医学影像成像原理-核医学课件

万丹1医学影像成像原理核医学绪

论一、概述二、核医学的定义及内容三、我国核医学发展状况2核医学是原子能和平利用的一个重要

组成部分，它是人类发现了放射性核素之

后，把放射性核素及其在衰变时产生的核

射线应用于医学中而逐渐形成的一门学科。原子弹可以毁灭人类,核医学却可以拯救生灵一、概

述3什么是核医学？核医学是利用放射性核素及其在衰变时产生的核射线来进行医学基础理论研究及临床诊断和治疗的一门学科。二、核医学的定义和内容4核医学的内容核医学核医学基础 临床核医学诊断治疗体内检查法体外检查法放射性核素显像 非显像5三、我国核医学发展状况6我国核医学起源于1956年，50年来经历了从无到有和从落后到在世界上占有一席之地的历程。第一节 核医学物理学基础一、核外电子与原子核二、几个基本概念三、放射性核素的衰变规律四、射线与物质的相互作用7一、原子核与核外电子原子的结构是由位于原子中心的原子核及按一定轨道围绕原子核运行核外电子组成。8Atomneutronsprotonsnucleon+electronsK

L

M

shell

-原子的结构9图1原子核由质子和中子组成。质子和中子统称为核子1。0图211A

X

表示各种核素。ZAXAmX如99mTcA

X

→Z3

31H

→

H32

P→

32P15131I→131I53中子和质子的转换以下式子表示：中子过多时:1n →

1p

+

0e

+

v0

1

-1中子过少时：11p→01n

+

+10e

+

v12原子核中存在一种极强的作用力—

核力，使核子紧密的结合在一起。13

二、几个基本概念(一)核素(二)同位素(三)同质异能素(四)稳定性核素与放射性核素

(五)半衰期14（一） 核素15凡是具有一定原子序数、一定质量数和一定能量状态的各种原子，统称为核素。例如1

H 、6

C、88

Ra 、53

I等。3

12

226

125核素包括两种情况32同种核素：Z、

A 、E 相同。如1532P 、15

P……核素Z、A、E完全不同。如13H

、12C

、6

53125I不同种核素Z相同，A、E不同。如53

I、53

I等125

12816(二) 同位素17具有相同原子序数，但质量数不同的核素称为同位素。 （图4）如53125I、

127I、53

53131I……互为碘的同位素。（三）同质异能素18凡具有相同的原子序数和质量数，处于不同能量状态的一类核素，它们彼此称为同质异能素。（图5）99mTc和99Tc图419图420（四）稳定性核素和放射性核素211、稳定性核素（非放射性核素）2、放射性核素（不稳定性核素）1、稳定性核素：原子核能够稳定的存在于自然界中，不会自发地产生变化，这种核素通常称

为非放射性核素（稳定性核素）。N/Z

=

1

—

1.5222、放射性核素（不稳定性核素）原子核即使没有任何外来因素作用下，也会自发地放出射线而转变为另一种核素，这类核素称为放射性核素。这个过程则称为放射性核衰变。23天然放射性核素放射性核素人工放射性核素核衰变放射性核素特点特定的半衰期24（五）半衰期1、物理半衰期（physical

half

life）2、生物半衰期(biological

half

life)3、有效半衰期（effective

half

life）251、物理半衰期：符号T1/226在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至原有值一半时所需要的时间，称为物理半衰期，简称半衰期（T1/2）。238U226Ra125I198Au135CsT1/2

为4.8×109年T1/2

为1560年T1/2

为60天T1/2

为2.7天T1/2

为2.8×10-10秒半衰期和衰变常数（λ）的关系为：0.693

0.693T1/2

=或

λ=λT1/2衰变常数：是指某种放射性核素的一个原子核在单位时间内进行自发衰变的比率。272、生物半衰期：符号Tb生物半衰期是指进入生物机体内的放射性核素，由于生物代谢的作用，放射性活度减少一半所需要的时间。283、有效半衰期：符号Te有效半衰期是指进入生物机体内的放射性核素，由于放射性衰变和生物代谢共同的作用，使放射性活度减少到原来的一半时所需要的时间。物理半衰期、生物半衰期、有效半衰期三者的关系为：T1/2×TbTe

=T1/2+Tb（图6）29图6

例：I-131在甲状腺的Te计算，I-131物理T1/2为8.1天，设Tb为７天；Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。30三、 核衰变的类型及规律（一）核衰变的类型（二）核衰变规律（三）核射线及其性质（四）放射性活度及其单位31（一）核衰变的类型1、α衰变2、β衰变①

β-

衰变②

β+衰变③

电子俘获3、γ衰变和内转换32放射性核素自发地释放出一种或一种以上的射线并转变为另一种核素的过程称为核衰变。33α衰变（alpha

decay）1、定义：放射性核素的原子核放出α粒子后变成另一种核素的衰变过程，称为

α衰变。α粒子实质上是氦核

(4He)342、通式：α衰变反应式表示为AX

=

A-4Y

+

4He

+

QZ

Z-2

2经α衰变后，子核质量数减少4，原子序数减少2。35图836β衰变核衰变时放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变称为β衰变。β

衰变可分为

β

-

衰变、β+变和电子俘获三种。371、β-衰变n

p+e-γ（

1

）

定义：放射性核素的原子核放出β-粒子变成另一种核素的核

衰变过程，称为β-衰变。β-β-衰变模式图38Z

Z+1（2）通式：AX→

AY+β-

+

v

+

Q经β-衰变后，子核质量数不变，原子序数加1。39图9402、β+衰变n

p+e+γβ+衰变模式图（1）定义：放射性核素的原子核放出β+粒子，变成另一种核素的核衰变过程称为β+衰变。β+41（2）通式：AX

→

AY

+

β+

+

v

+

Qz

z-1经β+衰变后，子核质量数不变，原子序数减1。42图10433、电子俘获（1）定义：放射性核素的原子核在衰变时不放出粒子，由核外俘获一个轨道电子而变成另一种原子核的放射性转变过程称为电子俘获。44，电子俘获是核内中子数不足时从核外靠内层的电子轨道（即K层）上俘获一电子，使核内一个质子转化为中子同时放射出一个中微子的过程。P+e-

n45（2）

通式：AX

+

0e→

AY

+

v46Z

-1

Z-1经电子俘获后，子核质量数不变，原子序数减1。由于K层最靠近原子核，因此K层的电子被俘获的几率最大，故电子俘获又常称为K层电子俘获。P+e-

n标识X射线俄歇电子γ47γ衰变和内转换1、

γ衰变（gamma

decay）（1）定义：放射性核素原子核由激发态向基态或由高能态向低能态跃迁时放射出γ射线的衰变过程称为γ衰变。γray48Z49（2）

通式：AmX

→AX(Y)

+

γZγ衰变子核的质量数和原子序数均不变，只是核素的能量状态发生改变。如：

49

113mIn→113In49+

γ图13502、内转换（internal

conversion）放射性核素原子核由激发态向基态跃迁时，将多余的能量直接传给核外电子（主要是K层电子）,使该电子获得足够的能量后脱离轨道成为自由电子，这一过程称为内转换。由于内转换放射出的自由电子称为内转换电子。内转换电子51放出γ射线和内转换电子是原子核从激发态向基态或由高能态向低能态跃迁时的两种可能方式。5253（二）核衰变规律54核衰变公式：

Nt=N0e

–λt物理意义：各种放射性核素核衰变中，其原子核数目是随着时间的增长而按照指数规律减少。（图

14）图1455（三） 核射线及其性质1、电性

（图15）2、本质3、电离能力4、穿透力

（图16）性

质αβγ电

性++

或

-不带电本

质粒子流电子流光子流电离能力大中小穿透力小中大NE5X6

T图1557图165859（四）放射性活度及其单位601、放射性活度（又称放射性强度）定义：一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数。也就是单位时间内发生衰变的原子核

数。2、放射性活度的单位（1）贝克勒尔（Becquerel):简称贝克（Bq）1Bq表示:放射性核素在一秒内发生一次核衰变。61即

1Bq=1S-1Bq衍生单位有MBq、GBq、TBq（2）居里（Curie,符号Ci）Ci是放射性活度的旧有单位。1Ci表示：放射性核素在1秒内发生3.7×1010次核衰变。1Ci=103mCi=106μCi居里与贝可的换算关系：

1Ci=3.7×1010Bq=37GBq1mCi=

3.7×107Bq

=37MBq1μCi

=

3.7×104Bq

=37KBq1Bq=2.703×10-11Ci62(3)比放射性活度（简称比活度）单位质量或容积放射性制剂中的放射性活度称为比放射性活度，如Bq/mg、

Bq/ml、Bq/mol等。63四、 射线与物质的相互作用64（一）带电粒子与物质的相互作用（二）光子与物质的相互作用（三）中子与物质的相互作用（一）带电粒子与物质的相互作用65Interaction

of

charged

particleandmatter1、电离与激发2、 轫致辐射3、 散射Ionization

and

excitation

电离与激发激发：带电粒子与物质原子的核外电子发生作用时，仅给了它部分能量，使这个电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，而使整个原子处于能量较高的激发态，这种现象称为激发。这个过程并不产生自由电子。Charged

particleparticleγ(deexcitation)66电离：当带电粒子具有足够大的能量时，它可以使核外电子脱离轨道形成一个带负电荷的自由电子； 失去e-

的核带正电荷，两者形成一对离子。自由电子还可使其它原子发生电离：次级电离。Charged

particlee-IonpairsSecondary67ionization33.85eVmatterIonization

density

电离密度68单位路径形成的离子对数目称为:电离密度。表示带电离子电离能力大小；电离密度取决于带电粒子能量、速度与物质密度。带电粒子能量大、速度慢、物质密度低，电离密度则大。Bremsstrahlung

轫致辐射带电粒子通过物质时，由于受到物质原子核电场作用，运动速度突然变慢，带电粒子能量的一部分或全部以光子形式辐射出来，这种现象称为轫致辐射。particle69X-rayScattering

散射带电粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变运动方向与能量的过程称为散射。仅改变运动方向能量不变者为弹性碰撞。α粒子的质量较大，径迹基本呈直线，发生散射较少。β粒子轻，运动为曲线，散射明显。particle70particle（二）光子与物质的相互作用71Interaction

of

photon

and

matter1、光电效应2、康普顿效应3、电子对效应（电子对生成）光电效应：光子与物质原子相互作用时，将全

部能量交给原子中较内层的核外电子，核外电

子获得能量后，脱离原子而发射出来，光子本

身则整个被吸收。所发射出来电子称为光电子。X

rayAuger

electronPhotoelectric

effect光电效应Electron

vacancy

filledK

L

Me-photoelectronγIncident

photon72图1973Compton

effect

康普顿效应康普顿效应：当光子和物质原子相互作用时，

把一部分能量传给原子中较外层的核外电子，

获得一定能量的电子，脱