核医学物理简介
核医学复习重点总结
第一章总论核医学定义：是一门研究核素和核射线在医学中的应用及其理论的学科。
主要任务是用核技术进行诊断、治疗和疾病研究。
核医学三要素：研究对象放射性药物核医学设备一、核物理基础（一）基本概念：元素---凡质子数相同的一类原子称为一种元素核素---质子数、中子数、质量数及核能态均相同的原子称为一种核素。
放射性核素----能自发地发生核内结构或能级变化，同时从核内放出某种射线而转变为另一种核素，这种核素称为放射性核素。
（具有放射性和放出射线）稳定性核素----能够稳定地存在，不会自发地发生核内结构或能级的变化。
不具有放射性的核素称为稳定性核素。
（无放射性）同位素----具有相同的原子序数（质子数相同），但质量数（中子数）不同的核素互为同位素。
同质异能素----- 核内质子数、中子数相同，但处在不同核能态的一类核素互为同质异能素。
（质量数相同，能量不同，如99mTc和99Tc）（二）核衰变类型四种类型五种形式α衰变释放出α粒子的衰变过程，并伴有能量释放。
β衰变放射出β粒子或俘获轨道电子的衰变。
β衰变后，原子序数可增加或减少1，质量数不变。
•β－衰变•β＋衰变•电子俘获（EC）γ衰变核素由激发态或高能态向基态或低能态跃迁时，放射出γ射线的衰变过程γ衰变后子核的质量数和原子序数均不变，只是核素的能态发生改变。
放射性核素的原子核不稳定，随时间发生衰变，衰变是按指数规律发生的。
随时间延长，放射性核素的原子核数呈指数规律递减。
N=N0e-λtN0：t＝0时原子核数N：t时间后原子核数e：自然对数的底(e≈2.718）λ：衰变常数（λ=0.693/T1/2）物理半衰期（T1/2）生物半衰期（Tb）有效半衰期（Te）1/Te=1/T1/2+1/ Tb放射性活度描述放射性核素衰变强度的物理量。
用单位时间内核衰变数表示，国际制单位：贝可（Becquerel，Bq）定义为每秒1次衰变(s-1），旧制单位：居里（Ci）、毫居里（mCi）、微居里（μCi）换算关系：1Ci=3.7×1010Bq比活度单位质量物质内所含的放射性活度。
最新核医学 总论(物理、仪器、药物、防护)-药学医学精品资料
我国临床核医学现状
1956年创建，培训师资。
60年代普及推广。 70年代缓步提高，1977年核医学必修课。 80年代加速发展。仪器，药物的引进和研制
及广泛应用。
天津医科大学第二医院核医学教研 室
医用核物理基础
原子结构：
+
K L M N O
2n2 质子 Proton (Z)
原子核
自然界中有109种元素：93种天然，16种人工合成。
核素有2000余种，分为稳定核素和放射性核素。
稳定核素：能够稳定的存在，不会自发地变化。
274种，属于81种元素。
放射性核素：不稳定，能自发地放出射线而转变为
另一种核素。分为天然和人工合成。
原子序数在82以下的天然放射性核素较少，原子序 数大于大于83的元素均为放射性核素。人工放射性 核素可由核反应堆、加速器和放射性核素发生器等 生产制成。
临床核医学发展史
序幕（1895～1934年）1895年 M.H.
Roentgen发现X-射线, 1896年Henri Becquerl 发 现放射性, 1898年居里(Curie)夫妇成功提取钋(Po) 和镭(Ra), 1934年人工方法获得放射性30P。
初创阶段（1935
～1945年） 初具规模阶段（1945 ～1960年）1946年核
实验核医学的概念
研究：生命现象的本质和物质代谢的变
化，并侧重实验技术的方法学探讨和在 基础医学、生物医学一些学科中的应用 研究。 包括：核测量技术；标记技术、示踪技 术、体外放射分析技术核活化分析技术 等。
临床核医学是研究核素及核射线在临床诊断和治 疗中的应用技术及其理论，是一门利用开放型放 射性核素诊断和治疗疾病的学科。 临床核医学
【可编辑全文】核医学PPT课件-核医学绪论及物理基础
略
*
Becquerel
1896年法国物理学家 Becquerel发现了铀的放射性，第一次认识到放射现象。他在研究铀盐时，发现铀能使附近黑纸包裹的感光胶片感光，由此断定铀能不断地发射某种看不见的，穿透力强的射线。 1903年与Curie夫人共获Nobel物理学奖。
History look back
History look back
略
*
实验核医学之父
美国化学家 Hevesy，最早将同位素示踪技术用于植物的研究、人体全身含水量等生理学研究，并发明了中子活化分析技术。 于1943年获得了Nobel奖金。并被称为The father of experimental nuclear medicine。
放射性活度 分布的外部测量
以图像形式显示 （功能性显像）
半衰期短
核素数量少
灵敏度高
*
显像原理 放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化学及生物学特性有其一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中的主要机制有： ① 合成代谢：131碘甲状腺显像 ② 细胞吞噬：肝胶体显像 ③循环通路：99mTc-DTPA脑脊液间隙显像 ④选择性浓聚：99mTc-焦磷酸盐心肌梗死组织显像 ⑤选择性排泄： 99mTc-DTPA肾动态显像 ⑥通透弥散：脑血流灌注显像 ⑦离子交换和化学吸附：骨显像 ⑧特异性结合：放射免疫显像及反义显像
*
反应堆 裂变产物、分离纯化 133Xe、131I等 （生产丰中子放射性核素，多伴有β衰变，不利于制备诊断用放射性核素）
*
加速器 15O、18F等 （生产短寿命的乏中子放射性核素）
*
发生器（“母牛”） “从长半衰期核素的衰变产物中得到短半衰期核素的装置” 99mMo-99mTc（钼-锝） 113Sn-113In（锡-铟）
核医学第1章 核医学物理基础
核医学第1章：核医学物理基础1.1 核能的基本概念核能是指核物质中原子核所具有的能量。
根据爱因斯坦的质量能等价原理，原子核的质量与能量可以相互转化。
因此，核能也可以理解为原子核质量的变化所产生的能量。
1.2 放射性与放射线放射性是指原子核发生变化而自发地释放出射线（如α、β、γ等）的现象。
放射性物质可以通过衰变到达稳定状态，其半衰期长短不同。
放射线是指放射性核子发生衰变后放出的电磁波和次级粒子。
1.3 α、β、γ射线的特性α射线的质量比较大，能量相对较低，电离能力强，但穿透力较弱，只能被轻质材料遮蔽。
β射线的穿透力较强，电离能力比α弱，可以被金属遮蔽。
γ射线的能量远高于α、β射线，穿透力强，电离能力弱，需要厚密的屏蔽材料。
1.4 核衰变的本质核衰变是指放射性物质中原子核发生自发的转化，通过放出α、β、γ射线等辐射释放能量，从而达到稳定状态的过程。
核衰变与放射性同义，是放射性物质的特征之一。
1.5 核反应的基本概念核反应是指核子相互作用，经过核转化而形成新的原子核的过程。
通常用粒子表示法或核反应方程式来描述核反应。
在核反应中，可能伴随着放出射线或吸收射线，释放出能量。
1.6 核反应堆的基本原理核反应堆是利用核裂变或核聚变反应产生的热能转化成电能的装置。
核反应堆的核心是燃料区，通过控制反应堆中的裂变或聚变过程，可以控制反应堆的输出功率和运行状态。
1.7 核医学应用的主要方法核医学应用是指利用放射性核素的特殊性质，通过各种技术手段进行检测、治疗或研究生命过程的方法。
常用的核医学方法有放射性同位素扫描、放射性同位素治疗、放射性同位素标记技术等。
1.8 核医学的危害与防护核医学应用中，放射性物质有一定的辐射危害，如果安全操作不当可能会对人体造成伤害。
因此，核医学应用过程中需要加强防护措施，包括使用防护材料、佩戴防护设备、掌握操作技能等，以最大程度保障操作人员和患者的安全。
1.9以上为核医学第1章：核医学物理基础的相关内容，通过本章的学习可以初步了解核能、放射性、核衰变、核反应堆、核医学应用等方面的知识。
核医学 名解
核医学：核医学是利用核素及其标记化合物用于诊断和治疗疾病的临床医学学科，包括诊断核医学和治疗核医学。
核素：指质子数，中子数均相同，且原子核处于相同能级状态的原子。
半衰期：指放射性核素的数量因衰变减少一半所需要的时间，又称物理半衰期。
（T1/2=0.693/λ）湮灭辐射：β+衰变产生的正电子具有一定的动能，能在介质中运行一定的距离，当其能量耗尽时可与物质中的自由电子相结合，转化为两个方向相反，能量各为0.511MeV的γ光子消失，这叫湮灭辐射，是符合正电子显像的基础。
晶体（闪烁体）：用于放射性测量的闪烁晶体是在放射线或原子核粒子作⽤下发生闪烁现象的晶体材料，其作用是将射线的辑射能转变为光能，因此又被称为闪烁体。
光电倍倍增管（PMT）：是基于光电效应和二次电子发射效应的真空电子器件，其作用是将微弱的光信号转换成可测量的电信号，因此它也是一种光电转换放大器件。
符合探测：利用湮灭辐射的特点和两个相对探测器输出脉冲的符合来确定闪烁事件位置的方法称为电子准直，这种探测方式则称为符合探测。
甲功仪：主要用于甲状腺功能的测定和诊断，它是以甲状腺组织对放射性碘摄取率来衡量甲状腺的功能故而又称为甲状腺吸碘率测定仪。
动态显像：是显像剂引⼊体内后迅速以设定的显像速度采集脏器的多帧连续影像。
静态显像：是指当显像剂在脏器内或病变处的浓度处于稳定状态时进行的显像。
阳性显像：指显像剂主要被病变组织摄取，而正常组织⼀般不摄取或摄取很少，在静态影像上病灶组织的放射性比正常组织高而呈“热区”改变。
如心肌梗死灶显像等。
阴性显像：指显像剂主要被有功能的正常组织摄取，而病变组织基本上不摄取，在静态影像上表现为正常组织器官的形态，病变部位呈放射性分布稀疏或缺损。
如心肌灌注显像，甲状腺显像等。
负荷显像：是受检者在药物或生理性活动干预下所进行的显像。
有利于发现在静息显像下不易观察到的病变从而提高显像诊断的灵敏度。
正电子显像：是用于探测正电⼦的显像仪器通过显像剂中放射性核素发射的正电子进行的显像技术，称为正电子显像。
核医学知识点汇总
核医学知识点总结绪论+第一章核物理知识1、湮灭辐射:18F、11C、13N、15O等正电子核素在衰变过程中发射（产生）正电子，正电子与原子核周围的轨道电子（负电子）发生结合，同时释放两个能量相等方向相反的γ光子(511kev)，这种现象就叫正电子湮灭辐射现象。
2、物理半衰期（T1/2）：指放射性核素数目因衰变减少到原来的一半所需的时间，如131碘的半衰期是8.04天。
3、临床核医学：是将核技术应用于临床领域的学科，是用利用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科。
4、核素：指具有特定的质子数、中子数及特定能态的一类原子。
5、放射性衰变的定义：放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发的释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程。
6、放射性活度：表示单位时间内原子核的衰变数量：单位为Ci（居里），1Ci=3.7x1010Bq7、放射性核素发射器：从长半衰期的母体分离短半衰期的子体的装置，又称为“母牛”。
8、个人剂量监测仪：是从事放射性工作人员用来测量个人接受外照射剂量的仪器，射线探测器部分体积较小，可佩戴在身体的适当部位。
9、放射性核素示踪原理：是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测仪器来检测其行踪，借此研究示踪剂在生物体内的分布代谢及其变化规律的技术。
10、阳性显像（positive imaging）是以病灶对显像剂摄取增高为异常的显像方法。
由于病灶放射性高于正常脏器、组织，故又称“热区”显像（hot spot imaging）如放射免疫显像、急性心肌梗死灶显像、肝血管瘤血池显像等。
11阴性显像（negative imaging）是以病灶对显像剂摄取减低为异常的显像方法。
正常的脏器、组织因摄取显像剂而显影，其中的病变组织因失去正常功能不能摄取显像剂或摄取减少而呈现放射性缺损或减低，故又称“冷区”显像（cold spot imaging）12放射性药物：含有放射性核素，用于临床诊断或治疗的药物。
核物理基础
Ｘ射线 俄歇电子 内转换电子
发生于原子序数>82
的核素
特 征
粒子质量大，带电 核
射程短、穿透力弱， 不适合显像
穿透 力弱
发生于贫中 子核素
射程仅 1~2mm
发生于贫 中子核素
射程短、能量单一，对 治疗，
局部的电离作用强，引 如32P-
入体内后，对其局部的 真性红
应用：显像、体外分析和核素治疗。
γ
P+e- n
特征X线 Auger 电子
3）γ衰变与内转换
γ衰变是伴随其它衰变而产生； 核素由激发态向基态或高能态向低能态
跃迁时放出γ射线的过程也称为γ跃迁 (γtransition) ； γ衰变后子核质量数 和原子序数均不变，9mTc
2.核素（nuclide） ：具有特定质量数、原子
序数与核能态的一类原子。
3. 同位素（isotope） ：具有相同原子序数，
而质量数不同的核素。
4.同质异能素(isomer) ：有相同质量数和
原子序数，处于不同核能态的一类核素。
5. 稳定核素（stable nuclide)
引力
二、基本概念
1.原子核（nucleus）结构 2.核素（nuclide） 3.同位素（isotope） 4.同质异能素(isomer) 5.稳定核素（stable nuclide) 6.放射性核素 (radionuclide) 7.放射性衰变（radiation decay） 8.半衰期,T1/2 (half-life) 9.放射性活度A （radioactivity） 10.母牛
核子（质子和中子统称为核子）之间
静电排斥力
质子之间
原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有 关。
核医学绪论及核物理基础
α、β、γ三种射线在不同介质中的 穿行
核衰变规律
衰变常数与衰变公式
Nt=N0e-λt
半衰期
λ=0.693/T1/2
物理半衰期 （T 1/2） 生物半衰期 （T b) 有效半衰期 (T e) 放射性活度 单位：贝可（B q ) 居里（C i） 换算关系 1Ci=3.7*1010Bq 比放射性活度、放射性浓度
博士后 流动站
PET 40 PET中心 16
γ照相机 100
硕士点 30
中国大陆
湖北省ECT医院分布
3
1
1 1 1 1
1
9
1
湖北16家医院19台SPECT
北京 房山
四川 夹江
21世纪核医学发展前景
从形态学影像----功能影像 显像及体外分析设备日臻完善 分子核医学的形成及进入分子影像时代 基因显像、诊断、治疗 更多更安全的放射性药物研制使用 体外分析技术进一步发展，更多微量生物 活性物质被检测 核素治疗朝多元化、安全化方向发展
• 放射性核素数目因物理衰变减少到原来的
一半所需的时间。 • 长者可达1010y，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
0 . 693 T1 / 2
T1/2=0.693/λ
Biological half life ( 生物半衰期, Tb)
在生物体系中，某种放射性核素或其化
Becquerel
History look back
• 1896年法国物理学家
•
Becquerel发现了铀的放 射性，第一次认识到放射 现象。他在研究铀盐时， 发现铀能使附近黑纸包裹 的感光胶片感光，由此断 定铀能不断地发射某种看 不见的，穿透力强的射线。 1903年与Curie夫人共获 Nobel物理学奖。
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二、β衰变
173N(9.96min)
β+( 100 %)
1 . 24 MeV
1212Na(2.60a)
β+( 90 %)
0 . 545 MeV
1.275MeV
13 6
C
(
a
)
13 7
N
22 10
Ne
(
b
)
22 11
Na
第一节 原子核的基本性质
第一节定性
一、核素及分类
1. 核素 将具有确定数目的中子和质子状态的原子核称为核素
(nuclide)
A Z
X
10 B 10 Be 是两种不同的核素，它们的A相同，但Z不同
7 Be 9 Be 是两种独立的核素，它们的Z相同，但N不同
一、α衰变
用A Z
X
代表母核，AZ－－42Y 代表子核，则α衰变反应式为
A Z
X
Y A 4
Z 2
4 2
He
Q
式中Q是衰变时所放出的能量，称为衰变能。
实验表明，发生α衰变的核素中，少数几种核素能 够放射出单能的α粒子，大多数核素将放射出几种不同 能量的α粒子，使子核处于激发态或基态。α射线的能 谱是不连续的线状谱，常伴有γ射线。
一、α衰变
核衰变过程可以用衰变能级图，镭
226 88
Ra
放出α粒子变
成氡222 86
Rn
，其过程为
226 88
Ra(1600a)
2 (5.4%) 4.598MeV
1(94.6%) 4.784MeV
0.32109s
0.188MeV
222 86
Rn(3.82d)
镭的α衰变
226 88
Ra
222 86
Rn
(
a
)
32 15
p
60 28
Ni
(
b
)
60 27
Co
32 15
P
和
60 27
Co
的β﹣衰变
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是带1个单位正电荷且静止质量与电子相等的粒子。
这种衰变只有在人工放射性核素才能发生。
β+衰变实际上是核内质子数偏多而中子数偏少，母核中
的一个质子（
1 1
p
）同时发出一个正电子和中微子转变为一个
13 7
N
和 22 11
Na
的β+衰变图
二、β衰变
3.电子俘获EC 发生β衰变的原子核俘获一个核外电子，同时放出
一个中微子，使核内一个质子转变为中子的衰变过程 称为电子俘获(electron capture, EC)。
β衰变时母核俘获一个K层电子称K俘获。有L俘获和 M俘获。K层最靠近原子核，K俘获的发生概率最大。
（1）同位素(isotope)
1 1
H
2 1
H
3 1
H
O 16 8
O
17 8
18 8
O
（2）同量异位素(isobar)
99.756%, 0.039%,0.205%
40 18
A
r
40 20
Ca
（3）同质异能素(isomer) 994m3Tc 9493Tc
二、原子核的稳定性
放射性核素(radionuclide):会自发的衰变，放出一些射线. 影响原子核稳定的因素
4 2
H
e
Q
二、β衰变
原子核内释放出电子或正电子的衰变过程统称 为β衰变过程。
子核与母核是相邻的同量异位素。
β衰变的三种形式
β﹣衰变
β+衰变
β衰变
电子俘获EC
二、β衰变
1．β-衰变 其一般过程为
A Z
X
Z A1Y
0 1
e
νe
Q
式中，ν e 是反中微子，它不带电，其静止质量基本
为零。子核与母核是相邻的同量异位素。
反中微子与其他粒子的相互作用极其微弱，它沿地球 直径穿过能量几乎没有损失。
二、β衰变
1．β﹣衰变
1352p(14.26d)
(100 %) 1 .71 MeV
2670Co(5.26a)
2
(0
.2
%)
1.48 MeV
1 (99.8%) 0.31MeV
1 1.17MeV
2 1.33MeV
S32
16
二、β衰变
3.电子俘获 其过程为
0 1
e
A Z
X
Y A
Z -1
νe
Q
一个内层电子被原子俘获后，原子核的外层电子会 立即将这一空位填充这个能量以标识X射线的形式放出； 或者使另一外层电子电离，成为自由电子，这种被电离出 的电子称为俄歇电子(Auger electron)。
二、β衰变
3.电子俘获 右图放射性核素 发生β衰变或电 子俘获后，母核 和子核的质量数 并未发生变化， 只是电荷数改变 了。母核与子核 属于同量异位素
第五章 核医学物理
核医学影像 (nuclear medicine imaging)是核医学诊断 中的重要技术手段。原子核物理学是它的物理学理论基 础 。研究内容
一是研究核力、核结构和核反应等基本问题； 二是研究放射性和射线。
原子核物理学 + 医学 = 核医学物理
第五章 核医学物理
第一节 原子核的基本性质 第二节 原子核衰变的类型 第三节 原子核衰变的宏观规律 第四节 原子核反应 第五节 医用放射性核素的来源
（1）中子数与质子数之间的比例关系
一般排在周期表最前面的“轻核”的质子数和中子数相等
4 2
He
28 14
Si
“重核”一般中子数多于质子数
19 7
7 9
Au
U 238
92
二、原子核的稳定性
Z
1.98
A 0.0155A
2/3
二、原子核的稳定性
（2）核子数的奇偶性 近300种稳定核素，大多数是偶偶核； 质子数和中子数各自成对时，原子核稳定
（3）重核的不稳定性 超过83号元素铋的原子核都不稳定 超过92号元素铀的原子核十分不稳定
第二节 原子核衰变的类型
第二节 原子核衰变的类型
放射性核素自发放出射线变为另一种核素的过 程称为原子核衰变，简称核衰变。
α衰变
放射性核素衰变类型
β衰变
γ衰变
核衰变过程将遵守质量、能量、动量、电荷和 核子数守恒定律。
中子（1 0
n
）的过程。
其一般过程为
A Z
X
Y A
Z -1
0 1
e
νe
Q
式中ν e 是中微子，它不带电，其静止质量基本为零。
子核和母核也是相邻的同量异位素。
二、β衰变
2．β+衰变 β+粒子是不稳定的，只能存在短暂时间，当它被物
质阻碍失去动能后，可与物质中的电子相结合而转化成 一对沿相反方向飞行的γ光子，每个γ光子的能量为 0.511MeV，正好与电子的静止质量相对应。
2565Fe(2.6a)
K EC(100%)
55 25
Mn
55 26
Fe
的电子俘获衰变图
三、 衰变
1. 衰变 原子核从激发态(excited state)回复到基态(ground state)，
以发射 光子释放过剩的能量，这一过程称为 衰变。
激发态的原子核常是在α衰变、β衰变或核反应之后形 成。