核技術在醫(yī)學領域中應用

1、第六章 核技術在醫(yī)學領域 中的應用,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,2,主要內容,第一節(jié) 核醫(yī)學影像技術及其設備第二節(jié) 醫(yī)用放射性同位素第三節(jié) 診斷用放射性藥物第四節(jié) 治療用放射性藥物第五節(jié) 放射治療,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,3,醫(yī)學是核技術應用的重要領域之一,全世界生產的放射性同位素中，約有80%以上用于醫(yī)學。將核技術用于疾病的預防、診斷和

2、治療，形成了現(xiàn)代醫(yī)學的一個分支-核醫(yī)學。核醫(yī)學是以核素（包括放射性核素和穩(wěn)定核素）標記的示蹤劑，用于醫(yī)學和生物（體內、體外）醫(yī)療（主要包括診斷、治療）和研究用途的學科。,引言,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,4,?第一節(jié)　核醫(yī)學影像技術及其設備,γ相機發(fā)射型計算機斷層成像術,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,5,引言,CT,MRI,超聲成像,核醫(yī)學影像,醫(yī)學影像技術,,,,,

3、,,反映的是器官與組織對于X射線的吸收系數(shù)大小,反映的是體內H2O中質子的弛豫時間的空間分布,反映的是器官和組織對于超聲波的反射能力,反映的是顯像劑或其代謝產物在體內的時間和空間分布,,,,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,6,γ閃爍相機，又稱Anger相機，由探頭、電子學線路、記錄及顯示裝置及附加設備四部分組成，可對臟器中放射性核素的分布進行一次成像和連續(xù)動態(tài)觀察。,一、γ相機,SIGMA438改進型γ照

4、相機,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,7,一、γ相機,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,8,二、發(fā)射型計算機斷層成像術,現(xiàn)代核醫(yī)學常用的兩種影像技術：,單光子發(fā)射計算機斷層成像術（Single photon emission computed tomography，SPECT）正電子發(fā)射斷層成像術（Positron emission tomography，PET）,該類技術是利

5、用病人體內藥物發(fā)射射線成像，故統(tǒng)稱發(fā)射型計算機斷層成像術。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,9,（一）SPECT,用于獲得人體內放射性核素的三維立體分布圖像。,光電倍增管的磁屏蔽必須增強，以克服探頭旋轉過程中地球磁場變化對光電倍增管性能的影響。,西門子公司生產的雙探頭SPECT,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,10,主要原理,投影（Projection）采集,根據(jù)需要從某一角度

6、開始，在預定時間內采集投影圖像，然后旋轉一定角度，在同樣時間內采集下一幅投影圖像。如此重復，直到旋轉180度或360度停止。,重建（Reconstruction）斷層,從投影數(shù)據(jù)經過適當?shù)挠嬎愕玫綌鄬訄D像稱為重建。,SPECT/CT,SPECT/CT由SPECT和CT結合而成，兩者軸心一致，共用一個掃描床，這樣就使得在一次檢查中就可采集同一部位的功能圖像和解剖圖像，進而實現(xiàn)圖像的融合。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領

7、域中的應用,11,（二）PET,PET是反映病變的基因、分子、代謝及功能狀態(tài)的顯像設備。,PET有兩個不同于其它核醫(yī)學成像技術的重要特點：放射性示蹤劑是用發(fā)射正電子的核素所標記的；采用的是符合探測技術。,PET裝置,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,12,主要原理——“活體生化顯像”,PET利用發(fā)射正電子的核素標記一些生理需要的化合物或代謝底物如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、水等，引入體內后，應用正電子掃描機而

8、獲得體內化學影像，也稱之為“活體生化顯像”。廣泛用于腫瘤、冠心病和腦部疾病的診斷和指導治療。 PET使無創(chuàng)傷性的、動態(tài)的、定量評價活體組織或器官在生理狀態(tài)下及疾病過程中細胞代謝活動的生理、生化改變，獲得分子水平的信息成為可能，這是目前其它任何方法都無法實現(xiàn)的。 目前最常用的PET顯像劑為18F-FDG（18F標記的一種葡萄糖的類似物-氟化脫氧葡萄糖）。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,1

9、3,PET/CT,將PET和CT整合在一臺儀器上，兩者軸心一致，共用一個掃描床，組成一個完整的顯像系統(tǒng)，可以同時獲得CT解剖圖像和PET功能代謝圖像，兩種圖像優(yōu)勢互補，使醫(yī)生在了解生物代謝信息的同時獲得精準的解剖定位，從而對疾病做出全面、準確的判斷。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,14,小動物PET/CT—小動物正電子發(fā)射斷層顯像/計算機體層成像技術,Micro PET/CT，相對于傳統(tǒng)的體外檢測技術，小

10、動物PET/CT在同一動物身上進行無損傷的反復實驗，減少了實驗動物的使用，節(jié)約了實驗費用，對同一只動物在不同時間點進行研究，進行連續(xù)的動態(tài)測定，消除了種屬差異。 該技術正在成為藥物開發(fā)、腫瘤學、人類疾病研究（如神經系統(tǒng)和心血管疾?。┮约盎蚪M學研究的重要方法。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,15,?第二節(jié) 醫(yī)用放射性核素,診斷用放射性核素治療用放射性核素,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在

11、醫(yī)學領域中的應用,16,引言,放射性藥物（Radiopharmaceutical） 指可用于臨床診斷或治療的放射性核素或其標記的單質、化合物及生物制劑。如， 單質： 133Xe（肺灌注顯像劑） 化合物： Na131I（甲狀腺疾病治療） 生物制劑：99mTc-RBC（用于血池顯像）,18F-FDG全身顯像圖,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,17,一、診斷用放射性核素,SPECT顯像

12、用的放射性核素：最好只發(fā)射單能γ射線，不發(fā)射帶電粒子，因為后者對于顯像不僅沒有貢獻，反而會對病人增加不必要的內照射。γ射線能量最好在100keV~300keV之間，能量太低，從發(fā)射點穿出體外的吸收損失增加；能量過高，要求的準直器厚度增加。 99mTc為首選核素，占全部放射性藥物的80%。PET顯像用的放射性核素：最好只發(fā)射β+粒子，不發(fā)射γ射線，因為后者會增加偶然符合計數(shù)，降低信噪比。半衰期最好在10s～80h，太短很難甚至無法將其標

13、記到運載分子上；太長，顯像以后殘留在體內的放射性活度太高，給病人造成額外的照射，限制了放射性藥物的總活度。以18F為最優(yōu)，代表藥物為18F-FDG。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,18,一、診斷用放射性核素,適合于SPECT顯像的常用放射性核素及其生產方法,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,19,一、診斷用放射性核素,適合于PET顯像的常用放射性核素及其生產方法,2024/3/

14、8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,20,二、治療用放射性核素,適合于治療的放射性核素應滿足下列條件：只發(fā)射α、β、俄歇電子，或僅伴隨發(fā)射少量弱γ射線；半衰期為數(shù)小時至數(shù)十天；衰變產物為穩(wěn)定核素；可獲得高比活度的放射性制劑。,α粒子的LET（傳能線密度）高，能量為4MeV～8MeV的α粒子在組織中的射程約為25~60μm，與細胞的直徑相當，用α放射性核素體內治療腫瘤其能量聚積最集中。,β粒子在組織中具有一定的射程，藥

15、物不一定必須跨膜進入細胞才能起治療作用。β粒子在組織中聚積的能量均勻而分散，不如α粒子集中，盡管β粒子的能量沉積還是局限在較小的范圍，即使藥物的腫瘤選擇性非常好，在殺傷腫瘤細胞的同時，也會大量殺傷正常細胞。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,21,二、治療用放射性核素,一些比較適合于治療腫瘤的放射性核素,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,22,?第三節(jié)　診斷用放射性藥物,心血管顯像

16、劑腦顯像劑腫瘤顯像劑其它臟器顯像劑,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,23,一、心血管顯像劑,心肌灌注顯像劑,心肌乏氧顯像劑,心肌代謝顯像劑,心血池顯像與心功能測定,血栓顯像劑,心血管顯像劑,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,24,（一）心肌灌注顯像劑,在臨床上，心肌灌注顯像用于冠心病心肌缺血早期診斷，心肌梗塞和心肌病診斷，心肌活力評估等。,理想的心肌顯像劑應滿足以下要求：

17、心肌對它有較高的攝取和較長的滯留時間；血清除快，且有較高的心/肝、心/血、心/肺比值；心肌攝取量與心肌血流成正比；最好有心肌再分布特性。,已經用于臨床或正在進行臨床實驗的心肌灌注顯像劑有201TlCl、99mTc-MIBI、99mTc-TEBO、99mTc-P53、99mTc-Q12、99mTc-NOET。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,25,（二）心肌乏氧顯像劑,心肌因供血不足，致使部分心肌處于

18、乏氧狀態(tài)；若得不到及時治療，就可能壞死。目前，采用溶栓、血管成形或再造技術等臨床手段可降低死亡率，改善預后。,心臟搭橋手術,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,26,（二）心肌乏氧顯像劑,在進行心臟“搭橋”手術之前，區(qū)別心肌缺血（心肌細胞仍存活，但處于冬眠狀態(tài)）/壞死（永久性損傷）非常重要。 乏氧顯像劑被缺血細胞攝取后，在乏氧條件下可被黃嘌呤氧化酶催化還原而滯留在乏氧細胞中，而在正常氧供條件下不被還原

19、而難以滯留，但壞死細胞對顯像劑無攝取功能。由此可見，用乏氧顯像劑進行心肌顯像，可以區(qū)分正常心肌、缺血心肌和壞死心肌。 目前認為較好的乏氧顯像劑有99mTc-BMS-181321、99mTc-BMS-194796及99mTc-HL91。,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,27,（三）心肌代謝顯像劑,心肌的能量主要來自脂肪酸的代謝，因此放射性核素標記的脂肪酸可用于心肌代謝功能的顯像。心肌代謝顯像劑主要

20、用于心肌損傷、心肌缺血的診斷及心肌缺血與心肌壞死的區(qū)分。 用123I標記的心肌代謝顯像劑有123I-IHA、123I-IPPA和123I-BMIPP。用99mTc通過雙功能聯(lián)接劑間接標記脂肪酸的方法正在研究之中。 PET顯像的心肌代謝顯像劑有11C-PA（11C標記的棕櫚酸）和18F-FDG。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,28,（四）心血池顯像與心功能測定,,在心血池顯像中，顯像劑通過靜

21、脈注射到血管，待顯像劑與血液均勻混合后，以病人自身的心電圖的R波作為采集數(shù)據(jù)的開始與終止信號，從所得到的圖像中，可以計算出心臟收縮期和舒張期的功能指標、心室容量負荷指標、局部心室壁的運動與功能指標、收縮的時相圖和振幅圖等，在臨床上用于冠心病的早期診斷，心肌梗塞及心肌病的診斷，以及心臟傳導與心室功能的評價等。 一般采用99mTc-RBC或99mTc-HAS作為心血池顯像劑。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的

22、應用,29,（五）血栓顯像劑,血栓的形成會導致心肌梗塞、心絞痛、腦中風及猝死等嚴重后果。 血栓是由血管內纖維蛋白、血小板和紅血球凝聚而成，其形成過程受纖維蛋白原的調節(jié)。 纖維蛋白原通過多肽中Arg-Gly-Asp（RGD）序列的基質與GP IIb/IIIa受體結合，而RGD單元與GPIIb/IIIa 受體的拮抗劑DMP757具有高親和力。因此，用99mTc標記DMP757可以進行血栓顯像。,2024/3/8,核技術應用概

23、論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,30,二、腦顯像劑,腦灌注顯像劑,腦受體顯像劑,多巴胺受體顯像劑,羥色氨受體顯像劑,γ-氨基丁酸受體顯像劑,腦顯像劑,,乙酰膽堿受體顯像劑,阿片受體顯像劑,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,31,（一）腦灌注顯像劑,腦灌注顯像劑主要用于測定局部腦血流（rCBF）。臨床上多以99mTc標記腦灌注顯像劑。,SPECT腦顯像,腦部各部位顯像圖,2024/3/8,核技術應用概論——核

24、技術在醫(yī)學領域中的應用,32,（二）腦受體顯像劑,被釋放的遞質，擴散通過突觸間隙，到達突觸后膜，與位于后膜中的受體結合，形成遞質受體復合體。,典型的脊椎神經元由樹突、細胞體和軸突組成。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,33,（二）腦受體顯像劑,沖動傳到突觸前末梢,觸發(fā)前膜中的二價鈣離子（Ca2+）通道開放，一定量的Ca2+順濃度差流入突觸扣。在Ca2+ 的作用下一定數(shù)量的突觸泡與突觸前膜融合后開口，將內含的

25、遞質外排到突觸間隙。此過程稱胞吐。被釋放的遞質，擴散通過突觸間隙，到達突觸后膜，與位于后膜中的受體結合，形成遞質受體復合體，觸發(fā)受體改變構型，開放通道，使某些特定離子得以沿各自濃度梯度流入或流出。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,34,（二）腦受體顯像劑,神經遞質的釋放、傳送、重吸收、濃度的時間和空間分布與腦的活動、功能、疾患有密切的關系。因此，神經受體顯像是在分子水平上研究神經生物學的有力工具。 神

26、經遞質能與相應的受體選擇性的結合，因而受體就以與其特異結合的神經遞質命名，如多巴胺受體、乙酰膽堿受體等。藥物如果能與某受體結合產生與遞質相似的作用，稱為激動藥。如果藥物與受體結合后妨礙遞質與受體結合，產生與遞質相反的作用，稱為阻斷藥。目前研究過的腦受體顯像劑多是用放射性核素標記的激動劑或拮抗劑。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,35,三、腫瘤顯像劑,小分子腫瘤顯像劑,單克隆抗體腫瘤顯像劑,腫瘤顯像劑,,20

27、24/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,36,（一）小分子腫瘤顯像劑,原理：腫瘤細胞生長旺盛，對于營養(yǎng)物質（葡萄糖、氨基酸等）的需求遠高于正常細胞，因此，可以用放射性核素標記的葡萄糖、氨基酸等作為腫瘤顯像劑。,18F-FDG在體內的分布與葡萄糖類似，但不能與葡萄糖一樣代謝。在腫瘤組織濃集程度隨腫瘤的惡性程度增加而增加，可用于腫瘤的早期診斷。18F-FDG用于腫瘤顯像的缺點是特異性不夠高，對于顯像異常部位的確診往往需要用

28、其它方法加以佐證。,腫瘤組織的蛋白質合成速度加快，氨基酸的攝取速度也相應提高，但氨基酸比葡萄糖在炎癥細胞（主要是中性白細胞）代謝過程中作用小，測量標記氨基酸的吸收比測量葡萄糖的消耗能夠更準確地估計腫瘤的生長速度?；诖藶槟[瘤診斷和治療提供有用的信息。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,37,（二）單克隆抗體腫瘤顯像劑,當分子量較大的外源性物質進入生物體內，生物體會產生一種對抗抗原的蛋白質，稱為抗體?？贵w與相應

29、的抗原親和力高，生成復合物后使得外來物質的有害作用得以減弱或消除，稱為免疫反應，這是生物的一種自我保護反應。人體中存在的免疫球蛋白是最常見的抗體。,1975年，德國科學家科勒（H Köhler）和阿根廷科學家米爾斯坦（G Milstein）在細胞雜交技術的基礎上，創(chuàng)建了雜交瘤技術。他們把可在體外培養(yǎng)和大量增殖的小鼠骨髓瘤細胞與經抗原（如人的腫瘤細胞）免疫后的純系小鼠脾細胞融合雜交，應用選擇性培養(yǎng)基并篩選陽性細胞，進行克隆化培養(yǎng)

30、，得到一定數(shù)量的具有對前述抗原具有專屬性免疫反應的雜交瘤細胞，從中分離出的抗體即McAb。（Monoclonal Antibody）,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,38,（二）單克隆抗體腫瘤顯像劑,McAb的最大特點是它的高度專一性和對其專屬抗原的高親和力。如果用單光子發(fā)射核素或正電子發(fā)射核素標記單克隆抗體進行SPECT或PET顯像，即為放射免疫顯像，如果標記上治療放射性核素用于體內的放射治療，則為放射免

31、疫治療（RIT）。放射性核素標記的McAb被稱為“生物導彈”，其中McAb將作為彈頭的放射性核素運送到目標細胞，起著靶向載體的作用。,McAb分子中的雙硫鍵可被還原為巰基，S2-+2e+2H+→2HS-，這些巰基能與TcO3+配位，形成相當穩(wěn)定的配合物。利用這個方法將99mTc直接標記到McAb分子上，但對半胱氨酸、谷胱甘肽等含巰基的化合物不穩(wěn)定。,90Y和111In等金屬核素用直接標記法不能制備穩(wěn)定的標記化合物，需要通過BFCA（一種

32、螯合劑)間接標記到McAb上。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,39,?第四節(jié)　治療用放射性藥物,小分子放射性治療藥物治療腫瘤的導向藥物中子俘獲治療,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,40,引言,放射性治療的本質：是利用射線對生物體的電離和激發(fā)，定向破壞病變組織或改變代謝來達到治療病癥目的。,放射性治療藥物的一般要求： 純的α或β放射性，具有較高的能量； 半衰期短，可在短

33、期內達到預期治療效果； 易于標記成適用的制劑，且在體內外都很穩(wěn)定。,研究比較多的主要有：131I、32P、89Sr(鍶)、 153Sm(釤)等標記的的小分子化合物和生物制劑。,放射性核素 + 藥物輸送系統(tǒng),要求親腫瘤或腫瘤導向性好,,“彈頭”,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,41,一、小分子放射性治療藥物,131I(碘)放射性治療藥物,89Sr(鍶)放射性治療藥物,小分子放射性治療藥物,,32P(磷)放

34、射性治療藥物,153Sm(釤)放射性治療藥物,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,42,（一）131I(碘) 放射性治療藥物,碘參與甲狀腺激素的合成原料之一；131I的放射性特點 131I發(fā)射的主要β射線為606.3keV（90%），在組織中的射程較短，可有效地殺傷攝入131I的細胞，對鄰近組織損傷不大。,Na131I用于治療甲亢 將131I注入患者體內，正常甲狀腺因功能受到抑制而不攝取或很少

35、攝取131I，若是功能自主性甲狀腺組織分泌過多的甲狀腺素引起甲亢，會攝取大量的131I，從而達到的目的。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,43,（二）32P放射性治療藥物,主要的存在形式：Na2H32PO4或NaH232PO4 可通過參與核蛋白、核苷酸、磷脂代謝及DNA與RNA的合成，進入細胞內。,應用：用于治療血管瘤；用于許多晚期癌癥患者的骨轉移癌鎮(zhèn)痛。,32P的放射性特點： 發(fā)射

36、β射線為1710.3keV，半衰期約為14.3天。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,44,（二）32P放射性治療藥物,一般血管瘤,大面積小兒血管瘤,32P可治療的血管瘤,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,45,（三）89Sr放射性治療藥物,89Sr的放射性特點： 半衰期50.53天，β-射線最大能量為1.463MeV，平均能量0.58MeV，在軟組織的平均射程約2.4mm

37、。 同時能發(fā)射極少量能量為0.909MeV的γ射線。,美國FDA批準的89Sr藥物形式為89SrCl2溶液，可用于治療骨腫瘤和骨轉移灶疼痛的緩解。,89Sr是一種優(yōu)良的骨腫瘤緩解治療核素。,應用：,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,46,（四）153Sm（釤）放射性治療藥物,153Sm的放射性特點： 半衰期短（46.3h）， β-射線的最大能量適中（640keV及710keV），同時發(fā)射103

38、keV的γ射線，其γ射線能量適合于體外顯像，可以用來進行腫瘤定位、劑量估算及療效監(jiān)測。,153Sm-EDTMP（153Sm-乙二胺四亞乙基磷酸，國內商品名稱昔決南釤）注射到體內后，約有50%～70%聚集于骨，是目前姑息治療骨轉移癌效果較好的放射性藥物。,應用：姑息治療骨轉移癌,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,47,二、治療腫瘤的導向藥物,實際腫瘤對放射性核素標記McAb的攝取率遠低于理論值原因分析：鼠源M

39、cAb，對于人體為異質蛋白，注入人體后會產生免疫反應，誘導出人抗鼠抗體HAMA，大部分標記抗體與HAMA結合并被快速從體內清除。 McAb的分子量高（約250kD），尋找目標需要48h～72 h，藥物在輸送過程中損失很大。,放射性核素標記的McAb和放射性核素標記的活性肽。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,48,二、治療腫瘤的導向藥物,解決辦法： 利用基因克隆和DNA重組技術對鼠源性McAb改造重

40、新表達，得到人源化抗體，其大部分氨基酸序列為人源McAb序列所代替。基本保持了其親本鼠源單克隆抗體的特異性和親和力，又降低了鼠源抗體的異源性。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,49,二、治療腫瘤的導向藥物,利用配體受體間的專一性相互作用，將放射性核素高選擇性地輸送到腫瘤組織。 配體多為活性小肽或小分子化合物，具有尋找目標快、受體配體結合達成平衡速度快、與腫瘤的親和力高、血液清除快、易于合成等優(yōu)點。,放射性

41、核素標記的活性肽是極有前途的治療腫瘤用放射性藥物。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,50,,中子俘獲治療技術發(fā)展簡史： 1932年，Chad-wich發(fā)現(xiàn)中子。后又證明中子與10B作用產生核反應。 1936年，Locher首次提出用中子俘獲治療方法治療腫瘤的設想。 直到上世紀50年代初，Brookhaven國家實驗室、麻省理工學院都進行了一些實驗，但效果不夠理想，終止研究。 日本Hatana

42、ka自1968年以來，一直堅持致力于硼中子俘獲治療，治療64例腦膠母細胞瘤，效果比較好。 1984年成立了NCT國際協(xié)作組織。 進入90年代后，日本的Mishima開始研究硼中子俘獲治療方法治療惡性黑色素瘤。 1990年6月，我國在北京首次召開BNCT的學術研討會。,三、中子俘獲治療（Neutron capture therapy，NCT）,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,51,三、中子俘獲治療

43、（Neutron capture therapy，NCT）,將中子俘獲截面大的核素引入親腫瘤藥物，注射到或服入腫瘤患者體內，待藥物富集于腫瘤組織后，用中子束照射腫瘤部位引起中子俘獲反應，核反應產生的次級輻射及反沖核對腫瘤細胞起殺傷作用，這種治療癌癥的方法稱為中子俘獲治療。,,中子俘獲治療：,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,52,三、中子俘獲治療,10B的熱中子俘獲截面σ高達3840b，天然硼中10B含量約為

44、20%，是最理想的靶核素。 硼中子俘獲治療（BNCT）的核反應式：,,4He和反沖核7Li具有很高的動能和LET，射程為數(shù)微米，與細胞的尺寸相當，能有效地殺死癌細胞,而對周圍正常細胞損傷很小。,94%,6%,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,53,三、中子俘獲治療,BNCT具有其它放療所不具備的突出優(yōu)點：（1）中子的穿透性比質子和重離子好，容易實現(xiàn)深部癌癥治療；（2）用的是低能中子，與快中子治療相

45、比，低能中子對人體正常細胞的傷害要小得多；（3）發(fā)揮治療作用的α粒子和7Li重離子具有局域性好的特點；（4）藥物的選擇性提高了BNCT治療癌癥方面的優(yōu)勢；（5）對無原發(fā)腫塊的癌癥有潛在的治療能力等。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,54,三、中子俘獲治療,目前BNCT主要用于治療兩種高度惡性的腫瘤：?腦神經膠質瘤；?黑色素瘤。,中子俘獲治療的兩大技術支柱：中子源、親腫瘤NCT藥物。,一個理想的BN

46、CT中子源應具備下列性質:源的主要成分是1eV到10keV的中子；源在病人輻照區(qū)的通量大于或等于109量級，也即在一個小時內可將總量約1012的中子注入病灶；源的快中子成分足夠低；源的γ射線成分足夠低；源的方向性足夠好。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,55,三、中子俘獲治療,要求NCT藥物應具備以下特點：選擇性結合腫瘤細胞，最好能在腫瘤細胞內，尤其是細胞核內聚集；濃度應達到每個瘤細胞內約10

47、9個10B原子或20~35μg·g-1腫瘤組織；腫瘤與正常組織濃度比達3:1~4:l；在照射治療期間能在腫瘤組織中保持一定濃度；腫瘤中聚集的硼化物對人體無毒性。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,56,三、中子俘獲治療,三種主要的BNCT藥物:BSH（巰基十二硼烷二鈉鹽）：日本主要用于治療腦膠質細胞瘤，T／NT（腫瘤／正常組織）為10，T／B（腫瘤／血液）約為1.5。BPA（10B-對-二

48、羥基硼酰苯丙氨酸）：已用于腦膠質細胞瘤的治療，也被用于皮膚惡性黑色素瘤的NCT。T／NT為3～4，T／B約為3。因為T／NT僅為3～4，對正常組織有較多的損害，有待進一步改進。Gd-DTPA ：一種很有前途的親腫瘤載體物質。Gd-DTPA靜脈注射后可迅速在血液循環(huán)中被清除。目前，它被作為造影劑而用于MRI。T/NT非常高，T/B＝39。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,57,?第五節(jié)　放射治療,放射療法的

49、作用機理遠距離放射治療近距離放射治療,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,58,引言,放射性治療（Radiotherapy），簡稱放療，是利用各種放射線（如X線、γ線、電子線等）治療惡性腫瘤的一種局部治療技術，是目前治療惡性腫瘤重要方法之一。,,放射治療幾乎可用于所有的癌癥治療，據(jù)統(tǒng)計我國約有70%以上的癌癥患者需接受放射治療，美國有50%以上。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用

50、,59,一、放射療法的作用機理,射線主要是通過直接和間接作用對靶物質的分子（主要是生物大分子）造成損傷。?直接作用：電離或激發(fā)，引起DNA單鏈或雙鏈發(fā)生斷裂。? 間接作用：射線在細胞內與其它原子或分子（特別是水分子）發(fā)生相互作用，產生自由基或自由基離子，它們可擴散一定的距離，達到關鍵的靶部位并造成損傷。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,60,一、放射療法的作用機理,,放射療法最常見的副作用包括治

51、療區(qū)域出現(xiàn)皮疹、頭發(fā)脫落、口腔干燥、疲倦、記憶力衰退等。 急性放療反應：副作用只會在治療期間出現(xiàn)，放療結束后不久就會消失。 后期放療反應：破壞是長期的，由不同的正常細胞受放射損傷引起的損傷，不能修復，應該特別引起注意。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,61,二、遠距離放射治療,體外遠距離照射（Teletherapy），即將放射源置于體外一定距離處集中照射肌體的某一部位。

52、 儀器主要有： γ射線治療儀（如60Co遠距離治療機） 醫(yī)用加速器（主要包括醫(yī)用電子發(fā)生器、醫(yī)用中子發(fā)生器、醫(yī)用質子加速器、醫(yī)用重離子加速器、醫(yī)用π-介子發(fā)生器等） X射線治療儀等。,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,62,（一）60Co遠距離治療機,60Co遠距離治療機是利用60Co衰變過程中產生的γ射線，經準直后治療人體深部腫瘤的裝置。 該裝置主要

53、由輻射頭、機架、控制臺、治療床等組成。由于60Co衰減緩慢，因此大多儀器采用計時系統(tǒng)來控制每次治療所給的照射劑量。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,63,（一）60Co遠距離治療機,γ射線立體定向治療系統(tǒng)（Stereotactic radiation therapy，SRT），俗稱γ刀：這種治療機可產生多束經準直器后變成細束的γ射線從四面八方交叉照射腫瘤細胞。,病人定位瞄準儀,2024/3/8,核技術應用概

54、論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,64,（二）醫(yī)用加速器,加速器是利用電磁場把帶電粒子加速到較高能量的裝備。利用被加速后的高能粒子轟擊不同材料的靶，產生次級粒子，可以得到多種治療束：如電子束、中子束、質子束等。 加速器種類：按粒子加速軌跡形狀分：直線加速器和回旋加速器；按被加速粒子分：電子、質子、離子和中子加速器；按被加速后粒子能量的高低可分：低能加速器（能量小于102MeV）、中能加速器（能量在102MeV～103MeV范

55、圍）、高能加速器（能量在103MeV～106MeV范圍）及超高能加速器（能量大于106MeV）。 其中醫(yī)用電子直線加速器是目前使用最多的放射治療設備。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,65,（二）醫(yī)用加速器,電子直線加速器一般由加速管、微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子注入系統(tǒng)、脈沖調制系統(tǒng)、束流系統(tǒng)、恒溫水冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、應用系統(tǒng)等組成。。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在

56、醫(yī)學領域中的應用,66,（二）醫(yī)用加速器,應用系統(tǒng)包括治療頭和治療床。治療頭中的輻射部分對放射線起準直、均整、調節(jié)、限束等作用，由準直器、上下光闌、均整和楔形過濾器、X線靶擋塊、引出窗、限束筒等組成，系統(tǒng)中一般還裝有模擬燈、反射鏡、光距尺等，在輻射頭上還裝有前后指針、擋塊等附件；治療床可以前后左右上下運動還可以旋轉運動。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,67,（三）X射線放療機,產生X射線的一般條件是什

57、么？主要是：電子源、靶、真空盒、加速電場。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,68,（三）X射線放療機,X射線的能譜,有兩種成分：特征輻射和軔致輻射。 軔致輻射形式的能譜是連續(xù)的，是X射線譜中的主要成分。 為了獲得滿意的能譜分布，往往要加些濾過，把低能成分去掉。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,69,（三）X射線放療機,按X射線機球管電壓和線束特點，基本分為：

58、 （1）接觸治療機：管電壓20～50KV，治療深度僅為1～2mm。 （2）淺層治療機：管電壓50～150KV，治療深度一般到5mm。 （3）深部治療機：管電壓約150～300KV，治療深度一般到2cm。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,70,三、近距離放射治療,近距離治療（Brachytherapy）是一種在病變或其附近組織放置輻射源進行治療的一類技術的總稱。最突出的特點：近源處劑量很高，然

59、后劑量陡然下降。利用此特點將放射源貼近病灶組織或植入病灶內作治療。常用的放射源：137Cs、192Ir和125I。 137Cs用于組織間插植和腔內照射。 192Ir特別適合后裝技術要求。 125I半衰期為59.4d，光子能量較低，儲存方便，廣泛應用于永久性植入。,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,71,三、近距離放射治療,按照放射源

60、接近組織的方式，近距離治療可分為三大類：表面敷貼治療：多采用β核素，放射源放置于組織表面，適宜于體表部位的直接照射治療；腔內近距離治療：將放射源放置在人體自然腔道內腫瘤附近，適宜于腔體內的腫瘤治療；插植近距離治療：簡稱插植，是將放射性顆粒（或稱種籽）直接植入腫瘤體內。根據(jù)治療的需要，放射源可手動安裝放置，亦可機器遙控后裝放置。,,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,72,（一）放射性核素敷貼治療,利用敷貼

61、器將放射性核素同病變組織緊密接觸，釋放的射線（一般為β-射線）打亂了病變組織原來的生物學規(guī)律，起到治療作用。用32P、90Sr-90Y敷貼器治療小兒皮膚血管瘤，是比較成功的范例。,手背模,治療顏面部鱗狀上皮細胞瘤的模型,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,73,（二）腔內近距離照射治療,腔內照射應用最廣泛的是對婦科宮頸癌的治療，且療效顯著。,宮頸癌腔內照射方法： 采用兩組放射源施源器：一是直接植入宮腔內，

62、稱為宮腔管；另一是植入陰道內，緊貼在宮頸部，稱為陰道容器。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,74,（三）組織間插植照射治療,基本作法：根據(jù)靶區(qū)的形狀和范圍，將一定規(guī)格的多個放射源直接插植入腫瘤組織(或瘤床部位)進行高劑量照射。 常用的前列腺癌近距離放射治療的粒子核素除125I外還有103Pd，都屬于低能放射源，對前列腺周圍組織、直腸和膀胱照射劑量較低。,125I種子源植入治療前列腺癌,2024/3/

63、8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,75,（三）組織間插植照射治療,內介入治療具有創(chuàng)傷小、手術簡單、療效好的特點。 例如，冠狀動脈狹窄或再狹窄，以前需要做開胸搭橋的大手術，現(xiàn)在只需經頸動脈或股動脈將鍍有103Pd或32P的放射性支架插入，將狹窄的動脈血管撐開，通過射線抑制血管內壁平滑肌細胞和內膜細胞增生，使血管保持暢通，臨床治療效果很好。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,76,（三）組織

64、間插植照射治療,冠狀動脈狹窄內介入治療,冠狀動脈內成形術前Pre-PTCA,冠狀動脈內成形術后Post-PTCA,6 Months later,,,,,治療中During treatment,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,77,?展望,隨著現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展，核科學與技術在醫(yī)學中的應用越來越廣泛，在診斷方面，與核技術相關的診斷設備有γ相機、正電子發(fā)射斷層掃描儀（PET）、單光子發(fā)射斷層掃描儀（SPECT），在

65、放射治療方面有遠距離放射性同位素治療機（如60Co治療機）、 電子直線加速器治療機，同位素后裝治療儀等。到目前為止，我國已經從國外進口了很多這類診斷和治療設備，必需有足夠的核物理和核技術知識才能充分發(fā)揮這些設備的功能，提高治療和診斷水平。,2024/3/8,核技術應用概論——核技術在醫(yī)學領域中的應用,78,習 題,1.試比較診斷用放射性核素與治療用放射性核素各自的特點。2.簡述發(fā)射型計算機斷層成像術的分類及各自特性。3.作為理想的