醫(yī)用放射診斷與治療設(shè)備----核醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)儀器(上)

         核醫(yī)學(xué)( nuclear medicine)，亦稱原子核醫(yī)學(xué)，是一門利用開放型放射性核素診斷和治 療疾病的學(xué)科，分類如圖5 -33所示。

         診斷核醫(yī)學(xué)按放射性核索是否引人受檢者體內(nèi)分為兩類。凡不引入體內(nèi)者稱體外檢查法或體外診斷核醫(yī)學(xué)，有代表性的是放射免疫分析。它是一項(xiàng)超微量生物活性物質(zhì)測量技術(shù)，對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展有巨大影響，其發(fā)明者之- Yalow博 士因此而榮獲1977午諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。凡要將放射性核索引人體內(nèi)者則稱為體內(nèi)檢查法或體內(nèi)滲斷核醫(yī)學(xué)，根據(jù)后是否成像又分為顯像和非顯像兩種。利用放射性棱素 實(shí)現(xiàn)臟器和病變顯像的方法稱作放射性核素顯像，這種顯像有別于單純形態(tài)結(jié)構(gòu)的顯像，是一種獨(dú)特的功能顯像，為核醫(yī)學(xué)的重要特征之一。 

         核醫(yī)學(xué)成像和核素體外分析都是建立在同位索示蹤技術(shù)基礎(chǔ)上的，同位素具有類似的 化學(xué)性質(zhì)，參與組織、器官內(nèi)的生理、生化過程，但放射性同位素都具有容易探知的放射性，這樣核醫(yī)學(xué)診斷就具有鮮明的特色。

         1．放射性核索顯像核醫(yī)學(xué)顯像是利用進(jìn)入人體內(nèi)的放射性藥物來顯示器官和病變 組織的解剖結(jié)構(gòu)和代謝、功能相結(jié)合的顯像。即是利用放射性藥物的代謝和生物學(xué)特性，能 特異地分布于體內(nèi)特定的器官或者病變組織，并且標(biāo)記在這些放射性藥物分子上的放射性 核素所釋放出的射線還能在體外被檢測到。例如，利用Y照相機(jī)、單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層裝置( SPECT)、正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層裝置(PET)等實(shí)現(xiàn)核醫(yī)學(xué)成像。

         2.器官的功能測定利用放射性藥物在人體內(nèi)能被某一器官攝取、代謝或者排出等特 性，了解其在相應(yīng)器官中的攝取的速度、存留的時(shí)間、排H的速度等，以推斷出該器官的功能狀態(tài)。例如，使用鄰碘(131l)馬尿酸進(jìn)行的腎功能測定。

         3.體外檢查法利用放射性核素標(biāo)記的示蹤劑來檢測人體樣品內(nèi)微量生物活性物質(zhì)含量的方法，能準(zhǔn)確定量檢測血、尿、組織液等標(biāo)本內(nèi)含量極微的激素、酶、神經(jīng)介質(zhì)、配體、受體、 藥物以及核酸、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)。如20世紀(jì)60年代初早用于臨床的放射免疫法。

         4．放射性核素治療利用射線的生物效應(yīng)（電離）殺傷病變組織．而正常組織及全身受 到的輻射損傷較少；使用方便；良、惡性病變均可應(yīng)用。經(jīng)濟(jì)花費(fèi)較低，療效肯定，用途廣泛，潛力較大。 體內(nèi)治療是通過放射性藥物在機(jī)體內(nèi)能夠高度選擇性地濃聚在病變組織內(nèi)，利用射線 的輻射作用殺傷病變組織細(xì)胞，從而達(dá)到治療疾病的目的，同時(shí)利用核索發(fā)射的7射線，經(jīng)艋像方法觀察放射性藥物在體內(nèi)分布和在病灶的濃聚情況。對(duì)放射性藥物的要求：剝靶組織的高度選擇性（針對(duì)性強(qiáng)）、合適的羋衰期、適當(dāng)能量的B射線治療作用、T射線的顯像作用等。體外治療是對(duì)瘢痕、血管瘤、容易出咀和潰瘍等部位，采用敷貼治療。

         5．輻射防護(hù)是針對(duì)放射線對(duì)人體的生物效應(yīng)所采取的衛(wèi)生防護(hù)措施。如個(gè)人劑量檢測儀、表面污染及場所劑量檢測儀等。 放射防護(hù)的劑量限制原則是：①實(shí)踐正常化原則：避免一切不必要的照射，對(duì)有輻射的 實(shí)踐活動(dòng)需權(quán)衡利弊，決定取舍。②防護(hù)優(yōu)化原則：選擇合適的防護(hù)，取得有利的效果?！騻€(gè)人劑世限制化原則：個(gè)人受到的劑量當(dāng)量，不得超過國家標(biāo)準(zhǔn)限制。 針對(duì)從業(yè)人員的外照射肪護(hù)三原則是：減少受照時(shí)間、延長照射距離、利用屏蔽物質(zhì)。

         一、核醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)
         （一）放射性核素 自然界中一切物質(zhì)均由各種不同的元素組成，構(gòu)成每一種元素的基本單位是陵元素的原
子，原于的中心稱原子核，核外電子在一定的軌道上繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。原子核占有原子的體積很小，但 原子的質(zhì)量幾乎都集中在核中，原子核由質(zhì)子和中子組成。原子核所帶的電荷數(shù)Z等于該原子 核的質(zhì)子數(shù)．也等于該元素的原子序數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)i等于組成該核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)N的總和即A=Z+N，通常用 X來表示原子核。將具有確定的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)并處在一定能級(jí)的原子核統(tǒng)稱為核索。亦即核索的羞異可由質(zhì)量數(shù)A、電荷數(shù)Z以及所處的能量狀態(tài)來區(qū)別。 在已發(fā)現(xiàn)的107種元素中，有將近1900種核素，這些核素按其性質(zhì)可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn) 定的兩大類。凡原子核處在不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)自發(fā)的轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素并放…射線者通常稱為放 身于陛核索。原子序數(shù)在83以上的元素均為放射性核素。而這類核素自發(fā)地發(fā)生結(jié)構(gòu)及能量狀態(tài)的改變，放出射線并轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的過程稱為核衰變，包括a衰變、B衰變和T衰變。 核醫(yī)學(xué)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 的原子核數(shù)目減少到原來一半所需的時(shí)間。在核醫(yī)學(xué)中，還常用到生物半衰期(Tb)和有效 半衰期(Teff)的概念。生物半衰期表示生物體內(nèi)的放射性核素由于生物的代謝過程從體內(nèi) 排出到原來的一半所需的州曰，而有效半衰期則是指放射性核素由于放射性衰變及生物代 謝過程的共同作用，減少到原來一半所需的時(shí)間。 由于原子核并不是完全穩(wěn)定的，后都會(huì)經(jīng)歷內(nèi)部變化，形成更穩(wěn)定的核結(jié)構(gòu)。這種自發(fā)的變化稱為放射性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變前的核稱為母體，轉(zhuǎn)變后的核稱為子體。在放射性轉(zhuǎn)變巾， 能量是以輻射形式放出的。大多數(shù)放射性轉(zhuǎn)變是分步轉(zhuǎn)變的，對(duì)多數(shù)放射性核素來說，步是同量異位轉(zhuǎn)變，通常繼之而后的是同質(zhì)異能轉(zhuǎn)變和沿軌道運(yùn)行電子相互作用。在核醫(yī)學(xué)中感興趣的三種同量異位轉(zhuǎn)變是8發(fā)射、正電子發(fā)射和電子俘獲。放射性原子核經(jīng)過同 量異位轉(zhuǎn)變后，通常都含有太多的能量而不是處在其后穩(wěn)定的子體狀態(tài)，處在這些中間狀 態(tài)和后狀態(tài)的核稱為同質(zhì)異能核素，因?yàn)樗鼈兊脑有驍?shù)核質(zhì)量都相同，處在中間狀態(tài)的原子核將通過發(fā)射能量降到基態(tài)的方式而經(jīng)歷同質(zhì)異能轉(zhuǎn)變。在多數(shù)同質(zhì)異能的轉(zhuǎn)變中， 一個(gè)原子核會(huì)以7光子的形式放出它的多余能量，稱為7發(fā)射。在某些情況下，來自同質(zhì)異 能的能量可以傳遞給原子內(nèi)的電子，這種能量加在電子的結(jié)合能，可使電子脫離原子，這個(gè) 過程稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換。各種同量異位轉(zhuǎn)變或同質(zhì)異能轉(zhuǎn)變都會(huì)產(chǎn)生光子和粒子輻射的集合，并應(yīng)用在臨床中。 存在于自然界的放射性核素一般在臨床研究中并不適用，在臨床中，絕大多數(shù)的放射性 核索是用粒子（中子或質(zhì)子）轟擊原子核而制成的，B發(fā)射體是用中子轟擊而產(chǎn)生的；正電于發(fā)射和產(chǎn)生電子俘獲的核素是用正粒子（如質(zhì)子）轟擊而產(chǎn)生的，中子可以從原子核反應(yīng)堆或加速器中得到，正粒子是從加速器（通常是從回旋加速器）中得到的。

         （二）核醫(yī)學(xué)儀器在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，用于探測和記錄放射性核素發(fā)出射線的種類、能量、活度及其隨時(shí)間變 化在空間分布的儀器，統(tǒng)稱為核醫(yī)學(xué)儀器。它是核醫(yī)學(xué)工作中必備的條件。 探測的基本原理都是利用射線與物質(zhì)相互作用，并根據(jù)使用的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)的，主要 利用射線的下列特征：
1.電離作用射線引起物質(zhì)的電離，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。
2.熒光現(xiàn)象帶電粒子能使閃爍物質(zhì)發(fā)出熒光，熒光通過光電倍增管產(chǎn)生電信號(hào)．再由儀器測出射線的性質(zhì)和活度。例如閃爍計(jì)數(shù)器。 3感光作用射線使感光材料形成潛影，經(jīng)顯影和定影處理后．形成黑色顆粒沉淀，顯示出黑影，根據(jù)黑影在被測樣品的部位和它的灰度，對(duì)被測樣品中的放射性作出定位、定性 和定量的判斷。例如放射自顯影。

         二、γ照相機(jī)
         1958年美國科學(xué)家Anger成功研制出了臺(tái)γ照相機(jī)(γ camera)，使得核醫(yī)學(xué)影像技術(shù)從放射性核素掃描儀的靜態(tài)顯像發(fā)展到了動(dòng)態(tài)顯像。為了紀(jì)念A(yù)nger．所以γ照相機(jī)又稱為Anger相機(jī)。γ照相機(jī)可采用閃爍探測器、半導(dǎo)體探測器或多絲正此室等探測器。 采用閃爍探測器的T照相機(jī)稱為閃爍T照相機(jī)，簡稱閃爍照相機(jī)。 γ照相機(jī)可對(duì)人體內(nèi)臟器中的放射性核素分布進(jìn)行一次成像，同時(shí)可動(dòng)態(tài)觀察、顯示、 記錄放射性藥物在人體臟器內(nèi)的代謗捕況。所以γ照相機(jī)不僅具有人體臟器的形態(tài)顯像功能，而且具有功能顯像功能，同時(shí)又具有動(dòng)態(tài)顯像功能。

         （一）γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu) γ照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括閃爍探頭、探頭支架、病床和操作控制臺(tái)。如圖5-34所示。 探頭病床、控制臺(tái)、計(jì)算 機(jī)以及外圍設(shè)備構(gòu)成，如圖5-40所示。 探頭與γ照相機(jī)的探頭是一樣的．包括準(zhǔn)直器、 閃爍晶體、PMT、位置計(jì)算電路等，終得到γ光子 的位置信息和能量信息傳送給計(jì)算機(jī)處理。 機(jī)架一般要求穩(wěn)定、可靠、安全，還應(yīng)該能迅速 靈活地調(diào)整定位，采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精度高、旋轉(zhuǎn)中心準(zhǔn)確。為了能提高采集數(shù)據(jù)的 靈敏度，除采用圓形旋轉(zhuǎn)外，許多廠商設(shè)計(jì)成橢圓形旋轉(zhuǎn)或自動(dòng)人體輪廓旋轉(zhuǎn)。

         病床也叫檢查床，可讓患者平躺在床上，完成數(shù)據(jù)的采集工作。 控制臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的錄入（如患者資料的輸入、掃描控制命令及圖像處理參數(shù)的選擇等）和圖像后處理的功能。 外圍設(shè)備包括顯示器、磁盤、光盤、打印機(jī)、照相機(jī)、不同類型的準(zhǔn)直器、準(zhǔn)直器交換裝置以及生理信號(hào)檢測設(shè)備等。

         （三）SPECT主要性能參數(shù)
         SPECT的主要技術(shù)指標(biāo)包括線性、均勻性、空間分辨率和死時(shí)間等，可以參考γ照相機(jī)部分內(nèi)容。 目前SPECT的能量測量范圍為50-600keV。一般臨床應(yīng)用的核素有99mTc[锝]、201Tl[鉈]、133Xe[氙]、67Ga[鎵]等?？臻g分辨率在3-5mm范周內(nèi)；大計(jì)數(shù)率容量一般在100-300kcps(20%窗寬)。 旋轉(zhuǎn)中心是指探頭平面旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸心。機(jī)器會(huì)由于機(jī)械精度的不良或老化等原因 造成旋轉(zhuǎn)中心變化，從而會(huì)降低圖像分辨率，產(chǎn)生偽影，所以必須經(jīng)常校正。旋轉(zhuǎn)中心的誤 差不小于1mm。 衰減校正是指對(duì)于能量為50-600keV的γ射線，在人體組織中的衰減是相當(dāng)明顯的，所以減小偽影和定量測量的誤差，必須進(jìn)行放射性衰減校正。

         (四) SPECT的臨床應(yīng)用及特點(diǎn)
         旋轉(zhuǎn)γ照相機(jī)型SPECT成像主要分為平面成像、動(dòng)態(tài)成像、門控成像、全身成像和斷 層成像5種方式，其中前4種為γ照相機(jī)成像功能，后者為SPECT的特有功能，斷層功能不僅可以成橫斷面，還可以成冠狀面、矢狀面以及任意方位的截面，也可以成三維立體像。 SPECT的診斷率比普通γ照相機(jī)明顯提高，目前虛用已相當(dāng)廣泛。 SPECT的成像空間分辨率比X射線CT低，但是由于兩者成像原理上的本質(zhì)差別，在 醫(yī)學(xué)診斷上的價(jià)值是完全不同的。X射線CT反映的是病變組織的密度差，而SPECT反映的是人體正常組織與病變組織的攝取和代謝的功能差異，對(duì)于肝血管瘤、腦缺血、癲癇、癡呆 等疾病的診斷，SPECT比X射線CT還是有明顯的優(yōu)越之處。