2=64h若t不是很大，A2近似为：因为母子共存时普通式：2>>1t不很大(与T1=28a

相比),1t很小,e1t1,于是上式：13放射性核素显像之核素的产生和显像机制第13页例题当前核医学临床最惯用核素发生器99Mo99mTc，99Mo半衰期66.02h，99mTc半衰期6.02h，

(1)试计算99mTc数目N2到达最大值N2m时间tm，

(2)

N1(t)、N2(t)、A1(t)、A2(t)随时间改变规律。

解：依据公式

可得tm=22.886h=22h53min设

N1(0)=3.4289×107依据公式则

N2m=2.456×106，A1(0)=1N1(0)=100Bq14放射性核素显像之核素的产生和显像机制第14页15放射性核素显像之核素的产生和显像机制第15页16放射性核素显像之核素的产生和显像机制第16页17放射性核素显像之核素的产生和显像机制第17页放射性核素发生器-Mo-Tc母牛18放射性核素显像之核素的产生和显像机制第18页99Mo衰变与99mTc生长时间(h)99Mo衰变活度(GBq)99mTc生长活度(GBq)0100019910.8297.920.6396.929.1693.947.91288.269.71882.57724

77.878.84859.759.5母体、子体按各自半衰期而衰减，同时子体伴随母体降低而增加。经过约24h99mTc活度达峰值78.8％，经过洗脱过发生器，99mTc又可重新生长抵达新高峰。而经过3h，99mTc生长就可抵达99Mo初始时放射性活度29.1％，6h为47.9％，故当99Mo放射性活度较高时，99Mo-99mTc发生器天天能够洗脱2次～3次。19放射性核素显像之核素的产生和显像机制第19页放射性核素发生器-Mo-Tc淋洗生长曲线20放射性核素显像之核素的产生和显像机制第20页二、显像剂作用机制和示踪技术原理1、显像剂作用机制●放射性核素在人体内，能够选择性地

聚集在不一样脏器、组织或病变中。●利用核素探测器在体外探测，就能知道脏器、组织或病变位置、形态、大小及放射性分布。相机、SPECT等发射射线(有较强穿透力)在仪器内成像(显像)放射性核素显像机制主要有：①合成代谢放射性碘(131I)与天然碘(I)化学特征相同，即也能参加甲状腺激素合成代谢，而被甲状腺选择性摄取和利用判定甲状腺位置、形态、大小和甲状腺结节功效等。可使甲状腺显像21放射性核素显像之核素的产生和显像机制第21页②细胞吞噬◆像剂引入体内作为机体异物被单核-巨噬细胞所吞噬而显像。比如肝、脾、骨髓显像。◆放射性核素标识白细胞进行炎症显像，因白细胞含有吞噬胶体颗粒功效。③循环通路利用放射性核素进入循环通路过程显示该通路及相关器官影像。将放射性药品99mTc-二乙三胺五醋酸(99mTc-DTPA)经腰椎穿刺注入蛛网膜下腔，随脑脊液流动进入各脑室使其流经部位相继显影可测到脑脊液流速，判断脊髓蛛网膜下腔通畅和是否存在脑脊液漏。22放射性核素显像之核素的产生和显像机制第22页吸入放射性气体或气溶胶可使呼吸道、肺泡显影。④……⑤……⑥……⑦……⑧……⑨……⑩……不一一列举。◆“弹丸”式静脉注入显像剂，经过心肺循环通道而取得大血管、心房、心室影像(放射性核素心血管造影)◆显像剂随血流从动脉向对应脏器血管床灌注时即可取得该脏器动脉灌注影像。同时还可取得大血管、心脏和各脏器血池影像，检出血液丰富病变部位。23放射性核素显像之核素的产生和显像机制第23页①含义：以放射性核素或其标识物作为示踪剂，借助核探测仪器追踪示踪剂在生物体内或体外运动规律，并进行定量或定位分析，动态地研究物质一些改变规律方法。亦称“示踪原子分析法”2、示踪技术原理广泛应用于各个专业领域里科研和工作中，如细胞生物学、分子生物学、免疫学、遗传工程和基因工程等。24放射性核素显像之核素的产生和显像机制第24页②基本原理基本理论依据：示踪剂和研究对象对应物，含有一样化学性质和不一样物理特征。生物体或生物细胞不能区分同一元素各个同位素，因同一元素全部同位素化学性质是相同，其在生物体内所产生各种化学、生物学和免疫学改变均完全相同，故利用其同位素标识化合物或某种细胞，进行示踪试验。标识核素，因核衰变而释放出核射线，用放射性探测器可测出被研究物质(如某种原子、某化合物或某类细胞)在体内或体外位置、数量和改变。25放射性核素显像之核素的产生和显像机制第25页分两种基本类型：放射性核素体内示踪试验(radionuclidetracertestinvivo)放射性核素体外示踪试验(radionuclidetracertestinvitro)◎体内示踪试验是观察某物质在体内生理、生化和病理改变过程。③示踪试验方法◎体外示踪法用放射性核素标识离体细胞，在培养基中或试管内示踪试验。在临床核医学中，脏器核素显像、功效测定等均是利用核素示踪技术。26放射性核素显像之核素的产生和显像机制第26页依据不一样分类方法可分为许多类型核医学显像类型。三、核医学显像类型（介绍）1．静态显像和动态显像▼静态显像(staticimaging)

显像剂在脏器组织和病变内到达分布平衡时所进行显像称为静态显像。▼动态显像(dynamicimaging)显像剂引入人体后以一定速度连续或间断地多幅成像，用以显示显像剂随血流流经或灌注脏器、被器官不停摄取与排泄或在器官内重复充盈和射出等过程所造成脏器内放射性在数量上或位置上随时间而发生改变，这种显像就称为动态显像。27放射性核素显像之核素的产生和显像机制第27页2．局部显像和全身显像▼局部显像(regionalimaging)显影范围仅限于身体某一部位或某一脏器显像。▼全身显像(wholebodyimaging)显像装置沿体表从头至脚做匀速移动，将采集全身各部位放射性显示成为一帧影像称为全身显像。▼断层显像(tomography)显像装置围绕体表做180。或360。自动旋转连续或间断采集多体位平面信息，或利用环状排列探测器获取脏器各个方位信息，再由计算机特殊软件和快速阵列处理机重建各种断层影像，取得横断、冠状和矢状位或三维立体影像。▼平面显像(planarimaging)放射性探测器置于体表一定位置显示某脏器影像为平面显像。3．平面显像和断层显像28放射性核素显像之核素的产生和显像机制第28页4．早期显像和延迟显像▼早期显像(earlyimaging)普通认为，显像剂引入体内后2小时内所进行显像称为早期显像。▼延迟显像(delayedimaging)显像剂注入体内2小时以后所进行显像称为延迟显像。5．阳性显像和阴性显像▼阴性显像(negativeimaging)正常脏器和组织细胞可选择性摄取某种放射性药品，能显示出该脏器和组织形态和大小。而病灶区失去正常组织细胞功效，故经常不能摄取显像剂，展现放射性分布稀疏或缺损(即“冷区”)，此种显像又称为冷区显像(coldspotimaging)。29放射性核素显像之核素的产生和显像机制第29页▼阳性显像(positiveimaging)病灶部位放射性活度高于正常脏器组织显像称为阳性显像，又