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核技术与核技术与 核医学核医学陈英茂解放军总医院核医学科20062006年年1010月月2121日日中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院什么是核医学？什么是核医学？核医学的定义：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。术来诊断、治疗及研究疾病。核医学涉及的学科：核医学涉及的学科：核物理、核电子、核探测、计算机控核物理、核电子、核探测、计算机控制及图像处理、数学、放射化学、医制及图像处理、数学、放射化学、医学的各科等学的各科等中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院基因突变基因突变表达失控表达失控代谢异常代谢异常功能失调功能失调结构改变结构改变症状体征症状体征 Disease is not a THING,but a PROCESS现代医学认现代医学认为：疾病的为：疾病的发生起源于发生起源于 基因改变基因改变表达物改变表达物改变代谢改变代谢改变形态改变形态改变中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院现代医学影像技术现代医学影像技术名称名称成像参数成像参数性质性质X线线CT衰减系数、衰减系数、CT值值解剖结构解剖结构B超超超声波反射超声波反射解剖结构解剖结构MRI质子密度、质子密度、T1、T2、解剖、功能解剖、功能化学位移化学位移SPECT放射性浓度放射性浓度代谢功能代谢功能PET放射性浓度放射性浓度代谢功能代谢功能PET/CT放射性浓度放射性浓度代谢功能代谢功能衰减系数、衰减系数、CT值值 和解剖和解剖SPECT、PETECT(emission computed tomography)中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学内容核医学内容中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学发展的两大支柱核医学发展的两大支柱放射性药物放射性药物-诊断、治疗诊断、治疗关键点是特异性关键点是特异性其次是稳定性其次是稳定性如：如：11C-胸腺嘧啶胸腺嘧啶-DNA合成金标准，不稳定；合成金标准，不稳定；18F-FLT 氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于氟标胸腺嘧啶。稳定，但由于3端端的置换，其磷酸化后不能进一步参与的置换，其磷酸化后不能进一步参与DNA合成，合成，又不能通过细胞膜返回，被局限在细胞内。又不能通过细胞膜返回，被局限在细胞内。核探测技术核探测技术-影像定位、定量影像定位、定量中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学诊断核医学诊断核医学的右手核医学的右手中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学诊断核医学诊断-示踪原理示踪原理示踪剂：示踪剂：参与体内某一生理代谢过程的物质参与体内某一生理代谢过程的物质+发射可发射可探测射线的核素探测射线的核素=形成示踪剂形成示踪剂。例如：脱氧葡萄糖例如：脱氧葡萄糖DG +发射正电子的发射正电子的18F =18F-FDG 代谢过程：代谢过程：静脉注入后，通过毛细血管壁进入组织。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。剂浓度是不断地变化的。探测：探测：在示踪剂注入体内后的在示踪剂注入体内后的 整个过程中，都可使用整个过程中，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。过程与分布图像。中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学显像原理核医学显像原理利用放射性药物利用放射性药物 用用放射性核素放射性核素标记的示踪剂标记的示踪剂引入体内引入体内参加特定生物活动参加特定生物活动 被特定的被特定的组织摄取组织摄取定位，定性定位，定性,定量反映体内代谢情况定量反映体内代谢情况探测显像探测显像 显像设备显像设备,显像条件显像条件,操作程序操作程序活体活体,分子水平分子水平 活体内活体内示踪剂示踪剂分子行为分子行为中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学显像设备核医学显像设备核医学显像设备探测核医学显像设备探测 射线射线 相机相机 (scintillation gamma camera)scintillation gamma camera)1958 1958年年H.AngerH.Anger发明，发明，AngerAnger相机相机SPECT(single photo emission computed SPECT(single photo emission computed tomography)tomography)2020世纪世纪8080年代，单光子发射断层扫描仪年代，单光子发射断层扫描仪PET(positron emission tomography)PET(positron emission tomography)2020世纪世纪9090年代，正电子发射断层扫描仪年代，正电子发射断层扫描仪PET/CTPET/CT 2121世纪，功能图像和解剖图像有机融合世纪，功能图像和解剖图像有机融合中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院相机相机中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院相机构成相机构成中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院探测原理探测原理 射线入射到射线入射到晶体上，使晶体原子激发。晶体上，使晶体原子激发。退激回到基态，发射荧光退激回到基态，发射荧光。一个一个一个一个 光子产生多个荧光光子。光子产生多个荧光光子。光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为电光电倍增管接受这些荧光，并将之转换为电信号。信号。经过定位电路确定出入射经过定位电路确定出入射 光子的位置光子的位置放大、甄别后，记录一个计数。放大、甄别后，记录一个计数。中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院准直器、闪烁晶体、光准直器、闪烁晶体、光电倍增管的作用电倍增管的作用中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院脉冲幅度分析器脉冲幅度分析器pulse height analyzer(PHA)经放大的电脉冲幅度经放大的电脉冲幅度入射入射射线能量射线能量只选择一定能量范围，剔除散射、噪声只选择一定能量范围，剔除散射、噪声 甄别甄别 例如，例如，99mTc,能窗能窗135 145keV单道脉冲分析器单道脉冲分析器-单能窗单能窗多道脉冲分析器多道脉冲分析器-多能窗多能窗中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院信号记录信号记录核医学影像核医学影像记录的是坐记录的是坐标和光子数标和光子数和和X 照像有照像有何不同？何不同？缺点？死时缺点？死时间间中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院SPECT-single photo emission computedsingle photo emission computedsingle photo emission computedsingle photo emission computed tomography tomography tomography tomography相机相机-发射发射，平面图像（透射，平面图像（透射X平片）平片）SPECT-发射发射，断层图像（透射，断层图像（透射CT）相机探头绕人体旋转相机探头绕人体旋转获得各个方向的投影（平面）像获得各个方向的投影（平面）像图像重建图像重建-滤波反投影、迭代滤波反投影、迭代获得断层图像获得断层图像图像重建算法图像重建算法-使图像更接近真实使图像更接近真实一直是核医学中的一个重点研究方向。一直是核医学中的一个重点研究方向。中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院图像重建图像重建-迭代算法迭代算法中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院图像重建图像重建-滤波反投影法滤波反投影法理论依据理论依据二二维维傅傅立立叶叶分片定理分片定理：任任 意意 函函 数数f(x,y)沿沿任任意意方方向向平平行行投投影影，得得到到与与该该方方向向垂垂直直的的一一维维投投影影函函数数。此此投投影影函函数数的的傅傅立立叶叶变变换换，就就等等于于f(x,y)的的二二维维傅傅立立叶叶空空间间平平面面上上过过原原点点的的一一条条线线，并并且且这这条条线线与与一一维维投影函数同方向投影函数同方向 中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院SPECT中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院相机、相机、SPECT诊断项目诊断项目灌注显像灌注显像动态动态血池显像血池显像静态静态肿瘤阳性显像肿瘤阳性显像全身骨扫描全身骨扫描数十种项目，数十种放射性药物数十种项目，数十种放射性药物中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院肾肾动动态态中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院门门控控心心血血池池中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院骨骨扫扫描描中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院前哨淋前哨淋巴结巴结中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院肿肿瘤瘤阳阳性性显显像像中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET-positron emission tomography正电子核素正电子核素18F、15O、13N、11C，人体基本元人体基本元素，更能反映体内代谢素，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探测正电子湮灭辐射发出的双光子不加准直器不加准直器符合探测，探测环符合探测，探测环灵敏度、分辨率灵敏度、分辨率中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET设备设备中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院 电电子子对对湮湮灭灭中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET探测原理PETPET中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET探测器晶体环PETPET中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院符合探测原理PETPET中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院探测器信号定位PETPET中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院SPECT与PET的区别放射性核素放射性核素放射性核素放射性核素 SPECT SPECT 9999mmTcTc、131131I.PET I.PET 1515OO、1111C C、1313N N、1818F F 人体基本元素人体基本元素人体基本元素人体基本元素探测信号探测信号探测信号探测信号 SPECT:SPECT:单光子单光子单光子单光子 PET:PET:双光子双光子双光子双光子空间定位空间定位空间定位空间定位 SPECT:SPECT:准直器准直器准直器准直器 PET:PET:符合探测电路符合探测电路符合探测电路符合探测电路空间分辨率空间分辨率空间分辨率空间分辨率 SPECT:812 mm SPECT:812 mm PET:35 mm PET:35 mm灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度:PET SPECTPET SPECT扫描时间扫描时间扫描时间扫描时间:PETSPECTPETSPECT中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET/CT的发明是医学影像的发明是医学影像学的又一次革命学的又一次革命PET/CT中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET/CT中的中的PET、CTPETPET/CT的主体的主体CT的作用：的作用：为为PET提供衰减校正提供衰减校正为为PET提供解剖位置信息提供解剖位置信息提供诊断信息提供诊断信息中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院兼容型兼容型 PET/CTPET/CT中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET/CT的特点的特点CT与与PET硬件、软件同机融合硬件、软件同机融合解剖图像与功能图像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、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、高准确性高灵敏度、高特异性、高准确性CT图像兼做衰减校正图像兼做衰减校正PET、CT单独能实现的，单独能实现的，PET/CT一定能实现；一定能实现；PET/CT能实现的，能实现的，PET或或CT不一定能实现不一定能实现中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PETPET显像特点显像特点功能显像功能显像敏感性、特异性较高敏感性、特异性较高缺乏精确的解剖定位缺乏精确的解剖定位PET-CT融合示意图融合示意图CT图像图像何处何处有病有病灶？灶？PET-CT融合示意图融合示意图PET图像图像病灶病灶在何在何处？处？PET-CT融合示意图融合示意图PET-CT图像图像融合融合病灶病灶原来原来在这在这里里PET图图像像有有放放射射性性浓浓聚聚，头头颈颈部部CT、MR及及鼻鼻咽咽镜镜检检未未见见异异常常。PET-CT定定位位于于右右上上腭腭。隐匿隐匿性上性上腭癌腭癌中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET、PET/CT 的临床应用的临床应用肿瘤肿瘤学学7590心脏病心脏病学学1020神经系统神经系统1030其他其他（器官器官移植、感染、移植、感染、创伤创伤、发育发育）生理及生理及药理实验药理实验 中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET、PET/CT-在肿瘤学中的应用在肿瘤学中的应用早期发现肿瘤早期发现肿瘤鉴别肿瘤良恶性鉴别肿瘤良恶性治疗前分期治疗前分期治疗中疗效观察治疗中疗效观察改进放疗计划改进放疗计划治疗后随诊、复发、转移治疗后随诊、复发、转移评估病人生存期评估病人生存期中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET、PET/CT-在在神经系统疾病诊断中的应神经系统疾病诊断中的应用用癫痫病灶的诊断与定位；癫痫病灶的诊断与定位；痴呆：痴呆：AD、MID、PDD、认知定位认知定位中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET、PET/CT认知定位认知定位中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院PET、PET/CT-在心血管系统在心血管系统疾病诊断中疾病诊断中的应用的应用冠心病：冠心病：13N-NH3心肌存活测定：心肌存活测定：血流血流-代谢图像代谢图像 血流灌注显像（血流灌注显像（99mTc-MIBI,13NH3）代谢显像代谢显像 18F-FDG “不匹配不匹配”（有代谢，无血流）（有代谢，无血流）心肌存活心肌存活 “匹配匹配”（无代谢，无血流）（无代谢，无血流）心肌不存活心肌不存活 心肌存活心肌存活“金标准金标准”决定是否手术决定是否手术中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学治疗核医学治疗核医学的左手核医学的左手中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学治疗原理核医学治疗原理将放射性核素引入体内将放射性核素引入体内使用特异性的载体使用特异性的载体(如如RIT）放射性核素标记载体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（如定位施放放射性核素（如 125I 种子源）种子源）将放射性核素直接放到靶器官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依靠放射性核素发射的射线杀死病变细胞中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学治疗的优点核医学治疗的优点短射程的短射程的、射线射线放射性核素局限在靶器官，对正常组织放射性核素局限在靶器官，对正常组织损伤小损伤小中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学治疗的一些项目核医学治疗的一些项目甲状腺疾病：甲状腺疾病：131I骨转移瘤：骨转移瘤：89Sr、153Sm、32P肿瘤放射免疫治疗（肿瘤放射免疫治疗（RIT）：）：标记抗体标记抗体核素、核素、核素、俄歇电子及内转换电子核素核素、俄歇电子及内转换电子核素肿瘤间质核素治疗：肿瘤间质核素治疗：32P肿瘤介入治疗肿瘤介入治疗皮肤病敷贴治疗皮肤病敷贴治疗粒子植入治疗：粒子植入治疗：125I中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核医学中最需要解决的核医学中最需要解决的-两个问题两个问题图像部分容积效应校正图像部分容积效应校正体内核素治疗的吸收剂量体内核素治疗的吸收剂量测量或估算测量或估算中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院部分容积效应部分容积效应partial volume effect,PEV根源：有限的分辨率，点源根源：有限的分辨率，点源 球像球像结果：病灶失真，定量误差，小病灶被噪声淹没结果：病灶失真，定量误差，小病灶被噪声淹没中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院部分容积效应的校正部分容积效应的校正目前还没有适合临床使用的校正部目前还没有适合临床使用的校正部分容积效应的方法分容积效应的方法期待在座的各位专家期待在座的各位专家中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院核素治疗中的难题核素治疗中的难题现状：现状：“拳头拳头”治疗项目少治疗项目少原因：吸收原因：吸收剂量分布的不可知剂量分布的不可知中国人民解放军总医院中国人民解放军总医院吸收剂量计算吸收剂量计算并不缺少算法并不缺少算法MIRD方法方法蒙特卡罗法蒙特卡罗法剂量点核函数卷积法剂量点核函数卷积法缺少的是前提条件缺少的是前提条件：体内核素空间分布及时间变化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