核医学

**章 总论 **节核医学定义及内容 核医学（nuclear medicine）是研究核技术在医学诊断、治疗和科学研究中的应用及其理论的学科，它是一门边缘学科。 随着医学事业和核技术的迅速发展，特别是电子计算机技术、核电子学、核药学、细胞杂交瘤技术、分子生物学和加速器微型化等现代科学技术的迅速发展和渗透，核医学成为一门涉及面广，整体性较强的综合性学科。它通常分为基础核医学（basic nuclear medicine）和临床核医学（clinical nuclear medicine）两大部分（图1-1）。 图1-1核医学的分类 临床核医学的内容包括疾病诊断和治疗两大方面。诊断核医学又可根据是否将放射性药物引入体内分为体外诊断核医学和体内诊断核医学。后者在检查过程中通过成像的方法来诊断疾病的称为放射性核素显像（radionuclide imaging），区别于非影像的功能检查法。因此，临床核医学包含体外分析、功能测定、核素成像和核素治疗四大范畴。 体外诊断核医学以标记免疫分析为代表，其本质是放射配体结合分析，是以竞争性抑制为基础的，可用于体外测定血液、尿液及其他体液中的微量激素、药物、肿瘤标志物含量，具有灵敏度高、特异性强等特点。目前，在临床上广泛用于内分泌、肿瘤疾病的诊断和药物浓度检测。 核素功能测定是放射性核素体内诊断法的一种，其基本原理是放射性核素示踪法。放性核素示踪剂被引入体内后，在体内某些特定器官的摄取，浓聚、分布、排泄过程可通过放射性探测器探测并加以记录，以时间-放射性曲线或百分比的形式反映这些器官的功能状态。临床上常用来进行甲状腺功能测定、肾功能测定等。功能测定和放射性核素显像多数使用发射r射线的放射性药物。 放射性核素显像是临床核医学*重要、*丰富的内容，它的原理是特定器官或组织选择性地摄取、浓集某种放射性药物，于是该器官或组织成为“放射源”，它所发射的射线被放射性成像仪器所探测并形成核医学影像。由于这些器官或组织选择性摄取、浓集放射性药物的过程与其功能、代谢和血流状况直接相关，所以核医学影像除了提供解剖图像外，更特异的是能提供生理、代谢的影像，因而有“功能影像”之称。 核素治疗通过放射性核素发射的射线，在病灶局部产生电离生物效应，从而破坏或抑制病变组织，这是一种内照射治疗。进行内照射治疗的前提是放射性药物必须选择性地高度浓聚在病变部位，且多数选择射程很短的β或α粒子。甲状腺功能亢进、甲状腺癌转移灶等都可用放射性核素治疗。 学习临床核医学，可以从以下几个方面着手： 1.掌握基础 （1）复习掌握核物理的有关基础知识，如了解核的不稳定性、衰变规律和射线种类及其特性，掌握核素、半衰期、放射性活度等概念。 （2）了解核医学成像仪器和探测仪器。 （3）了解放射性药物的特点并熟悉有关放射性药物。 2.善于学习 （1）首先弄清原理和方法，了解其特点。 （2）掌握正常的影像特征，并了解异常变化。 （3）结合生理、生化、病理及解剖知识解释所观察到的变化。 （4）掌握有关的临床适应证。 3.勤于比较学会与CT、MRI、B超等影像学资料比较，理解各种影像方法的长处和不足，善于取长补短，综合应用。 希望通过学习临床核医学，使医学生在以后的临床实践中记得核医学可以诊断和治疗什么疾病，什么时候应该选用核医学方法，是否首选。也希望医学生通过对临床核医学的学习，能理解边缘学科是如何形成的、具有哪些特点，扩展思路，利于今后在科研、医学实践中学会如何借鉴其他新的科学技术来促进医学研究和实践的发展。 （陈绍亮） 思考题 1.核医学是研究什么的，它的特点是什么？ 2.临床核医学包含哪四大范畴？ 3.临床核医学与哪些基础知识相关？ 第二节核医学诊断和治疗原理 一、核医学诊断和治疗基本原理 核医学显像、器官功能测定、放射性核素治疗和体外分析法都属于广义的分子生物学示踪技术。放射性核素示踪技术是核技术*突出的优势之一。 核医学诊断和治疗是选择在体内能选择性、特异分布在特定脏器、组织或病变部位的化合物，用放射性核素原子连接在这种特定的化合物分子上，形成标记化合物，也被称为显像剂或示踪剂。这种示踪剂引人生物机体后，就能特异分布在特定脏器、组织或病变部位，使其与邻近组织之间的分布形成一定程度浓度差，而示踪剂中的放射性核素可发射出具有一定穿透力的r射线，利用放射性测量仪器可在体外被探测、记录到这种放射性浓度差，在体外显示出脏器、组织或病变部位的形态、位置、大小以及脏器功能变化。在短时间内还可自动连续成像，或在一定时间内多次显像，可以获得特定脏器、组织的系列图像，通过计算机处理可计算出特定区域的时间-放射性曲线及相应的参数等，从而可对其进行定量分析，并将定位和定性诊断与定量分析有机地结合起来。 放射性核素显像是建立在脏器组织和细胞对示踪剂代谢或特异性结合的基础之上，不同于X线及CT等其他以解剖学改变为基础的影像学技术，核医学影像是反映该脏器或组织特定功能和代谢等特点。 总的来说，显像剂可根据自己的代谢特点和生物学特性，能特异地分布于体内特定的器官或病变组织，并参与体内的代谢，标记在放射性药物分子上的放射性核素由于放出的射线能在体外被探测，因而核医学显像主要显示器官及病变组织代谢、功能，由于放射性药物也能选择性地分布于某一脏器、组织，因而核医学显像一定程度上也能显示脏器、组织的解剖。 核技术在医学上的应用，使人们的认识由细胞水平进一步发展到分子水平。正如显微镜的出现使人类**次看到了细胞，对生命组织的认识由宏观世界进人微观世界一样，通过放射性核素示踪法，可以在正常生理情况下，从分子水平动态地研究机体内各种物质的代谢变化，揭示体内及细胞内代谢的过程。 放射性核素治疗也是核医学的重要组成部分。利用在机体内能高度选择性地靶向分布在病变组织内的放射性药物，在体内杀伤病变细胞，达到治疗疾病的目的。治疗用放射性药物一般选用放出射线射程短，对生物组织的局部损伤作用强的放射性核素进行标记，目前常用的射线是β-射线、俄歇电子，处于研究中有潜在优势的有α射线等。放射性核素治疗由于能在体内得到高的靶/非靶比值，对病变组织有强的杀伤作用而全身正常组织受的辐射损伤小，有较高的实用价值。 二、选择性聚集原理的分类 示踪剂在特定的脏器、组织或病变中选择性聚集的原理可分为以下几种类型： （一）合成代谢 脏器和组织的正常合成或代谢功能需要某种元素或化合物，当该元素的放射性核素单质或放射性核素标记的化合物引人体内，可被特定的脏器和组织选择性摄取。如甲状腺对碘元素具有选择性摄取功能用以合成甲状腺激素，当放射性131I引人体内，根据甲状腺内131I分布的影像可判断甲状腺的位置、形态、大小和甲状腺结节的功能状态。 （二）细胞吞噬作用 单核-巨噬细胞具有吞噬异物的功能，放射性胶体颗粒（如99mTc-硫胶体）引人体内后，将作为机体的异物被单核-吞噬细胞系统所吞噬，常用于含单核-吞噬细胞丰富的组织如肝、脾和骨髓的显像。白细胞也具有吞噬胶体颗粒的功能，在体外进行放射性标记后注人血流，被标记的白细胞可聚集于脓肿或血栓部位，经体外探测获取图像可做深部脓肿和血栓的定位诊断。 （三）循环通路 某些显像剂进人消化道、血管等生理通道时既不被吸收也不会渗出，经动态显像可获得显像剂流经该通道及有关脏器的影像。例如，99mTc-DTPA不被胃黏膜吸收，用其标记的食物摄人胃后，胃的蠕动有规律地将其从胃内排人肠道中，动态显像可记录在胃的影像和胃区放射性下降的情况，并计算出胃排空时间，以反映胃的运动功能（胃排空显像），当静脉“弹丸”式快速地注人放射性药物后，它顺序地通过腔静脉、右心房、右心室、肺血管床、左心房、左心室、升主动脉、主动脉弓而达到降主动脉，这样可以判断出心脏及大血管的畸形等先天性心血管疾病及某些获得性心脏疾患。 （四）选择性排泄 肾脏和肝脏对某些化合物具有选择性摄取并排泄的功能，核医学显像可显示脏器的形态，观察其分泌、排泄功能状态以及排泄通道的通畅情况等。 （五）通透弥散 进人人体内的某些显像剂借助简单的通透弥散作用可使脏器和组织显像。例如，静脉注人放射性133Xe生理盐水后，放射性惰性气体133Xe流经肺组织时从血液中弥散至肺泡内，可同时进行肺灌注和肺通气显影。 （六）离子交换和化学吸附 骨组织由无机盐、有机物及水组成，构成无机盐的主要成分是羟基磷灰石[Ca10（PO4）6（OH）2]晶体，约占成人骨干重的三分之二Tc标记的膦酸盐类化合物主要吸附于骨的无机物中，少量与有机物结合，可使骨骼清晰显像。 （七）特异性结合 某些显像剂具有与病变组织中特定的分子结构特异性结合的特点，可使病灶显影，实现特异性的定位和定性诊断。例如，利用放射性核素标记某些受体的配体作显像剂，引人机体后能与相应的受体特异性结合，可以了解受体的分布部位、数量（密度）和功能等，称为放射受体显像（radioreceptor imaging）。 又如，99mTc-焦磷酸盐（99mTc-PYP）可渗人或结合于急性梗死的心肌组织中而不被正常心肌所摄取，据it k可进行急性心肌梗死的定位诊断;利用某些亲肿瘤的显像齐U与恶性肿瘤 细胞有较高的亲和力，可进行恶性肿瘤的定位、定性诊断。 第三节核医学的发展与展望 核医学发展可以追溯到1895年Wilhelm Roentgen发现X射线，1898年Maric Curie 和她的丈夫成功地提取了放射性（polonium）和镭（radium），但这些天然的放射性核素由 于半衰期较长或质量数较大或射线不适合显像等而不能用于人体内。直到1934年Joliet 和Curie研制成功用人工方法生产放射性核素，才真正揭开了放射性核素临床应用的序幕。 能获得人工放射性核素后的10年间是核医学发展的初级阶段。成就主要有:①锝元素和放射性核素21的发现，1937年找到了 43号元素锝（technetium），这就是至今仍广泛用于核医学显像的放射性核素。1938年发现了放射性核素1311。②开始放射性核素治疗，1938年开始用32P治疗白血病，1941年开始用1311治疗甲状腺功能亢进（hyperthyroidism），1946年开始用1311治疗甲状腺癌，沿用至今。③在诊断方面，1938年开始用1281（半衰期21.99分钟，衰变）测定甲状腺的吸碘功能。这一阶段的发展奠定了核医学学科发展方向。 现代核医学从仪器发展、放射性药物的研制开发、技术方法的进步等几方面得到了快速发展。 在仪器发展方面，1949年发明了**台闪烁扫描机，揭开了核医学显像诊断的序幕。Hal Angel在1950年研制了井型晶体闪烁计数器，用于体外放射性样品测量。1957年研制了10.16cm碘化钠晶体和针孔准直器的7-照相机，可以一次性成像。1964年世界上便有了商品7-照相机供应，开创了核医学显像的新纪元。国内也于80年代开始了7-照相机的生产。 放射性核素发射式计算机断层显像（emission computed tomography， ECT）与X射线 透射式计算机断层显像（transmission computed tomography，TCT）几乎是同时问世的。1963年David Kuhl报道了 TCT显像，紧接着Kuhl和Edwards研制了**台单光子发射式计算机断层显像（single photon emission computed tomography， SPECT）。断层显像可以克服平