医用放射诊断与治疗设备----核医学与核医学仪器(上)

         核医学( nuclear medicine)，亦称原子核医学，是一门利用开放型放射性核素诊断和治 疗疾病的学科，分类如图5 -33所示。

         诊断核医学按放射性核索是否引人受检者体内分为两类。凡不引入体内者称体外检查法或体外诊断核医学，有代表性的是放射免疫分析。它是一项超微量生物活性物质测量技术，对医学的发展有巨大影响，其发明者之- Yalow博 士因此而荣获1977午诺贝尔生理学或医学奖。凡要将放射性核索引人体内者则称为体内检查法或体内渗断核医学，根据后是否成像又分为显像和非显像两种。利用放射性棱素 实现脏器和病变显像的方法称作放射性核素显像，这种显像有别于单纯形态结构的显像，是一种独特的功能显像，为核医学的重要特征之一。 

         核医学成像和核素体外分析都是建立在同位索示踪技术基础上的，同位素具有类似的 化学性质，参与组织、器官内的生理、生化过程，但放射性同位素都具有容易探知的放射性，这样核医学诊断就具有鲜明的特色。

         1．放射性核索显像核医学显像是利用进入人体内的放射性药物来显示器官和病变 组织的解剖结构和代谢、功能相结合的显像。即是利用放射性药物的代谢和生物学特性，能 特异地分布于体内特定的器官或者病变组织，并且标记在这些放射性药物分子上的放射性 核素所释放出的射线还能在体外被检测到。例如，利用Y照相机、单光子发射型计算机断层装置( SPECT)、正电子发射型计算机断层装置(PET)等实现核医学成像。

         2.器官的功能测定利用放射性药物在人体内能被某一器官摄取、代谢或者排出等特 性，了解其在相应器官中的摄取的速度、存留的时间、排H的速度等，以推断出该器官的功能状态。例如，使用邻碘(131l)马尿酸进行的肾功能测定。

         3.体外检查法利用放射性核素标记的示踪剂来检测人体样品内微量生物活性物质含量的方法，能准确定量检测血、尿、组织液等标本内含量极微的激素、酶、神经介质、配体、受体、 药物以及核酸、蛋白质等生物活性物质。如20世纪60年代初早用于临床的放射免疫法。

         4．放射性核素治疗利用射线的生物效应（电离）杀伤病变组织．而正常组织及全身受 到的辐射损伤较少；使用方便；良、恶性病变均可应用。经济花费较低，疗效肯定，用途广泛，潜力较大。 体内治疗是通过放射性药物在机体内能够高度选择性地浓聚在病变组织内，利用射线 的辐射作用杀伤病变组织细胞，从而达到治疗疾病的目的，同时利用核索发射的7射线，经艋像方法观察放射性药物在体内分布和在病灶的浓聚情况。对放射性药物的要求：剥靶组织的高度选择性（针对性强）、合适的芈衰期、适当能量的B射线治疗作用、T射线的显像作用等。体外治疗是对瘢痕、血管瘤、容易出咀和溃疡等部位，采用敷贴治疗。

         5．辐射防护是针对放射线对人体的生物效应所采取的卫生防护措施。如个人剂量检测仪、表面污染及场所剂量检测仪等。 放射防护的剂量限制原则是：①实践正常化原则：避免一切不必要的照射，对有辐射的 实践活动需权衡利弊，决定取舍。②防护优化原则：选择合适的防护，取得有利的效果。◎个人剂世限制化原则：个人受到的剂量当量，不得超过国家标准限制。 针对从业人员的外照射肪护三原则是：减少受照时间、延长照射距离、利用屏蔽物质。

         一、核医学基础
         （一）放射性核素 自然界中一切物质均由各种不同的元素组成，构成每一种元素的基本单位是陵元素的原
子，原于的中心称原子核，核外电子在一定的轨道上绕核运转。原子核占有原子的体积很小，但 原子的质量几乎都集中在核中，原子核由质子和中子组成。原子核所带的电荷数Z等于该原子 核的质子数．也等于该元素的原子序数，原子核的质量数i等于组成该核的质子数和中子数N的总和即A=Z+N，通常用 X来表示原子核。将具有确定的原子序数和质量数并处在一定能级的原子核统称为核索。亦即核索的羞异可由质量数A、电荷数Z以及所处的能量状态来区别。 在已发现的107种元素中，有将近1900种核素，这些核素按其性质可分为稳定的和不稳 定的两大类。凡原子核处在不稳定状态，会自发的转变为另一种核素并放…射线者通常称为放 身于陛核索。原子序数在83以上的元素均为放射性核素。而这类核素自发地发生结构及能量状态的改变，放出射线并转变为另一种核素的过程称为核衰变，包括a衰变、B衰变和T衰变。 核医学中，T1/2表示各放射性核素的物理半衰期，是核素的固有特性，表示放射性核素 的原子核数目减少到原来一半所需的时间。在核医学中，还常用到生物半衰期(Tb)和有效 半衰期(Teff)的概念。生物半衰期表示生物体内的放射性核素由于生物的代谢过程从体内 排出到原来的一半所需的州曰，而有效半衰期则是指放射性核素由于放射性衰变及生物代 谢过程的共同作用，减少到原来一半所需的时间。 由于原子核并不是完全稳定的，后都会经历内部变化，形成更稳定的核结构。这种自发的变化称为放射性转变，转变前的核称为母体，转变后的核称为子体。在放射性转变巾， 能量是以辐射形式放出的。大多数放射性转变是分步转变的，对多数放射性核素来说，步是同量异位转变，通常继之而后的是同质异能转变和沿轨道运行电子相互作用。在核医学中感兴趣的三种同量异位转变是8发射、正电子发射和电子俘获。放射性原子核经过同 量异位转变后，通常都含有太多的能量而不是处在其后稳定的子体状态，处在这些中间状 态和后状态的核称为同质异能核素，因为它们的原子序数核质量都相同，处在中间状态的原子核将通过发射能量降到基态的方式而经历同质异能转变。在多数同质异能的转变中， 一个原子核会以7光子的形式放出它的多余能量，称为7发射。在某些情况下，来自同质异 能的能量可以传递给原子内的电子，这种能量加在电子的结合能，可使电子脱离原子，这个 过程称为内转换。各种同量异位转变或同质异能转变都会产生光子和粒子辐射的集合，并应用在临床中。 存在于自然界的放射性核素一般在临床研究中并不适用，在临床中，绝大多数的放射性 核索是用粒子（中子或质子）轰击原子核而制成的，B发射体是用中子轰击而产生的；正电于发射和产生电子俘获的核素是用正粒子（如质子）轰击而产生的，中子可以从原子核反应堆或加速器中得到，正粒子是从加速器（通常是从回旋加速器）中得到的。

         （二）核医学仪器在医学实践中，用于探测和记录放射性核素发出射线的种类、能量、活度及其随时间变 化在空间分布的仪器，统称为核医学仪器。它是核医学工作中必备的条件。 探测的基本原理都是利用射线与物质相互作用，并根据使用的实际情况而设计的，主要 利用射线的下列特征：
1.电离作用射线引起物质的电离，产生相应的电信号。
2.荧光现象带电粒子能使闪烁物质发出荧光，荧光通过光电倍增管产生电信号．再由仪器测出射线的性质和活度。例如闪烁计数器。 3感光作用射线使感光材料形成潜影，经显影和定影处理后．形成黑色颗粒沉淀，显示出黑影，根据黑影在被测样品的部位和它的灰度，对被测样品中的放射性作出定位、定性 和定量的判断。例如放射自显影。

         二、γ照相机
         1958年美国科学家Anger成功研制出了台γ照相机(γ camera)，使得核医学影像技术从放射性核素扫描仪的静态显像发展到了动态显像。为了纪念Anger．所以γ照相机又称为Anger相机。γ照相机可采用闪烁探测器、半导体探测器或多丝正此室等探测器。 采用闪烁探测器的T照相机称为闪烁T照相机，简称闪烁照相机。 γ照相机可对人体内脏器中的放射性核素分布进行一次成像，同时可动态观察、显示、 记录放射性药物在人体脏器内的代谤捕况。所以γ照相机不仅具有人体脏器的形态显像功能，而且具有功能显像功能，同时又具有动态显像功能。

         （一）γ照相机的基本结构 γ照相机的基本结构包括闪烁探头、探头支架、病床和操作控制台。如图5-34所示。 探头病床、控制台、计算 机以及外围设备构成，如图5-40所示。 探头与γ照相机的探头是一样的．包括准直器、 闪烁晶体、PMT、位置计算电路等，终得到γ光子 的位置信息和能量信息传送给计算机处理。 机架一般要求稳定、可靠、安全，还应该能迅速 灵活地调整定位，采集数据时应旋转平稳、精度高、旋转中心准确。为了能提高采集数据的 灵敏度，除采用圆形旋转外，许多厂商设计成椭圆形旋转或自动人体轮廓旋转。

         病床也叫检查床，可让患者平躺在床上，完成数据的采集工作。 控制台负责数据的录入（如患者资料的输入、扫描控制命令及图像处理参数的选择等）和图像后处理的功能。 外围设备包括显示器、磁盘、光盘、打印机、照相机、不同类型的准直器、准直器交换装置以及生理信号检测设备等。

         （三）SPECT主要性能参数
         SPECT的主要技术指标包括线性、均匀性、空间分辨率和死时间等，可以参考γ照相机部分内容。 目前SPECT的能量测量范围为50-600keV。一般临床应用的核素有99mTc[锝]、201Tl[铊]、133Xe[氙]、67Ga[镓]等。空间分辨率在3-5mm范周内；大计数率容量一般在100-300kcps(20%窗宽)。 旋转中心是指探头平面旋转时的旋转轴心。机器会由于机械精度的不良或老化等原因 造成旋转中心变化，从而会降低图像分辨率，产生伪影，所以必须经常校正。旋转中心的误 差不小于1mm。 衰减校正是指对于能量为50-600keV的γ射线，在人体组织中的衰减是相当明显的，所以减小伪影和定量测量的误差，必须进行放射性衰减校正。

         (四) SPECT的临床应用及特点
         旋转γ照相机型SPECT成像主要分为平面成像、动态成像、门控成像、全身成像和断 层成像5种方式，其中前4种为γ照相机成像功能，后者为SPECT的特有功能，断层功能不仅可以成横断面，还可以成冠状面、矢状面以及任意方位的截面，也可以成三维立体像。 SPECT的诊断率比普通γ照相机明显提高，目前虚用已相当广泛。 SPECT的成像空间分辨率比X射线CT低，但是由于两者成像原理上的本质差别，在 医学诊断上的价值是完全不同的。X射线CT反映的是病变组织的密度差，而SPECT反映的是人体正常组织与病变组织的摄取和代谢的功能差异，对于肝血管瘤、脑缺血、癫痫、痴呆 等疾病的诊断，SPECT比X射线CT还是有明显的优越之处。