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 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 利用这点时间让大家知道有门学科叫核医学，并了解核医学能作什么，有什么特点，前沿动态，及其存在的问题。

什么是核医学？ 核医学的定义： 核医学涉及的学科： 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

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 症状体征  结构改变 功能失调 代谢异常☻ 表达失控☻ 基因突变☻

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 B超 超声波反射 解剖结构 名称 成像参数 性质 X线CT 衰减系数、CT值 解剖结构 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、PET——ECT(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 核探测技术---影像定位、定量 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。 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 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 用放射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世纪，功能图像和解剖图像有机融合

γ相机

γ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。 光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为电信号。 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γ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？ 缺点？死时间

SPECT-- single photo emission computed tomography γ相机---发射，平面图像（透射X平片） SPECT---发射，断层图像（透射CT） γ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方向

SPECT

γ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-→2γ（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 PET探测原理

PET PET探测器晶体环

PET 符合探测原理

PET 探测器信号定位

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 空间定位 SPECT: 准直器 PET: 符合探测电路 空间分辨率 SPECT: 8~12 mm PET: 3~5 mm 灵敏度: PET >SPECT 扫描时间: PET<SPECT

PET/CT的发明是医学影像 学的又一次革命

PET/CT中的PET、CT PET——PET/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/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 75％－90％ 心脏病学 10％－20％ 神经系统 10％－30％ 肿瘤学 75％－90％ 心脏病学 10％－20％ 神经系统 10％－30％ 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 依靠放射性核素发射的射线杀死病变细胞 使用特异性的载体(如RIT） 直接利用核素与靶器官的亲和定位作用 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α 、β射线 放射性核素局限在靶器官，对正常组织损伤小

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 α核素、β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 碘是甲状腺合成甲状腺激素的主要原料。甲状腺有很强的摄碘能力，因此放射性131I能被摄取和浓聚，被摄取的量和用以合成甲状腺激素的速度在一定程度上与甲状腺的功能有关。可以说放射性碘是甲状腺生理的真正示踪剂。

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 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” 谢谢！ “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