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1、核技术与 核医学,陈英茂 解放军总医院核医学科 2006年10月21日,中国人民解放军总医院,什么是核医学？,核医学的定义： 核医学是核技术与医学相结合的学科 核医学的任务是用放射性核素及核技术来诊断、治疗及研究疾病。 核医学涉及的学科： 核物理、核电子、核探测、计算机控制及图像处理、数学、放射化学、医学的各科等,基因突变,表达失控,代谢异常,功能失调,结构改变,症状体征 ,Disease is not a THING, but a PROCESS,现代医学认为：疾病的发生起源于 基因改变表达物改变代谢改变形态改变,现代医学影像技术,名称 成像参数 性质 X线CT 衰减系数、CT值 解剖结构
2、B超 超声波反射 解剖结构 MRI 质子密度、T1、T2、 解剖、功能 化学位移 SPECT 放射性浓度 代谢功能 PET 放射性浓度 代谢功能 PET/CT 放射性浓度 代谢功能 衰减系数、CT值 和解剖,SPECT、PETECT(emission computed tomography),核医学内容,核医学发展的两大支柱,放射性药物-诊断、治疗 关键点是特异性 其次是稳定性 如： 11C-胸腺嘧啶 - DNA合成金标准，不稳定； 18F-FLT 氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于3端的置换，其磷酸化后不能进一步参与DNA合成，又不能通过细胞膜返回，被局限在细胞内。 核探测技术-影像定位、定量,核医
3、学诊断,核医学的右手,核医学诊断 -示踪原理,示踪剂：参与体内某一生理代谢过程的物质 + 发射可探测射线的核素 = 形成示踪剂。 例如：脱氧葡萄糖DG + 发射正电子的18F = 18F-FDG 代谢过程：静脉注入后，通过毛细血管壁进入组织。对不同的示踪剂，有些直接参与体内代谢，有些则被限制在某些特定的组织区域。由于示踪剂在体内的分布与代谢过程是动态的，所以体内各组织部位的示踪剂浓度是不断地变化的。 探测：在示踪剂注入体内后的 整个过程中，都可使用扫描仪在体外探测示踪剂发出的辐射信号，从而确定示踪剂在体内的位置，由此得到示踪剂在体内的代谢过程与分布图像。,核医学显像原理,利用放射性药物 用放射
4、性核素标记的示踪剂引入体内 参加特定生物活动 被特定的组织摄取定位，定性,定量反映体内代谢情况 探测显像 显像设备,显像条件, 操作程序 活体, 分子水平 活体内示踪剂分子行为,核医学显像设备,核医学显像设备探测射线 相机 (scintillation gamma camera) 1958年H. Anger发明，Anger相机 SPECT (single photo emission computed tomography) 20世纪80年代，单光子发射断层扫描仪 PET ( positron emission tomography) 20世纪90年代，正电子发射断层扫描仪 PET/CT 21
5、世纪，功能图像和解剖图像有机融合,相机,相机构成,探测原理,射线入射到晶体上，使晶体原子激发。 退激回到基态，发射荧光。 一个光子产生多个荧光光子。 光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为电信号。 经过定位电路确定出入射光子的位置 放大、甄别后，记录一个计数。,准直器、闪烁晶体、光电倍增管的作用,脉冲幅度分析器 pulse height analyzer(PHA),经放大的电脉冲幅度入射射线能量 只选择一定能量范围，剔除散射、噪声 甄别 例如，99mTc, 能窗135 145keV 单道脉冲分析器-单能窗 多道脉冲分析器-多能窗,信号记录,核医学影像记录的是坐标和光子数 和X 照像有何不同？ 缺
6、点？死时间,SPECT- single photo emission computed tomography,相机-发射，平面图像（透射X平片） SPECT-发射，断层图像（透射CT） 相机探头绕人体旋转 获得各个方向的投影（平面）像 图像重建-滤波反投影、迭代 获得断层图像 图像重建算法-使图像更接近真实 一直是核医学中的一个重点研究方向。,图像重建-迭代算法,图像重建-滤波反投影法,理论依据 二维傅立叶分片定理： 任意函数f(x,y)沿任意方向平行投影，得到与该方向垂直的一维投影函数。此投影函数的傅立叶变换，就等于f(x,y)的二维傅立叶空间平面上过原点的一条线，并且这条线与一维投影函数同
7、方向,SPECT,相机、SPECT诊断项目,灌注显像 动态 血池显像 静态 肿瘤阳性显像 全身骨扫描 数十种项目，数十种放射性药物,肾动态,门控心血池,骨扫描,前哨淋巴结,肿瘤阳性显像,PET-positron emission tomography,正电子核素18F、 15O 、13N、11C，人体基本元素，更能反映体内代谢 发射出正电子，与一个负电子发生湮灭辐射 e+e-2（511keV，E=mc2) 探测正电子湮灭辐射发出的双光子 不加准直器 符合探测，探测环 灵敏度、分辨率,PET设备,电 子 对 湮 灭,PET探测原理,PET,PET探测器晶体环,PET,符合探测原理,PET,探测器
8、信号定位,PET,SPECT与PET的区别,放射性核素 SPECT 99mTc、131I . PET 15O、11C、13N、 18F 人体基本元素 探测信号 SPECT: 单光子 PET: 双光子 空间定位 SPECT: 准直器 PET: 符合探测电路 空间分辨率 SPECT: 812 mm PET: 35 mm 灵敏度: PET SPECT 扫描时间: PETSPECT,PET/CT的发明是医学影像 学的又一次革命,PET/CT,PET/CT中的PET、CT,PETPET/CT的主体 CT的作用： 为PET提供衰减校正 为PET提供解剖位置信息 提供诊断信息,兼容型 PET/CT,PET/
9、CT的特点,CT与PET硬件、软件同机融合 解剖图像与功能图像同机融合 同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程 高灵敏度、高特异性、高准确性 CT图像兼做衰减校正 PET、CT单独能实现的，PET/CT一定能实现；PET/CT能实现的，PET或CT不一定能实现,PET显像特点 功能显像 敏感性、特异性较高 缺乏精确的解剖定位,PET-CT融合示意图,CT图像 何处有病灶？,PET-CT融合示意图,PET图像 病灶在何处？,PET-CT融合示意图,PET-CT图像融合 病灶原来在这里,PET图像有放射性浓聚，头颈部CT、MR及鼻咽镜检未见
10、异常。PET-CT定位于右上腭。,隐匿性上腭癌,PET、PET/CT 的临床应用,肿瘤学 7590 心脏病学 1020 神经系统 1030 其他（器官移植、感染、创伤、发育） 生理及药理实验,PET、PET/CT -在肿瘤学中的应用,早期发现肿瘤 鉴别肿瘤良恶性 治疗前分期 治疗中疗效观察 改进放疗计划 治疗后随诊、复发、转移 评估病人生存期,PET、PET/CT -在神经系统疾病诊断中的应用,癫痫病灶的诊断与定位； 痴呆：AD、MID、PDD、 认知定位,PET、PET/CT 认知定位,PET、PET/CT -在心血管系统疾病诊断中的应用,冠心病： 13N-NH3 心肌存活测定：血流-代谢图
11、像 血流灌注显像（99mTc-MIBI, 13NH3） 代谢显像 18F-FDG “不匹配”（有代谢，无血流）心肌存活 “匹配”（无代谢，无血流）心肌不存活 心肌存活“金标准” 决定是否手术,核医学治疗,核医学的左手,核医学治疗原理,将放射性核素引入体内 使用特异性的载体(如RIT） 放射性核素标记载体 载体参与体内生物活动，带着核素定位到靶器官 直接利用核素与靶器官的亲和定位作用 131I、153Sm、89Sr 定位施放放射性核素（如 125I 种子源） 将放射性核素直接放到靶器官 依靠放射性核素发射的射线杀死病变细胞,核医学治疗的优点,短射程的 、射线 放射性核素局限在靶器官，对正常组织损
12、伤小,核医学治疗的一些项目,甲状腺疾病：131I 骨转移瘤：89Sr、153Sm、32P 肿瘤放射免疫治疗（RIT）：标记抗体 核素、核素、俄歇电子及内转换电子核素 肿瘤间质核素治疗： 32P 肿瘤介入治疗 皮肤病敷贴治疗 粒子植入治疗： 125I,核医学中最需要解决的 -两个问题,图像部分容积效应校正 体内核素治疗的吸收剂量测量或估算,部分容积效应 partial volume effect, PEV,根源：有限的分辨率，点源 球像 结果：病灶失真，定量误差，小病灶被噪声淹没,部分容积效应的校正,目前还没有适合临床使用的校正部分容积效应的方法 期待在座的各位专家,核素治疗中的难题,现状： “拳头”治疗项目少 原因：吸收剂量分布的不可知,吸收剂量计算,并不缺少算法 MIRD方法 蒙特卡罗法 剂量点核函数卷积法 缺少的是前提条件： 体内核素空间分布及时间变化,“The difficulty lies not in new ideas, but in escaping the old ones” (困难不在于创造新的观念, 而在于摆脱旧习惯的影响) J.M.Keynes,谢谢！,