第六章-核技术在医学领域中的应用

第六章核技术在医学领域中的应用2024/12/21核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用主要内容第一节核医学影像技术及其设备第二节医用放射性同位素第三节诊断用放射性药物第四节治疗用放射性药物第五节放射治疗2024/12/22核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用医学是核技术应用的重要领域之一全世界生产的放射性同位素中，约有80%以上用于医学。将核技术用于疾病的预防、诊断和治疗，形成了现代医学的一个分支-核医学。核医学是以核素（包括放射性核素和稳定核素）标记的示踪剂，用于医学和生物（体内、体外）医疗（主要包括诊断、治疗）和研究用途的学科。引言2024/12/23核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用

第一节核医学影像技术及其设备γ相机发射型计算机断层成像术2024/12/24核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用引言CTMRI超声成像核医学影像医学影像技术

反映的是器官与组织对于X射线的吸收系数大小反映的是体内H2O中质子的弛豫时间的空间分布反映的是器官和组织对于超声波的反射能力反映的是显像剂或其代谢产物在体内的时间和空间分布2024/12/25核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用γ闪烁相机，又称Anger相机，由探头、电子学线路、记录及显示装置及附加设备四部分组成，可对脏器中放射性核素的分布进行一次成像和连续动态观察。一、γ相机SIGMA438改进型γ照相机

2024/12/26核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、γ相机2024/12/27核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、发射型计算机断层成像术现代核医学常用的两种影像技术：单光子发射计算机断层成像术（Singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）正电子发射断层成像术（Positronemissiontomography，PET）

该类技术是利用病人体内药物发射射线成像，故统称发射型计算机断层成像术。

2024/12/28核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）SPECT用于获得人体内放射性核素的三维立体分布图像。光电倍增管的磁屏蔽必须增强，以克服探头旋转过程中地球磁场变化对光电倍增管性能的影响。西门子公司生产的双探头SPECT

2024/12/29核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用主要原理投影（Projection）采集根据需要从某一角度开始，在预定时间内采集投影图像，然后旋转一定角度，在同样时间内采集下一幅投影图像。如此重复，直到旋转180度或360度停止。重建（Reconstruction）断层从投影数据经过适当的计算得到断层图像称为重建。SPECT/CTSPECT/CT由SPECT和CT结合而成，两者轴心一致，共用一个扫描床，这样就使得在一次检查中就可采集同一部位的功能图像和解剖图像，进而实现图像的融合。2024/12/210核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）PETPET是反映病变的基因、分子、代谢及功能状态的显像设备。PET有两个不同于其它核医学成像技术的重要特点：放射性示踪剂是用发射正电子的核素所标记的；采用的是符合探测技术。PET装置

2024/12/211核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用主要原理——“活体生化显像”

PET利用发射正电子的核素标记一些生理需要的化合物或代谢底物如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、水等，引入体内后，应用正电子扫描机而获得体内化学影像，也称之为“活体生化显像”。广泛用于肿瘤、冠心病和脑部疾病的诊断和指导治疗。PET使无创伤性的、动态的、定量评价活体组织或器官在生理状态下及疾病过程中细胞代谢活动的生理、生化改变，获得分子水平的信息成为可能，这是目前其它任何方法都无法实现的。

目前最常用的PET显像剂为18F-FDG（18F标记的一种葡萄糖的类似物-氟化脱氧葡萄糖）。2024/12/212核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用PET/CT

将PET和CT整合在一台仪器上，两者轴心一致，共用一个扫描床，组成一个完整的显像系统，可以同时获得CT解剖图像和PET功能代谢图像，两种图像优势互补，使医生在了解生物代谢信息的同时获得精准的解剖定位，从而对疾病做出全面、准确的判断。2024/12/213核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用小动物PET/CT—小动物正电子发射断层显像/计算机体层成像技术

MicroPET/CT，相对于传统的体外检测技术，小动物PET/CT在同一动物身上进行无损伤的反复实验，减少了实验动物的使用，节约了实验费用，对同一只动物在不同时间点进行研究，进行连续的动态测定，消除了种属差异。该技术正在成为药物开发、肿瘤学、人类疾病研究（如神经系统和心血管疾病）以及基因组学研究的重要方法。2024/12/214核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用

第二节医用放射性核素诊断用放射性核素治疗用放射性核素2024/12/215核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用引言放射性药物（Radiopharmaceutical）指可用于临床诊断或治疗的放射性核素或其标记的单质、化合物及生物制剂。如，单质：133Xe（肺灌注显像剂）化合物：Na131I（甲状腺疾病治疗）生物制剂：99mTc-RBC（用于血池显像）标记化合物放射性药物放射性药品18F-FDG全身显像图

2024/12/216核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素SPECT显像用的放射性核素：最好只发射单能γ射线，不发射带电粒子，因为后者对于显像不仅没有贡献，反而会对病人增加不必要的内照射。γ射线能量最好在100keV~300keV之间，能量太低，从发射点穿出体外的吸收损失增加；能量过高，要求的准直器厚度增加。99mTc为首选核素，占全部放射性药物的80%。PET显像用的放射性核素：最好只发射β+粒子，不发射γ射线，因为后者会增加偶然符合计数，降低信噪比。半衰期最好在10s～80h，太短很难甚至无法将其标记到运载分子上；太长，显像以后残留在体内的放射性活度太高，给病人造成额外的照射，限制了放射性药物的总活度。以18F为最优，代表药物为18F-FDG。2024/12/217核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素核素T1/2衰变方式主要射线能量（keV）生产方式67Ga3.261dEC93.311（39.2）67Zn（p，n）；66Zn（d，n）99mTc6.008hIT140.511（88.5）99Mo（β-）111In2.805dEC245.4（94.09）111Cd（p，n）；109Ag（α，2n）123I13.27hEC158.97（83.3）123Te（p，n）；121Sb（α，2n）125I59.41dEC35.4919（6.67）124Xe（n，γ）；123Sb（α，2n）201Tl72.91hEC167.43（10.0）Hg（d，x）；203Tl（p，3n）；201Pb（EC）适合于SPECT显像的常用放射性核素及其生产方法

2024/12/218核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、诊断用放射性核素适合于PET显像的常用放射性核素及其生产方法

核素T1/2（min）主要射线能量（keV）生产方式11C20.39511（≤199.52）14N（p，α）；10B（d，n）13N9.965511（≤199.84）16º（p，α）；10B（α，n）15O2.037511（≤199.8）14N（d，n）；16º（3He，α）18F109.77511（≤193.46）18O（p，n）；20Ne（d，α）62Cu9.67511（≤194.86）60Ni（α，n）；62Zn（EC）68Ga67.629511（≤178.2）68Zn（p，n）；68Ge（EC）82Rb1.273511（≤190.94）85Rb（p，4n）；82Sr（EC）2024/12/219核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、治疗用放射性核素适合于治疗的放射性核素应满足下列条件：只发射α、β、俄歇电子，或仅伴随发射少量弱γ射线；半衰期为数小时至数十天；衰变产物为稳定核素；可获得高比活度的放射性制剂。α粒子的LET（传能线密度）高，能量为4MeV～8MeV的α粒子在组织中的射程约为25~60μm，与细胞的直径相当，用α放射性核素体内治疗肿瘤其能量聚积最集中。

β粒子在组织中具有一定的射程，药物不一定必须跨膜进入细胞才能起治疗作用。β粒子在组织中聚积的能量均匀而分散，不如α粒子集中，尽管β粒子的能量沉积还是局限在较小的范围，即使药物的肿瘤选择性非常好，在杀伤肿瘤细胞的同时，也会大量杀伤正常细胞。2024/12/220核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、治疗用放射性核素核素T1/2衰变方式主要粒子能量（keV）生产方法32P14.262dβ-1710.3（100.0）31P（n，γ）；32S（n，p）89Sr50.53dβ-1495.1（99.99）88Sr（n，γ）90Y2.667dβ-2280.1（99.99）90Sr（β-）；89Y（n，γ）109Pd13.701hβ-1027.9（99.9）108Pd（n，γ）131I8.0207dβ-606.3（89.9）131Te（β-）153Sm46.284dβ-635.3（32.2）；808.2（17.5）152Sm（n，γ）165Dy2.334hβ-1286.7（83.0）164Dy（n，γ）188Re17.005hβ-2120.4（71.1）187Re（n，γ）；188W（β-

）198Au2.69517hβ-960.6（98.99）197Au（n，γ）一些比较适合于治疗肿瘤的放射性核素

2024/12/221核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用

第三节诊断用放射性药物心血管显像剂脑显像剂肿瘤显像剂其它脏器显像剂2024/12/222核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、心血管显像剂心肌灌注显像剂心肌乏氧显像剂心肌代谢显像剂心血池显像与心功能测定血栓显像剂心血管显像剂2024/12/223核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）心肌灌注显像剂在临床上，心肌灌注显像用于冠心病心肌缺血早期诊断，心肌梗塞和心肌病诊断，心肌活力评估等。理想的心肌显像剂应满足以下要求：心肌对它有较高的摄取和较长的滞留时间；血清除快，且有较高的心/肝、心/血、心/肺比值；心肌摄取量与心肌血流成正比；最好有心肌再分布特性。已经用于临床或正在进行临床实验的心肌灌注显像剂有201TlCl、99mTc-MIBI、99mTc-TEBO、99mTc-P53、99mTc-Q12、99mTc-NOET。

2024/12/224核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）心肌乏氧显像剂心肌因供血不足，致使部分心肌处于乏氧状态；若得不到及时治疗，就可能坏死。目前，采用溶栓、血管成形或再造技术等临床手段可降低死亡率，改善预后。心脏搭桥手术2024/12/225核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）心肌乏氧显像剂在进行心脏“搭桥”手术之前，区别心肌缺血（心肌细胞仍存活，但处于冬眠状态）/坏死（永久性损伤）非常重要。

乏氧显像剂被缺血细胞摄取后，在乏氧条件下可被黄嘌呤氧化酶催化还原而滞留在乏氧细胞中，而在正常氧供条件下不被还原而难以滞留，但坏死细胞对显像剂无摄取功能。由此可见，用乏氧显像剂进行心肌显像，可以区分正常心肌、缺血心肌和坏死心肌。

目前认为较好的乏氧显像剂有99mTc-BMS-181321、99mTc-BMS-194796及99mTc-HL91。

2024/12/226核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（三）心肌代谢显像剂心肌的能量主要来自脂肪酸的代谢，因此放射性核素标记的脂肪酸可用于心肌代谢功能的显像。心肌代谢显像剂主要用于心肌损伤、心肌缺血的诊断及心肌缺血与心肌坏死的区分。用123I标记的心肌代谢显像剂有123I-IHA、123I-IPPA和123I-BMIPP。用99mTc通过双功能联接剂间接标记脂肪酸的方法正在研究之中。PET显像的心肌代谢显像剂有11C-PA（11C标记的棕榈酸）和18F-FDG。2024/12/227核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（四）心血池显像与心功能测定在心血池显像中，显像剂通过静脉注射到血管，待显像剂与血液均匀混合后，以病人自身的心电图的R波作为采集数据的开始与终止信号，从所得到的图像中，可以计算出心脏收缩期和舒张期的功能指标、心室容量负荷指标、局部心室壁的运动与功能指标、收缩的时相图和振幅图等，在临床上用于冠心病的早期诊断，心肌梗塞及心肌病的诊断，以及心脏传导与心室功能的评价等。一般采用99mTc-RBC或99mTc-HAS作为心血池显像剂。2024/12/228核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（五）血栓显像剂血栓的形成会导致心肌梗塞、心绞痛、脑中风及猝死等严重后果。血栓是由血管内纤维蛋白、血小板和红血球凝聚而成，其形成过程受纤维蛋白原的调节。纤维蛋白原通过多肽中Arg-Gly-Asp（RGD）序列的基质与GPIIb/IIIa受体结合，而RGD单元与GPIIb/IIIa

受体的拮抗剂DMP757具有高亲和力。因此，用99mTc标记DMP757可以进行血栓显像。2024/12/229核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、脑显像剂脑灌注显像剂脑受体显像剂多巴胺受体显像剂羟色氨受体显像剂γ-氨基丁酸受体显像剂脑显像剂乙酰胆碱受体显像剂阿片受体显像剂2024/12/230核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）脑灌注显像剂脑灌注显像剂主要用于测定局部脑血流（rCBF）。临床上多以99mTc标记脑灌注显像剂。SPECT脑显像脑部各部位显像图2024/12/231核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）脑受体显像剂被释放的递质，扩散通过突触间隙，到达突触后膜，与位于后膜中的受体结合，形成递质受体复合体。典型的脊椎神经元由树突、细胞体和轴突组成。2024/12/232核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）脑受体显像剂冲动传到突触前末梢,触发前膜中的二价钙离子（Ca2+）通道开放，一定量的Ca2+顺浓度差流入突触扣。在Ca2+的作用下一定数量的突触泡与突触前膜融合后开口，将内含的递质外排到突触间隙。此过程称胞吐。被释放的递质，扩散通过突触间隙，到达突触后膜，与位于后膜中的受体结合，形成递质受体复合体，触发受体改变构型，开放通道，使某些特定离子得以沿各自浓度梯度流入或流出。2024/12/233核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）脑受体显像剂

神经递质的释放、传送、重吸收、浓度的时间和空间分布与脑的活动、功能、疾患有密切的关系。因此，神经受体显像是在分子水平上研究神经生物学的有力工具。

神经递质能与相应的受体选择性的结合，因而受体就以与其特异结合的神经递质命名，如多巴胺受体、乙酰胆碱受体等。药物如果能与某受体结合产生与递质相似的作用，称为激动药。如果药物与受体结合后妨碍递质与受体结合，产生与递质相反的作用，称为阻断药。目前研究过的脑受体显像剂多是用放射性核素标记的激动剂或拮抗剂。2024/12/234核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、肿瘤显像剂小分子肿瘤显像剂单克隆抗体肿瘤显像剂肿瘤显像剂2024/12/235核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）小分子肿瘤显像剂原理：肿瘤细胞生长旺盛，对于营养物质（葡萄糖、氨基酸等）的需求远高于正常细胞，因此，可以用放射性核素标记的葡萄糖、氨基酸等作为肿瘤显像剂。18F-FDG在体内的分布与葡萄糖类似，但不能与葡萄糖一样代谢。在肿瘤组织浓集程度随肿瘤的恶性程度增加而增加，可用于肿瘤的早期诊断。18F-FDG用于肿瘤显像的缺点是特异性不够高，对于显像异常部位的确诊往往需要用其它方法加以佐证。

肿瘤组织的蛋白质合成速度加快，氨基酸的摄取速度也相应提高，但氨基酸比葡萄糖在炎症细胞（主要是中性白细胞）代谢过程中作用小，测量标记氨基酸的吸收比测量葡萄糖的消耗能够更准确地估计肿瘤的生长速度。基于此为肿瘤诊断和治疗提供有用的信息。2024/12/236核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）单克隆抗体肿瘤显像剂

当分子量较大的外源性物质进入生物体内，生物体会产生一种对抗抗原的蛋白质，称为抗体。抗体与相应的抗原亲和力高，生成复合物后使得外来物质的有害作用得以减弱或消除，称为免疫反应，这是生物的一种自我保护反应。人体中存在的免疫球蛋白是最常见的抗体。

1975年，德国科学家科勒（HKöhler）和阿根廷科学家米尔斯坦（G

Milstein）在细胞杂交技术的基础上，创建了杂交瘤技术。他们把可在体外培养和大量增殖的小鼠骨髓瘤细胞与经抗原（如人的肿瘤细胞）免疫后的纯系小鼠脾细胞融合杂交，应用选择性培养基并筛选阳性细胞，进行克隆化培养，得到一定数量的具有对前述抗原具有专属性免疫反应的杂交瘤细胞，从中分离出的抗体即McAb。（MonoclonalAntibody）2024/12/237核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）单克隆抗体肿瘤显像剂

McAb的最大特点是它的高度专一性和对其专属抗原的高亲和力。如果用单光子发射核素或正电子发射核素标记单克隆抗体进行SPECT或PET显像，即为放射免疫显像，如果标记上治疗放射性核素用于体内的放射治疗，则为放射免疫治疗（RIT）。放射性核素标记的McAb被称为“生物导弹”，其中McAb将作为弹头的放射性核素运送到目标细胞，起着靶向载体的作用。

McAb分子中的双硫键可被还原为巯基，S2-+2e+2H+→2HS-，这些巯基能与TcO3+配位，形成相当稳定的配合物。利用这个方法将99mTc直接标记到McAb分子上，但对半胱氨酸、谷胱甘肽等含巯基的化合物不稳定。

90Y和111In等金属核素用直接标记法不能制备稳定的标记化合物，需要通过BFCA（一种螯合剂)间接标记到McAb上。2024/12/238核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用

第四节治疗用放射性药物小分子放射性治疗药物治疗肿瘤的导向药物中子俘获治疗2024/12/239核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用引言放射性治疗的本质：是利用射线对生物体的电离和激发，定向破坏病变组织或改变代谢来达到治疗病症目的。放射性治疗药物的一般要求：纯的α或β放射性，具有较高的能量；半衰期短，可在短期内达到预期治疗效果；易于标记成适用的制剂，且在体内外都很稳定。研究比较多的主要有：131I、32P、89Sr(锶)、153Sm(钐)等标记的的小分子化合物和生物制剂。放射性核素

+药物输送系统要求亲肿瘤或肿瘤导向性好“弹头”2024/12/240核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、小分子放射性治疗药物131I(碘)放射性治疗药物89Sr(锶)放射性治疗药物小分子放射性治疗药物32P(磷)放射性治疗药物153Sm(钐)放射性治疗药物2024/12/241核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）131I(碘)放射性治疗药物

碘参与甲状腺激素的合成原料之一；131I的放射性特点

131I发射的主要β射线为606.3keV（90%），在组织中的射程较短，可有效地杀伤摄入131I的细胞，对邻近组织损伤不大。Na131I用于治疗甲亢

将131I注入患者体内，正常甲状腺因功能受到抑制而不摄取或很少摄取131I，若是功能自主性甲状腺组织分泌过多的甲状腺素引起甲亢，会摄取大量的131I，从而达到的目的。2024/12/242核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）32P放射性治疗药物主要的存在形式：Na2H32PO4或NaH232PO4

可通过参与核蛋白、核苷酸、磷脂代谢及DNA与RNA的合成，进入细胞内。应用：用于治疗血管瘤；用于许多晚期癌症患者的骨转移癌镇痛。

32P的放射性特点：发射β射线为1710.3keV，半衰期约为14.3天。2024/12/243核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）32P放射性治疗药物一般血管瘤

大面积小儿血管瘤32P可治疗的血管瘤

2024/12/244核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（三）89Sr放射性治疗药物

89Sr的放射性特点：

半衰期50.53天，β-射线最大能量为1.463MeV，平均能量0.58MeV，在软组织的平均射程约2.4mm。同时能发射极少量能量为0.909MeV的γ射线。美国FDA批准的89Sr药物形式为89SrCl2溶液，可用于治疗骨肿瘤和骨转移灶疼痛的缓解。89Sr是一种优良的骨肿瘤缓解治疗核素。应用：2024/12/245核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（四）153Sm（钐）放射性治疗药物153Sm的放射性特点：

半衰期短（46.3h），β-射线的最大能量适中（640keV及710keV），同时发射103keV的γ射线，其γ射线能量适合于体外显像，可以用来进行肿瘤定位、剂量估算及疗效监测。

153Sm-EDTMP（153Sm-乙二胺四亚乙基磷酸，国内商品名称昔决南钐）注射到体内后，约有50%～70%聚集于骨，是目前姑息治疗骨转移癌效果较好的放射性药物。应用：姑息治疗骨转移癌2024/12/246核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、治疗肿瘤的导向药物实际肿瘤对放射性核素标记McAb的摄取率远低于理论值原因分析：鼠源McAb，对于人体为异质蛋白，注入人体后会产生免疫反应，诱导出人抗鼠抗体HAMA，大部分标记抗体与HAMA结合并被快速从体内清除。

McAb的分子量高（约250kD），寻找目标需要48h～72h，药物在输送过程中损失很大。

放射性核素标记的McAb和放射性核素标记的活性肽。2024/12/247核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、治疗肿瘤的导向药物解决办法：利用基因克隆和DNA重组技术对鼠源性McAb改造重新表达，得到人源化抗体，其大部分氨基酸序列为人源McAb序列所代替。基本保持了其亲本鼠源单克隆抗体的特异性和亲和力，又降低了鼠源抗体的异源性。

2024/12/248核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、治疗肿瘤的导向药物利用配体受体间的专一性相互作用，将放射性核素高选择性地输送到肿瘤组织。配体多为活性小肽或小分子化合物，具有寻找目标快、受体配体结合达成平衡速度快、与肿瘤的亲和力高、血液清除快、易于合成等优点。放射性核素标记的活性肽是极有前途的治疗肿瘤用放射性药物。2024/12/249核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用中子俘获治疗技术发展简史：

1932年，Chad-wich发现中子。后又证明中子与10B作用产生核反应。

1936年，Locher首次提出用中子俘获治疗方法治疗肿瘤的设想。直到上世纪50年代初，Brookhaven国家实验室、麻省理工学院都进行了一些实验，但效果不够理想，终止研究。日本Hatanaka自1968年以来，一直坚持致力于硼中子俘获治疗，治疗64例脑胶母细胞瘤，效果比较好。

1984年成立了NCT国际协作组织。进入90年代后，日本的Mishima开始研究硼中子俘获治疗方法治疗恶性黑色素瘤。

1990年6月，我国在北京首次召开BNCT的学术研讨会。三、中子俘获治疗（Neutroncapturetherapy，NCT）2024/12/250核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗（Neutroncapturetherapy，NCT）将中子俘获截面大的核素引入亲肿瘤药物，注射到或服入肿瘤患者体内，待药物富集于肿瘤组织后，用中子束照射肿瘤部位引起中子俘获反应，核反应产生的次级辐射及反冲核对肿瘤细胞起杀伤作用，这种治疗癌症的方法称为中子俘获治疗。中子俘获治疗：2024/12/251核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗10B的热中子俘获截面σ高达3840b，天然硼中10B含量约为20%，是最理想的靶核素。

硼中子俘获治疗（BNCT）的核反应式：

4He和反冲核7Li具有很高的动能和LET，射程为数微米，与细胞的尺寸相当，能有效地杀死癌细胞,而对周围正常细胞损伤很小。94%6%2024/12/252核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗BNCT具有其它放疗所不具备的突出优点：（1）中子的穿透性比质子和重离子好，容易实现深部癌症治疗；（2）用的是低能中子，与快中子治疗相比，低能中子对人体正常细胞的伤害要小得多；（3）发挥治疗作用的α粒子和7Li重离子具有局域性好的特点；（4）药物的选择性提高了BNCT治疗癌症方面的优势；（5）对无原发肿块的癌症有潜在的治疗能力等。2024/12/253核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗目前BNCT主要用于治疗两种高度恶性的肿瘤：

脑神经胶质瘤；

黑色素瘤。中子俘获治疗的两大技术支柱：中子源、亲肿瘤NCT药物。一个理想的BNCT中子源应具备下列性质:源的主要成分是1eV到10keV的中子；源在病人辐照区的通量大于或等于109量级，也即在一个小时内可将总量约1012的中子注入病灶；源的快中子成分足够低；源的γ射线成分足够低；源的方向性足够好。2024/12/254核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗要求NCT药物应具备以下特点：选择性结合肿瘤细胞，最好能在肿瘤细胞内，尤其是细胞核内聚集；浓度应达到每个瘤细胞内约109个10B原子或20~35μg·g-1肿瘤组织；肿瘤与正常组织浓度比达3:1~4:l；在照射治疗期间能在肿瘤组织中保持一定浓度；肿瘤中聚集的硼化物对人体无毒性。2024/12/255核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、中子俘获治疗三种主要的BNCT药物:BSH（巯基十二硼烷二钠盐）：日本主要用于治疗脑胶质细胞瘤，T／NT（肿瘤／正常组织）为10，T／B（肿瘤／血液）约为1.5。BPA（10B-对-二羟基硼酰苯丙氨酸）：已用于脑胶质细胞瘤的治疗，也被用于皮肤恶性黑色素瘤的NCT。T／NT为3～4，T／B约为3。因为T／NT仅为3～4，对正常组织有较多的损害，有待进一步改进。Gd-DTPA

：一种很有前途的亲肿瘤载体物质。Gd-DTPA静脉注射后可迅速在血液循环中被清除。目前，它被作为造影剂而用于MRI。T/NT非常高，T/B＝39。2024/12/256核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用

第五节放射治疗放射疗法的作用机理远距离放射治疗近距离放射治疗2024/12/257核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用引言放射性治疗（Radiotherapy），简称放疗，是利用各种放射线（如X线、γ线、电子线等）治疗恶性肿瘤的一种局部治疗技术，是目前治疗恶性肿瘤重要方法之一。

放射治疗几乎可用于所有的癌症治疗，据统计我国约有70%以上的癌症患者需接受放射治疗，美国有50%以上。

2024/12/258核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、放射疗法的作用机理

射线主要是通过直接和间接作用对靶物质的分子（主要是生物大分子）造成损伤。

直接作用：电离或激发，引起DNA单链或双链发生断裂。

间接作用：射线在细胞内与其它原子或分子（特别是水分子）发生相互作用，产生自由基或自由基离子，它们可扩散一定的距离，达到关键的靶部位并造成损伤。2024/12/259核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用一、放射疗法的作用机理

放射疗法最常见的副作用包括治疗区域出现皮疹、头发脱落、口腔干燥、疲倦、记忆力衰退等。

急性放疗反应：副作用只会在治疗期间出现，放疗结束后不久就会消失。

后期放疗反应：破坏是长期的，由不同的正常细胞受放射损伤引起的损伤，不能修复，应该特别引起注意。2024/12/260核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用二、远距离放射治疗体外远距离照射（Teletherapy），即将放射源置于体外一定距离处集中照射肌体的某一部位。仪器主要有：

γ射线治疗仪（如60Co远距离治疗机）

医用加速器（主要包括医用电子发生器、医用中子发生器、医用质子加速器、医用重离子加速器、医用π-介子发生器等）

X射线治疗仪等。2024/12/261核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）60Co远距离治疗机

60Co远距离治疗机是利用60Co衰变过程中产生的γ射线，经准直后治疗人体深部肿瘤的装置。

该装置主要由辐射头、机架、控制台、治疗床等组成。由于60Co衰减缓慢，因此大多仪器采用计时系统来控制每次治疗所给的照射剂量。2024/12/262核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（一）60Co远距离治疗机γ射线立体定向治疗系统（Stereotacticradiationtherapy，SRT），俗称γ刀：这种治疗机可产生多束经准直器后变成细束的γ射线从四面八方交叉照射肿瘤细胞。病人定位瞄准仪2024/12/263核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）医用加速器加速器是利用电磁场把带电粒子加速到较高能量的装备。利用被加速后的高能粒子轰击不同材料的靶，产生次级粒子，可以得到多种治疗束：如电子束、中子束、质子束等。

加速器种类：按粒子加速轨迹形状分：直线加速器和回旋加速器；按被加速粒子分：电子、质子、离子和中子加速器；按被加速后粒子能量的高低可分：低能加速器（能量小于102MeV）、中能加速器（能量在102MeV～103MeV范围）、高能加速器（能量在103MeV～106MeV范围）及超高能加速器（能量大于106MeV）。

其中医用电子直线加速器是目前使用最多的放射治疗设备。2024/12/264核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）医用加速器电子直线加速器一般由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子注入系统、脉冲调制系统、束流系统、恒温水冷却系统、真空系统、电源控制系统、应用系统等组成。。2024/12/265核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（二）医用加速器应用系统包括治疗头和治疗床。治疗头中的辐射部分对放射线起准直、均整、调节、限束等作用，由准直器、上下光阑、均整和楔形过滤器、X线靶挡块、引出窗、限束筒等组成，系统中一般还装有模拟灯、反射镜、光距尺等，在辐射头上还装有前后指针、挡块等附件；治疗床可以前后左右上下运动还可以旋转运动。2024/12/266核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（三）X射线放疗机产生X射线的一般条件是什么？主要是：电子源、靶、真空盒、加速电场。2024/12/267核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（三）X射线放疗机X射线的能谱有两种成分：特征辐射和轫致辐射。轫致辐射形式的能谱是连续的，是X射线谱中的主要成分。为了获得满意的能谱分布，往往要加些滤过，把低能成分去掉。2024/12/268核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用（三）X射线放疗机按X射线机球管电压和线束特点，基本分为：（1）接触治疗机：管电压20～50KV，治疗深度仅为1～2mm。（2）浅层治疗机：管电压50～150KV，治疗深度一般到5mm。（3）深部治疗机：管电压约150～300KV，治疗深度一般到2cm。2024/12/269核技术应用概论——核技术在医学领域中的应用三、近距离放射治疗近距离治疗（Brachytherapy）是一种在病变或其附近组织放置辐射源进行治疗的一类技术的总称。最突出的特点：近源处剂量很高，然后剂量陡然下降。利用此特点将放射源贴近病灶组织或植入病灶内作治疗。常用的放射源：137Cs、192Ir和125I。