實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)(醫(yī)學(xué)PPT課件)

1、實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)Experimental nuclear medicine and Nuclear pharmacy 緒 論一、定義與內(nèi)容 (一)核醫(yī)學(xué)定義： 研究核技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用及其理論的科學(xué)稱之。 (二)核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容： 包括實驗核醫(yī)學(xué)(基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué))、臨床核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)三部分 (三)實驗核醫(yī)學(xué)的定義： 研究核技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實驗應(yīng)用及其理論的科學(xué)(或在 實驗醫(yī)學(xué)中應(yīng)用核技術(shù)的科學(xué)就叫實驗核醫(yī)學(xué))。 (四)核藥學(xué)的定義： 研究核素標(biāo)記藥物的制備、理化特性及其在人體內(nèi)的生理、病理過程，為實驗和臨床核醫(yī)學(xué)提供各種診斷和治療的放射性藥物或穩(wěn)定核素標(biāo)記化合物稱之。 核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容實驗核醫(yī)學(xué)（基

2、礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)） 1.核電子學(xué) 2.標(biāo)記化合物 3.示蹤技術(shù) 4.電離輻射生物效應(yīng)與放射衛(wèi)生防護 臨床核醫(yī)學(xué) 1.診斷 2.治療 二、實驗核醫(yī)學(xué)的特點 (一) 兼容性好； (二) 方法學(xué)多； (三) 應(yīng)用面廣； (四) 探索度深； (五) 綜合性強。 三、發(fā)展與動向 實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)是一門新興學(xué)科，與其他學(xué)科一樣，有其自身的發(fā)生和發(fā)展歷史。1896年，貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性鈾，1898年，居里夫人發(fā)現(xiàn)天然放射性鐳(Ra226)，此后在很短時間內(nèi)，核物理學(xué)家和放射化學(xué)家很快陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量的天然放射性核素，直到1934年小居里夫婦首次證明用天然的粒子轟擊輕元素(鋁箔)產(chǎn)生人工放射性核素，1942年核反

3、應(yīng)堆的誕生以及后來加速器的問世，解決了人工放射性核素的大量生產(chǎn)，還有核儀器的研制與應(yīng)用，從而使人類逐漸認識和應(yīng)用放射性核素及核技術(shù)，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：(一)示蹤技術(shù)的發(fā)展： 著名核醫(yī)學(xué)家Wagner教授認為“核醫(yī)學(xué)是將示蹤原理應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)及生物醫(yī)學(xué)研究的一門分支學(xué)科”。由此看來，示蹤技術(shù)在核醫(yī)學(xué)中所占的地位多么重要。實驗核醫(yī)學(xué)與核藥學(xué)的先驅(qū)者Hevesy早在1923年就開始了示蹤實驗。30年代初期到40年代中期是用穩(wěn)定核素開展大量示蹤研究的活躍時期。在這15年時間內(nèi)，大量研究工作者把醫(yī)學(xué)理論研究從靜態(tài)觀察為主推向動態(tài)觀察為主，使人們對生命現(xiàn)象的認識明顯地前進了一大步。在示蹤研究中，一開

4、始使用天然放射性核素，然后用穩(wěn)定性核素，最后用人工放射性核素。由于Hevesy的劃時代貢獻，1943年，他獲得了諾貝爾獎?，F(xiàn)在示蹤技術(shù)越來越引起醫(yī)學(xué)界的重視和廣泛應(yīng)用，幾乎滲透到所有醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科及臨床學(xué)科。目前示蹤技術(shù)已發(fā)現(xiàn)到從體內(nèi)到體外，從整體到局部，從組織到細胞，從細胞到分子，從定性到定量再到定位，從靜態(tài)到動態(tài)，從平面到斷層等，這些都反應(yīng)了示蹤技術(shù)的重要性。可以這樣說，在實驗核醫(yī)學(xué)中，凡是重要的研究成果都離不開示蹤技術(shù)。(二)核醫(yī)學(xué)實驗儀器的發(fā)展： 如多功能的能譜儀，匹配計算機的放射免疫測量儀，由50管到200管或更多管，自動測量、自動換樣、自動數(shù)據(jù)處理，打出標(biāo)準(zhǔn)曲線及結(jié)果。又如液體閃爍測

5、量儀能測能量較低的軟射線(3H、14C)，匹配計算機，也是會自動的，使用方便、科學(xué)。還如核磁共振儀(NMR)、活化分析儀、化學(xué)發(fā)光儀等都是核醫(yī)學(xué)實驗中使用的現(xiàn)代化儀器，這些儀器在國外比較普及，國內(nèi)一些大中型醫(yī)院或?qū)嶒炇乙惨褢?yīng)用。 (三)標(biāo)記化合物及放射性藥物的發(fā)展： 核醫(yī)學(xué)實驗，標(biāo)記化合物及放射性藥物或放射性試劑是重要的先決條件之一，它們的制備已經(jīng)向深度和廣度發(fā)展，深度就是質(zhì)量，廣度就是種類和數(shù)量。這主要是標(biāo)記技術(shù)的提高。近年來由于這方面專家的努力，在一些活性物質(zhì)及細胞方面的標(biāo)記獲得了重大進展和成功，如：WBC、RBC、BPC及單克隆抗體等的標(biāo)記。(四)人才培養(yǎng)及技術(shù)力量的組織： 鑒于核醫(yī)學(xué)是

6、一門多學(xué)科的綜合性專業(yè)，它與物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、生理、生化、病理、微生物、免疫、藥理等基礎(chǔ)學(xué)科的關(guān)系比任何醫(yī)學(xué)專業(yè)都更密切。因而國外各類專家都把核醫(yī)學(xué)作為大顯伸手的領(lǐng)域。所以國外一些高水平的實驗室能夠做出創(chuàng)造性的工作，主要是他們把醫(yī)學(xué)、生物、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等各方面知識綜合于核醫(yī)學(xué)，上述人員共同研究、共同攻關(guān)，設(shè)備昂貴的儀器由政府資助，各個研究項目，首先考慮是應(yīng)用核醫(yī)學(xué)技術(shù)。 (五)我國實驗核醫(yī)學(xué)情況 四、學(xué)習(xí)要求 第一章 核射線及其與物質(zhì)的相互作用（一）核外電子 （一）中性原子 （二）核外電子的運 轉(zhuǎn)軌道 （三）核外電子的能級二、原子核 （一）核能態(tài) 1、定態(tài)：電子在軌道上運行既不放出

7、不吸收能量的狀態(tài)； 2、基態(tài)：能量最低的定態(tài)稱之； 3、激發(fā)態(tài)：能量最高的定態(tài)稱之。 （二）幾個概念1、核素 凡原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù).中子數(shù)和能量狀態(tài)均相同 的一類原子，統(tǒng)稱為核素。2、同位素 凡核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同(原子序數(shù)相同),而中子 數(shù)(N)不同的一類原子，彼此互稱同位素, 1H、2 H 、 3H。3、同質(zhì)異能素 核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均相同，但所處 能量狀態(tài)不同的核素。如99Tc與99mTc 。 4、穩(wěn)定性核素與放射性核素（1）穩(wěn)定性核素 （2）放射性核素 （3）放射性核素的原子核為什么不穩(wěn)定？ 1、核子總數(shù)過多（83），主要發(fā)生衰變； 2、中子質(zhì)子比例不平衡，主要發(fā)生衰變； 3、核子間的平均結(jié)合能

8、小。 2 核衰變方式 一、衰變(alpha decay) 二、衰變(beta decay) 三、躍遷( Transition)衰變(alpha decay)核衰變時放射出粒子的衰變。 變化通式： AZXA-4Z-2Y+42He+Q 22688Ra(鐳)衰變式： 22688Ra22286Rn+42He+4.86 Mev 4He衰變核衰變時放射出粒子或俘獲軌道電子的衰變衰變后核素的原子序數(shù)可增加或減少，但質(zhì)量數(shù)不變。分衰變（核內(nèi)中子過多）、衰變 （核內(nèi)中子過少） 和電子俘獲三種類型。粒子的速度為20萬km/s。衰變(beta decay)(一) -衰變： 衰變時放射出粒子。核內(nèi)中子過多造成的不平衡

9、。中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子的過程。 變化通式及3315P(磷)衰變式如下 AZXAZ+1Y+-+Q 是反中微子 3215P3216S+0-1e+1.711 Mev N p+e-粒子特性粒子實質(zhì)是負電子；衰變后質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)加。粒子的能量分布從0最大具有連續(xù)能譜，穿透力比a粒子大；電離能量比a粒子弱，能被鋁和有機玻璃吸收。衰變(beta decay)(二)+衰變： 變化通式及137N(氮)衰變式如下： AZXAZ-1Y+Q 是中微子 137N136C+1.190 Mev p n+e+粒子的特性粒子實質(zhì)是正電子；衰變后子核質(zhì)量數(shù)不變，但質(zhì)子數(shù)減； 也為連續(xù)能譜； 天然核素不發(fā)生衰變，只有人工核素才發(fā)生

10、。衰變(beta decay) 電子俘獲(electron capture decay,EC) 核衰變時俘獲一個軌道電子。它是核內(nèi)中子數(shù)相對不足所致。從內(nèi)層軌道（K）俘獲一個電子，使核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為一個中子。 變化通式 ： AZX+-eAZ-1Y+Q 12553I(碘)衰變式： 12553I+-e12552Te(碲)+0.0355 Mev。躍遷( Transition) (一)同質(zhì)異能躍遷(isomeric transition)： 變化通式及99m43Tc(锝)衰變式如下： AmZXAZY+ 4942MO99m43TC9943TC+ (二)內(nèi)轉(zhuǎn)換(internal conversion)：

11、 以上幾種衰變圖及模式圖如下圖： 射線特性射線為光子流，不帶電，穿透力強，電離能力弱；射線在真空中速度為30萬km/s。3 核衰變規(guī)律 作為放射性原子核的個體，其衰變是獨立的隨機事件，相互間沒有制約，衰變先后沒有規(guī)定的次序，也不是同時發(fā)生衰變。表面看似乎雜亂無章，毫無規(guī)律可言。但是，作為有很多個核組成的放射性物質(zhì)而言，核衰變卻表現(xiàn)為具有一定的規(guī)律性：對一定量的放射性物質(zhì)測其計數(shù)率n , 發(fā)現(xiàn) n的數(shù)值隨時間的延長而逐漸減少。 精確的實驗證明，在時間間隔為 t到 t十t內(nèi)，衰變的原子核數(shù)目N是和t及在該時刻尚未衰變的總核數(shù)N成正比，即 NNt，寫成等式：dNN=N 式中：是比例常數(shù)，稱為衰變常數(shù)

12、（Decay constant），符號右側(cè)的負號表示N值隨t增加而減少，即N是負的（衰變掉的）。若時間間隔極微小，用dt表示，上式可寫成微分式： dNdt=N dNN=N 經(jīng)積分與代入演變得： Nt =N0et 這就是放射性衰變公式。它指出，N值按時間的指數(shù)函數(shù)而衰減。 二、半衰期 (一) 物理半衰期(T1/2)：放射性核由于衰變,其原子核數(shù)目或活度減少到原來一半所需的時間,用T1/2表示 （二）生物半衰期(Tb)：由于生物機體的代謝 （三）有效半衰期(Te)：由于放射性核素自身衰變及生物機體代謝的共同作用 三者的關(guān)系可用下式表示： Te=（T1/2Tb）/（T1/2+Tb）三、放射性活度及其

13、單位(一)放射性活度（radiativity）指樣品在單位時間內(nèi)的 衰變次數(shù)。 A = dN/dt根據(jù)核衰變規(guī)律公式及放射性活度定義A與N成正比關(guān)系可寫成下式： At = Aoe-t = Aoe-0.693t / T1/2(二)放射性活度單位： 在國際單位制(SI)中，專名是貝可勒爾(Bequeral)，簡稱貝可，符號是Bq單位是秒-1(s-1)其派生單位有KBq(千Bq)MBq(兆Bq)、GBq(吉咖Bq)和TBq(大拉Bq) 1TBq = 103GBq = 106MBq = 109KBq 舊的專用單位是居里，符號Ci,1Ci=3.71010 dps=2.221012 dpm Ci的常用派生

14、單位是mCi,Ci 新舊單位換算如下： 1ci = 3.71010Bq = 37GBq 1mci = 3.7107Bq = 37MBq 1ci = 3.7104Bq = 37KBq 1Bq = 2.710-11Ci四、放射性比活度 定義：單位質(zhì)量的固體或單位體積的液體放射性物質(zhì)的放射性活度 單位：MBq/mg、GBq/mg、TBq/g 或 MBq/mmol、GBq/mmol、MBq/ml; 舊單位是 mci/g、ci/g 或 mci/ml 五、連續(xù)衰變 當(dāng)衰變后的子體核素也為放射性核素時，子體核素也會發(fā)生繼續(xù)衰變，直至變成穩(wěn)定性核素六、衰變公式的應(yīng)用例題1，某實驗室有某年9月27日出廠的Na1

15、31I溶液，其放射性濃度為3182 MBq/ml，當(dāng)年10月14日使用時，其放射性濃度是多少?現(xiàn)要吸取370 MBq該溶液，需吸取多少ml? 解： 已知Ao=3182MBq 131I的T1/2=8.04D，t=17D 先算t/T1/2=17/8.042.11查通用放射性衰變表(P8) 得e-t=0.232代入衰變公式： A=Aoe-t=31820.232=738.15(MBq/ml) 370738.150.5(ml) 答：此時濃度是738.15MBq/ml；需吸0.5ml。例題2 3H-正十六烷標(biāo)準(zhǔn)源，產(chǎn)品說明書介紹是1997年11月，測得的比活度為1.60MBq/g，取用時間為1999年11

16、月，問取用時的比活度是多少?相當(dāng)于每ml多少dpm(室溫18)?(3H-正十六烷溶點18時，密度為0.775g/ml) 解：已知Ao=1.6MBq/ml t=2y 3H T1/2=12.33y 方法一：t/T1/2=212.33=0.1622查通用放射性核素衰變表 得 e-t=0.895代入衰變公式 A=Aoe-t=1.60.895=1.432(MBq/g) 方法二：A = Aoe-t = Aoe-0.693t / T1/2 =1.60X(0.693/12.33)2=1.60e-0.1124 查ex指數(shù)表或用ex指數(shù)功能計數(shù)器求e-0.1124=0.8937 代入上面衰變公式A=1.600.8

17、937=1.43(MBq/g) 解：已知3H-正十六烷溶點18時，密度為0.775g/ml 1g相當(dāng)于1/0.775=1.29(ml) 1MBq=1106dps=60106dpm每秒計數(shù)換成每分計數(shù) 根據(jù)所得結(jié)果的比活度是1.43MBq/g 1.43MBq=(1.4360106)/1.29=6.65107(dpm/ml) 答: 取用時的比活度是1.43MBq/g； 相當(dāng)于每ml6.65107dpm. 4 核射線與物質(zhì)的相互作用 一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 （一）電離與激發(fā)(ionization and excitation) （二）彈性散射 （三）韌致輻射 （四）契侖可夫輻射 （五）湮沒輻射

18、 （六）射程 (一)電離與激發(fā)(ionization and excitation) 1.電離 ：指帶電粒子使物質(zhì)中的中性原子變成離子對過程。 2.激發(fā) ：如果核外電子所獲動能不足以使之成為自由電子，只是從 內(nèi)層躍遷到外層，從低能級躍遷到高能層稱之。 3.電離密度 ：單位路徑上形成的離子對的數(shù)目。它表示的是射線電離作用強弱的量。 （二）彈性散射 帶電粒子通過物質(zhì)時因受原子核庫侖電場作用而改變本身運動方向，但帶電粒子與原子核在相互作用前后總動能保持不變，這一過程稱為彈性散射或彈性碰撞。（三）韌致輻射 帶電粒子還可與原子核發(fā)生非彈性碰撞。高速運動的帶電粒子經(jīng)過原子核附近時，受到原子核庫侖場作用而急劇減速，其部分或全部動能可轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的電磁輻射，稱為韌致輻射（Bremsstrahlung）。 韌致輻射的發(fā)生機率，與帶電粒子質(zhì)量的平方成反比，與帶電粒子的能量成正比與所通過的物質(zhì)的原子序數(shù)的平方呈正比?？梢奱粒子的韌致輻射可忽略不計（與帶電粒子質(zhì)量的平方呈反比），高能射線的韌致輻射效應(yīng)顯著（與入射粒子的能量呈正比），并且對放射性核素按其來源可分為天然和人工兩大類。但其中天然放射性核素種類僅數(shù)十種。致輻射的防護宜采用原子序數(shù)低（與物質(zhì)原子序數(shù)的平方呈正比）的屏蔽材料（如有機玻璃、鋁）。 （四）契侖可夫輻射 高能電子通過折射率較大（n1）的透明介質(zhì)時，若其速度大于光在該介質(zhì)中的相速度，