影像核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ).doc

什么是示蹤？ 所謂示蹤就是指示行蹤。什么是放射性核素示蹤技（radionuclide tracing technique） 就是以放射性核素或標(biāo)記化合物作為示蹤劑(tracer)，通過探測放射性核素在發(fā)生核衰變過程中發(fā)射出來的射線，達到顯示被標(biāo)記的化學(xué)分子蹤跡的目的，用以研究被標(biāo)記物在生物體系或外界環(huán)境中分布狀態(tài)或變化規(guī)律的技術(shù)。放射性核素失蹤技術(shù)的原理：同一性：放射性核素標(biāo)記化學(xué)分子和相應(yīng)的非標(biāo)記化學(xué)分子具有的化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)； 放射性核素的可探測新：放射性核素能自發(fā)地放射出射線，利用高靈敏度的儀器能進行定量、定位、定性探測，動態(tài)觀察各種物質(zhì)在生物體內(nèi)的量變規(guī)律。放射性核素示蹤技術(shù)的特點靈敏度高：可以測定10-1410-18g物質(zhì)；合符生理條件：不影響生物體原來狀態(tài)，能反映機體真實的情況；相對簡便、實驗誤差?。嚎杀苊夥磸?fù)分離、純化造成的損失；定性、定量與定位研究相結(jié)合；缺點或不足：需專用的實驗條件及必要的防護設(shè)備；標(biāo)記核素的脫標(biāo)可能對實驗結(jié)果造成影響。顯像劑攝取機理。 1.體外示蹤結(jié)合放射分析。2.物質(zhì)代謝與轉(zhuǎn)化的示蹤研究3.細胞動力學(xué)分析4.活化分析 5物質(zhì)吸收、分布及排泄的示蹤研究 6.放射性核素稀釋法 7.放射自顯影技（autoradiography，ARG）8、放射性核素功能測定放射性核素顯像的原理臟器和組織顯像的基本原理是放射性核素的示蹤作用： 不同的顯像劑在體內(nèi)有其特殊的分布和代謝規(guī)律，能夠選擇性聚集在特定臟器、組織或病變部位，使其與鄰近組織之間的放射性分布形成一定程度濃度差，而顯像劑中的放射性核素可發(fā)射出具有一定穿透力的射線，利用放射性測量儀器（相機、SPECT、PET 、SPECT/CT、PET/CT等）可在體外被探測、記錄到這種放射性濃度差，從而在體外顯示出臟器、組織或病變部位的形態(tài)、位置、大小以及臟器功能變化。顯像類型1.根據(jù)影像獲取的狀態(tài)分為 ：.靜態(tài)顯像（static imaging）：當(dāng)顯像劑在臟器內(nèi)或病變處的濃度達到高峰且處于較為穩(wěn)定狀態(tài)時進行的顯像。主要反映臟器的位置、大小、形態(tài)及功能等信息。.動態(tài)顯像（dynamic imaging）：在顯像劑引入體內(nèi)后，迅速以設(shè)定的顯像速度動態(tài)采集臟器的多幀連續(xù)影像或系列影像，稱為動態(tài)顯像。其不僅可以反映臟器的動脈血流灌注和組織內(nèi)早期血液分布情況，還可以進行定量分析。2.根據(jù)影像獲取的部位分為: 全身顯像（whole body imaging）和 局部顯像（regional imaging）3.根據(jù)影像獲取的層面分為： 平面顯像 和 斷層顯像4.根據(jù)影像獲取的時間分為：早期顯像（early imaging）：顯像劑引入后2H以內(nèi)和晚期顯像（delayed imaging）：顯像劑引入2H以后 5. 根據(jù)顯像劑對病變組織的親和力分為：陽性顯像（positive imaging）又稱熱區(qū)顯像（hot spot imaging），指在靜態(tài)影像上主要以放射性比正常增高為異常的顯像。 和 陰性顯像（negative imaging），又稱冷區(qū)顯像（cold spot imaging）指在靜態(tài)影像上主要以放射性比正常減低為異常的顯像。 6. 根據(jù)顯像時機體的狀態(tài)分為： 靜息顯像 和 負荷顯像顯像圖分析要點：圖像質(zhì)量分析；掌握正常圖像的特點；異常圖像的分析放射性核素顯像的特點：可同時提供臟器組織的功能和結(jié)構(gòu)變化，有助于疾病的早期診斷； 可用 于定量分析； 具有較高的特異性； 安全、無創(chuàng)不同影像的比較ECT主要反映臟器或組織的功能、血流與代謝，也反映其形態(tài)，但分辨率較CT,MRI差。CT,MRI主要反映解剖學(xué)形態(tài)變化，分辨率較好，有時也反映其功能變化，但不如ECTCT,MRI主要反映解剖學(xué)形態(tài)變化，分辨率較好，有時也反映其功能變化，但不如ECT六、放射性核素顯像的特點1、不僅顯示解剖結(jié)構(gòu)，同時提供血流、功能、代謝和引流等方面的信息，有助于疾病的早期診斷。 例如： 臟器的血流灌注顯像2、可用于定量分析。 儀器可以采集某個特定區(qū)域的放射性讀數(shù)進行定量分析（感興趣區(qū)） 3、具有較高的特異性，可以在分子水平上進行顯像 分子核醫(yī)學(xué)、分子影像學(xué) 4、基本上皆為靜脈注射顯像劑，屬無創(chuàng)性檢查。 缺點：成像的信息量不是很充分，使影像的清晰度較差，影響對細微結(jié)構(gòu)的精確顯示 。 但PET/CT的出現(xiàn)很好的彌補了這個缺陷 放射性藥物 定義：分子中含有放射性核素、符合藥典要求、能直接用于人體進行臨床診斷、治療和科學(xué)研究的放射性核素及其標(biāo)記化合物。放射性藥物的特點：1.具有放射性； 2.不恒定性； 3.引入量少； 4.輻射自分解放射性藥物的要求：1.合適射線類型和能量； 2.合適的物理半衰期； 3.生物學(xué)指標(biāo)； 4.其他顯像劑的要求：衰變方式：發(fā)射光子或X射線。 光子能量：照相或SPECT顯像最適射線能量為100200keV;PET顯像則需511keV的高能光子； 有效半衰期： 檢查過程用時的1.5倍左右。合適的標(biāo)記位置：放射性核素必須標(biāo)記在化合物結(jié)構(gòu)的合適位置上，且不易脫標(biāo)，能充分反映該化合物在體內(nèi)的生物代謝過程。醫(yī)用放射性核素的來源：Nuclear reactor：反應(yīng)堆 Accelerator:主要是回旋加速器Cyclotron Radionuclide generator:放射性核素發(fā)生器 Other:從核燃料中獲得。從天然物質(zhì)中提取放射性核素。 二、被標(biāo)記化合物的合成 被標(biāo)記物可攜帶放射性核素并將其濃集在所希望的靶器官或組織，以達到顯像的目的。 是指由有機或無機化學(xué)合成和經(jīng)藥物檢測符合人體用藥要求的“凍干品”和/或藥盒，且 經(jīng)各種化學(xué)和物理檢測方法對其進行印證。 檢測方法：熔點測定、元素分析、紅外光譜、1H和13C核磁共振譜、化學(xué)或場解析質(zhì)譜及X線晶體衍射分析等三放射性核素標(biāo)記技術(shù)：就是將放射性核素以一定的化學(xué)形式引入到物質(zhì)的分子之中，使之成為物質(zhì)分子中的重要組成成分的一門技術(shù)。它包括放射性核素的標(biāo)記、分離、純化和鑒定等步驟。常用標(biāo)記方法1、同位素交換法（AX + BX* AX* + BX）利用不同化學(xué)狀態(tài)下，同一元素的兩種同位素之間的互相交換而制得所需標(biāo)記化合物的方法。特點：1同位素交換法制備標(biāo)記化合物不需要前體，方法簡便，易于操作，適宜于稀有、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機化合物的標(biāo)記。2但總體來說，較難制得高比活度標(biāo)記化合物，其穩(wěn)定性也較差。2、化學(xué)合成法定義：通過各種化學(xué)反應(yīng)，將放射性核素引入到待標(biāo)記化合物特定位置上的標(biāo)記方法。是制備標(biāo)記化合物的主要方法。不同之處在于：合成的路線可能不同。合成所需要的前體常需自行合成。需要考慮放射性核素標(biāo)記的位置。為了提高放射性核素利用率，常在合成的最后一、二步引入放射性核素。特點：化學(xué)合成法能制備高比活度的標(biāo)記化合物，標(biāo)記位置明確，穩(wěn)定性佳，產(chǎn)品易于純化。3、生物合成法特點：生物合成法 可以制備一般的化學(xué)合成法難于合成的生物活性物質(zhì)，例如特定的旋光異構(gòu)體等。 不能定位標(biāo)記，比活度低。4、絡(luò)合/螯合法（直接、間接）利用核反應(yīng)產(chǎn)生放射性核素的高動能作用與有機化合物分子發(fā)生反應(yīng)，生成放射性核素的標(biāo)記化合物。例如：3He(n,p)3H; 14N(n,p)14C等反應(yīng)中生成的放射性核素取代有機化合物分子中相應(yīng)的穩(wěn)定性原子。同位素標(biāo)記與非同位素標(biāo)記（1） 同位素標(biāo)記（isotopic labeling）：利用與分子中原有原子相同元素的放射性同位素所進行的標(biāo)記。同位素標(biāo)記所產(chǎn)生的放射性標(biāo)記化合物可保持原有化合物的性質(zhì)。（2） 非同位素標(biāo)記(non-isotopic labeling）：向分子中引入的放射性核素不是物質(zhì)分子中固有核素的同位素的標(biāo)記。放射性藥物標(biāo)記制備中應(yīng)考慮的因素：1、標(biāo)記物的穩(wěn)定性 ； 2、失活或變性； 3、同位素效應(yīng)； 4、輻射自分解碘可標(biāo)記：核酸、蛋白質(zhì)、膽固醇、受體、配體等同位素標(biāo)記（isotopic labeling）利用與分子中原有原子相同元素的放射性同位素所進行的標(biāo)記。同位素標(biāo)記所產(chǎn)生的放射性標(biāo)記化合物可保持原有化合物的性質(zhì)。非同位素標(biāo)記(non-isotopic labeling）向分子中引入的放射性核素不是物質(zhì)分子中固有核素的同位素的標(biāo)記。四、放射性標(biāo)記化合物的純化、鑒定放射性雜質(zhì)的來源 ：標(biāo)記和貯存中產(chǎn)生。貯存過程中產(chǎn)生放射性雜質(zhì)的原因主要是輻射自分解。放射性核素標(biāo)記產(chǎn)物，必須進行必要的純化，使用前也應(yīng)進行放射化學(xué)純度的監(jiān)測根據(jù)有無分解進行純化。標(biāo)記物的純化方法：最常用的有效方法是色譜法，或叫層析法。主要有柱層析、薄層層析和紙層析，凝膠過濾法，高效液相色譜和氣相色譜也是目前常采用的方法。其次還有透析法和電泳法等。（1）紙層析（paper chromatography, PC）純化：紙層析是以層析紙作為固定相，以適當(dāng)?shù)恼归_劑作為流動相，當(dāng)樣品隨著流動相從點樣的下端沿著纖維素分子上行時，由于樣品組分的性質(zhì)不同，在固定相上的吸附能力和在流動相中的溶解度的不同，各個組分在固定相上的移動距離也就不同，從而使各個組分能有效地分開。五、放射性藥物的質(zhì)量控制物理要求：外觀、性狀；放射性活度、放射性核純度；顆粒度化學(xué)要求：化學(xué)純度、放化純度、穩(wěn)定性；載體；酸堿度生物要求：無菌、無毒性；生物活性、免疫活性；生物穩(wěn)定性放射性核純度定義：指特定放射性核素的放射性占總放射性的百分數(shù)測定方法：能譜法 屏蔽法 半衰期法放射化學(xué)純度指以特定化學(xué)形態(tài)存在的放射性核素活度占樣品總活度的百分數(shù)。測定方法1. 紙層析法（paper chromatography, PC）2. 薄層色譜法（TLC） 固定相：硅膠板3. 高效液相色譜（HPLC） 分離速度快、分離效率高放射自顯影 定義：放射自顯影:利用射線使感光材料感光形成潛影，經(jīng)顯影定影后形成圖像；判斷放射性示蹤劑的分布部位和數(shù)量（半定量）的技術(shù)。放射性同位素感光材料潛影顯象（銀粒分布部位及數(shù)量）定位、定量放射自顯影的優(yōu)點：1）靈敏度高。2）定位準(zhǔn)確，能把定位和定量結(jié)合分析（半定量）3）感光材料具有累積成像的效應(yīng)，所需的放射性物質(zhì)可極微量。4）操作簡單易行，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備。5）形態(tài)、機能和代謝的綜合分析 6）結(jié)果可以長期保存缺點 局限性：1、實驗周期長。2、定量不準(zhǔn)確，只能半定量。二 放射自顯影的原理射線使感光材料感光在示蹤劑所在原位置出現(xiàn)銀顆粒沉積定影手段固定銀顆粒結(jié)果觀察射線的感光性-潛影形成的原理：和普通光學(xué)攝影原理相同；利用射線使感光材料感光在標(biāo)本中放射性存在的原位置出現(xiàn)銀顆粒的沉積。1、電離：釋放電子2、Ag+離子向敏化中心移動：3、形成潛影三、放射自顯影的材料1、組成:A由銀鹽和明膠組成。B銀鹽多為鹵化銀，如溴化銀。C明膠主要起支持作用；吸水膨脹后具有通透性2、分類：（1）原子核乳膠：（2）氚片：（3）X線片：（4）自顯影增強劑：（5）磷屏成像：四 放射自顯影的基本技術(shù)和方法（一）主要類型： 宏觀自顯影：常用肉眼、放大鏡或低倍顯微鏡觀察。用灰度或黑度對比來判斷示蹤劑的部位和數(shù)量。優(yōu)點是可以同時觀察各臟器、組織中放射性示蹤劑的分布，多用于小動物的整體標(biāo)本，大動物的臟器或肢體，以及各種電泳譜、色譜和免疫沉淀板等的示蹤研究。1、 光鏡自顯影：以光學(xué)顯微鏡為工具進行觀察，以鏡下的銀顆粒分布及數(shù)量來判斷放射性核素示蹤劑的部位和數(shù)量。鏡下的銀顆粒為黑色或深棕色的小圓點適用于冰凍組織切片、石蠟組織切片，血細胞涂片、骨髓細胞涂片等標(biāo)本的示蹤研究。2、 電鏡自顯影：以電子顯微鏡觀察，以電鏡下銀顆粒的分布及數(shù)量來判斷。電鏡下電子軌跡為蛇樣扭曲。適用于細胞超微結(jié)構(gòu)上的精確定位和定量基本方法1示蹤：向?qū)嶒瀯游矬w內(nèi)或離體標(biāo)本上引入放射性核素標(biāo)記物。2標(biāo)本制備：取生物標(biāo)本并制備成含放射性核素的切片、涂片3自顯影制備：暗室中在制備的標(biāo)本上敷加感光材料。4曝射：避光條件下核射線作用于感光乳膠。5照相處理：顯影、定影、水洗、干燥、染色、封固。6閱讀分析。四大醫(yī)學(xué)影像手段：放射性核素顯像； X射線與CT； 核磁共振； B超二、定義：放射性核素顯像是根據(jù)放射性核素示蹤原理，利用放射性核素或其標(biāo)記化合物在體內(nèi)代謝分布的特殊規(guī)律，從體外獲取臟器和組織功能、結(jié)構(gòu)影像的核醫(yī)學(xué)技術(shù)。三、基本原理放射性核素顯像技術(shù)基礎(chǔ)：放射性核素示蹤技術(shù)同一性和可區(qū)別性基本原理：具有能夠選擇性聚集在特定臟器、組織和病變的示蹤劑，使該組織與鄰近正常組織之間的放射性濃度差達到一定程度；利用核醫(yī)學(xué)顯像裝置可探測并顯示這種放射性濃度差放射性核素顯像的特點 1、不僅顯示解剖結(jié)構(gòu)，同時提供血流、功能、代謝和引流等方面的信息，有助于疾病的早期診斷2、可用于定量分析。儀器可以采集某個特定區(qū)域的放射性讀數(shù)進行定量分析（感興趣區(qū)）3、 具有較高的特異性，可以在分子水平上進行顯像4、 基本上皆為靜脈注射顯像劑，屬無創(chuàng)性檢查缺點：成像的信息量不是很充分，使影像的清晰度較差，影響對細微結(jié)構(gòu)的精確顯示 。但PET/CT的出現(xiàn)很好的彌補了這個缺陷分子核醫(yī)學(xué)(molecular nuclear medicine) ：在活體內(nèi)以生物大分子作為靶目標(biāo)的分子成像技術(shù)。 在分子水平揭示生理、生化、代謝變化（二）分子核醫(yī)學(xué)的主要特點分子識別主要內(nèi)容：靶向診斷、靶向治療、代謝顯像、受體顯像、基因顯像、免疫顯像等。分子識別是分子核醫(yī)學(xué)重要理論基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)分子顯像的特點：分子靶向而不是靶向組織器官。分子靶向