RNI-01

• 核医学成像设备 利用核医学显像装置探 测到这种放射性浓度差，根据需要以一 定的方式将它们显示成像，即是脏器、 组织或病变的影像。
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本篇内容
模块1：放射性核素 9.1 模块2：显像 放射性核衰变物理基础
9.2 10.1
10.2
γ射线测量基本原理
γ射线平面成像
发射型计算机断层
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本次主要内容
模块1：放射性核素 9.1 放射性核衰变物理基础
1 2
30
（2）. 长期平衡
当1<<2 时，
根据
N2
1 t ( N2 N10e [1 e 2 1
1
2 1
1
N10 (e 1t e 2t )
2 1 ) t
1 t ] N1[1 e ] 2
2
若时间足够长，
e
2t
1
22
若核素进入动物体，一是因衰变减少，二是排出体外数量也少 则引入“有效衰变常数”
e p b
p
物理衰变常数
射性核素的排出率。
b 生物衰变常数：单位时间从体内排出的原子核数与当时存在的原子核数之比，即放
三种半衰期：物理半 衰期Tp、生物半衰期Tb和 有效半衰期Te的关系为：
1 1 1 Te Tp Tb
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比放射性活度： 单位质量放射源的放射性活度 即：放射源的活度与其质量之比
A/ m
单位：Bq/g
若m为纯放射性核素的质量，则 A/m 称为本征 比活度。
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A N e
进一步讨论：
t
1）核素一定（一定），A N 在体外测得的活度大小正比于体内对应投影位置上的放 射性核素的数目（核素显像原理之内容）。 2）不同种核素(不同)而每种的数目N相同，A 1/T 即体内引入数目相等的不同核素，短寿命的核素活度大。 3）活度A一定，有
1
N1
子核和母核放射性活度 的关系式，可近似为：
2 2 t A2 A10e A1 2 1 2 1
含义： 当时间足够长时，它们的核数目之比或放射性活度之比为 一固定值，子母体间出现暂时匀衡，由于N1和A1是按1衰减，则当 29 达到暂时平衡时，N2和A2也按2衰减。
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原子与原子核
线度占万分之一 质量占99%以上
原子
电子
原子核
质子 mp 1.007276 u
中子 mn 1.008665u
Z个
AZ个
两者略有差异！
质子、中子统称为核子。 质量数A = 核内总核子数 整个原子呈电中性： 质子数 = 核外电子数 核的符号标记：A X
Z
12 6
C He
4 2
14
核衰变种类
15
核衰变种类
16
核衰变种类
17
核衰变种类 和内转换
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核衰变种类 内转换:
处于激发态的核不辐射γ射线回到 基态，而是将能量直接给一个核外电 子（主要是K层电子，使该电子电离出 去。这种现象成为内转化，放出的电 子称为内转换电子）
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核衰变衰变规律
1. 指数衰减规律
N = N0e-t
(2) 子核B与母核A的放射性活度相等： A2 = A1
(3) 多代情况，有：A1 = A2 = A3 = A4… = An 前提：只要母核半衰期远大于子核的半衰期， 就会出现这种长期平衡。
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(3). 不成平衡
若母核半衰期远小于各代子核，经一定时间后，母核 将几乎全部转变为子核。其后，子核按自己的方式衰变 。这就是不成平衡。 总之，根据上述三种情况的分析： 在任何递次衰变中，不论各代衰变常数之间的关系如 何，必有一半衰期最长者(或最小)，经足够长时间后， 整个系列必剩半衰期最长及其后的各代，它们均近似按 最长半衰期的简单指数规律衰减，这类似于暂时平衡或 长期平衡的情况。
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从生物学角度来说：
脏器内、外或脏器内各组织之间、脏器与病 变之间的放射性药物分布存在浓度差别。
要求： 具有能够选择性聚集在特定脏器、组织和 病变的放射性药物，使该脏器、组织或病变与邻 近组织之间的放射性浓度差达到一定程度。
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从物理学角度来说：
利用某些放射性核素或其标记物在体内代 谢分布和转化的特殊规律，利用核素显像仪器在 体外探测放射性核素发射出的具有一定穿透力的 射线，从而能够准确地获知核素及其标记物在 脏器、组织的分布和量变规律及其在生物样品中 的含量，达到诊断疾病的目的。
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1）. 暂时平衡
若T1>T2即1<2时，且当 t 足够大时，有
则由
e
1t
e
2t
N2
2 1
1
N10 (e 1t e 2t )
（设t = 0, N20 = 0）
得到子核数目：
N2
1 2 1
N 10 e
1t

1 2 1
放射免疫分析
体外诊断 核医学 活化分析 诊断核医学
临床核医学 核 医 学 基础核医学
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放射性 体内诊断 核素显像 核医学 非显像检查法
治疗核医学
放射性核素显像基本原理及特点 1. 基本原理
• 在进行脏器显像和/或功能测定时，医生 根据检查目的，给病人口服或静脉注射 某种放射性示踪剂(核素或其标记物)， 使之进入人体后参与体内特定器官组织 的循环和代谢，并不断地放出射线。 • 于是可在体外用各种专用探测仪器定量 追踪探查，以数字、图像、曲线或照片 的形式定位定量地显示出病人体内脏器 的形态和功能。
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2. 特点
(1)同时反映组织或脏器的形态与功能； 动态观察； 定量分析其功能现象（血流、代谢、受体等）； (2)安全（病人所受辐射剂量低于一次X摄片所受剂 量）、易于重复； (3)结果准确可靠。 因此在临床和基础研究中的应用日益广泛。 (4)与其他技术相结合（配准、融合）
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放射性核素显像基本要素 • 放射性药物 具有能够选择性聚集在特定 脏器、组织和病变的放射性核素或放射 性标记物，使该脏器、组织或病变与邻 近组织之间的放射性浓度差达到一定程 度；
16O 17O 18O
99.756％
0.0039％
0.205％
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(3) 同质异能素(isomers)
原子核组成相同但能a量状态不同的一类核素 其表示方法是在核素符号的质量数A之后加写m
131m 54
Xe(m代表高激态)是131 的同质异能素 54 Xe
同质异能素具有相同的质子数和中子数，只 是能量状态不同，与激发态在本质上并无区别！
N
1

T
在满足体外测量的一定活度下，引入体内的放射性核素半 衰期越短，所需数量越少。所以临床上都要用短寿命核素。27
4.放射平衡
递次衰变满足一定条件时，各代核的数量比会保持恒定。 递次衰变：如果放射性核素母体A生成的子体 也是放射性核素B，B将继续衰变出第二代子体C ， 如果C还不稳定，将继续衰变。。。直到形成一个 稳定的核为止。 一定条件：在母体A（半衰期T1， 1）衰变到B （半衰期T1， 2）中，A、B的放射性活度随时间具 有一定的变化规律，根据T1和T2的相对大小，可以 分为三种：
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2、半衰期
放射性元素的原子核衰变到原有核数目的 一半所经历的时间(T1/2)
N N0 / 2
代入有
t T
T
ln 2
N0 N 0 e T 2 ln 2 T


0.693
~半衰期T

ln 2 t T
N N 0e
♠ 半衰期T 也是表征衰变快慢的一个物理量。 T大，衰变慢。
显然，有效半衰期Te比物理半衰期Tp和生物半衰期Tb都短！
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3. 放射性活度
某放射源在单位时间内发生衰变的原子核的数目。
(即：放射性核素的衰变率)
N N 0e
t
d A ( N 0e t ) N 0 ( )e t N e t N 0 dt
令 t = 0, A = A0 = N0
医学影像物理学 Physics of Medical Imaging
第
4
篇 核医学成像
1
课程回顾及引入
1020
γ-ray
核医学成像
X射线成像：平面摄影、断层摄影
电离辐射 （分子链）
无电离辐射
（热效应）
磁共振成像
2
核医学的内容
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。
3
3．核医学的分类
便有
1 N2 N1 2
即 A1=A2
此为长期平衡。
含义：只要母核的衰变常数比子核的小得多(1<<2)，即 31 母核的半衰期比子核的长得多(T1>>T2)，且观察时间足够
讨论： (1) 长期平衡条件：
①1<<2，即母核的半衰期比子核的长得多 (T1>>T2) ； ② t = 7T2，观察时间足够长。
A A0 e
t
指数衰减关系
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1977年国际上规定，用“贝克勒尔”作为放射性活度的单位
简称贝克，符号Bq (Becquerel)
定义:1 Bq = 1 核衰变/秒 此前的放射性活度单位用居里(Ci)表示
1 Ci = 3.71010 Bq 1 Bq = 2.710-11 Ci 可见，Bq 单位较小。 毫居里(mCi)或微居里(Ci) 千贝克(kBq)、兆贝克(MBq)等
讨论：
(1) 暂时平衡条件：
A2
1t
T1>T2（1<2），且 e
e
2t
2 1
2
A1
(2) 子核B放射性活度大于而母核A的放射性活度： A2 > A1 (3) 子核B的数目在平衡和非平衡时的关系式：