放射診斷治療與核醫(yī)學課件

概述11人類已進入21世紀，經(jīng)濟將高度發(fā)展，人民生活水平進一步提高，人民渴望有一個好的生活環(huán)境和健康的身體，所以需要提高醫(yī)療技術和水平，更新醫(yī)療設備，提高全民族的健康，使人民的平均壽命提高到新的水平。核科學與醫(yī)學、生物學、放射學和劑量學等結合，產(chǎn)生了放射診斷學、放射治療學和核醫(yī)學等學科。概述22現(xiàn)代醫(yī)學總是包括四個方面：預防醫(yī)學、診斷醫(yī)學、治療醫(yī)學和康復醫(yī)學。核科學可用

于預防、診斷和治療，已成為醫(yī)學領域中不

可缺少的部份。例如：預防領域需開展普查，如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期檢查

等；診斷領域，現(xiàn)代化醫(yī)院中的高當設備都

和核科學有關，如XCT、ECT、MRI和PET等；治療領域，現(xiàn)代癌癥有70％需要放射性治療，還有X刀、γ刀、質子刀等都是目前最先進的

治療設備。第二節(jié)X射線計算機斷層(XCT)31972年英國EMI公司的Hounsfield研制成世界上第一臺XCT機。CT（Computed

Tomography）是計算機斷層的縮寫。克服了X光機平面圖像在深度方向的重疊，可以得到人體臟器的斷層（即一薄層）圖像，許多斷層像可以重建成三維的立體像。2.2

XCT對X射線的測量(1)1、X射線的五個物理量：波長、頻率、能量、強度和劑量。一個光子的能量42.2

XCT對X射線的測量(2)52、X射線與人體的相互作用彈性散射：光子與電子碰撞只改變進行方向而能量不變。康普頓散射：光子與自由電子或原子中束縛得

不太緊的電子碰撞，將一部份能量傳遞給電子，使之脫出原子成為反沖電子，光子則因損失能

量成為能量更小的光子，且改變運動方向。光電效應：光電作用導致X射線光子及其能量在作用處被吸收。2.2

XCT對X射線的測量(3)3、X射線的衰減X射線穿過人體后，強度成指數(shù)衰減，如下式所示：

其中μ是組織的線性衰減系數(shù)，W是組織的厚度。62.3

XCT建像原理和方法建像方程如下：73．CT數(shù)在CT建立圖像的理論中，人們感興趣的是用數(shù)值描述人體的組織。線性衰減系數(shù)μ是區(qū)分不同組織的物理量，為了鑒別組織的線性衰減系數(shù)的微小差別，并使組織特性定量化，采用了CT數(shù)這一概念。CT數(shù)定義為：83．CT數(shù)9我們知道，水的線性衰減系數(shù)（或稱吸收系數(shù)）μ水為1；骨骼的衰減系數(shù)μ骨近似為2；空氣的衰減系數(shù)μ空氣為0.0013。因此計算可得水的CT數(shù)為0，骨的CT數(shù)為+1000，空氣的CT數(shù)近似為-1000。這樣我們可把一個重建的CT圖像看成一個CT數(shù)的矩陣，每一個CT數(shù)代表一個像素。人體組織的CT數(shù)界限有2000個分度，上界為骨的CT數(shù)，為+1000H，下界為空氣的CT數(shù)，為-1000

H。3．CT數(shù)10一些常用CT數(shù)：脂肪的CT數(shù)為-100軟組織的CT數(shù)大約為+20～+40。第三節(jié)放射治療學113.1

概述12放射治療的原理放射治療學是利用核射線（X、γ、β和中子流等）對疾病進行輻射治療的學科。放射治療的基本原理是當射線達到一定劑量時，射線照射對病變細胞有抑制和殺傷作用。射線通過直接效應和間接效應置癌細胞于死地。3.1概述13腫瘤放射治療的方法和療效放射治療的方法有三種：貼敷法、腔內(nèi)照射法和體外照射法。據(jù)有關報道：如子宮癌手術前放射治療的治愈率可從70％提高到90％；膀胱癌手術前放射治療的治愈率可提高10％以上；肺癌手術后放射治療5年生存率從0提高到20％。單獨放射治療惡性腫瘤5年治愈率可達50%3.4

立體定向放射治療14一、概述1949年瑞典神經(jīng)科學家Leksell首先提出了放射外科學理論，設想利用立體定向技術，使用大劑量的高能量射線束（X、

、質子、中子等）一次性摧毀靶點的病變組織。此

后近二十年有許多科學家進行了研究和實

驗，于1968年建造了世界上第一臺

刀，并于1972年－1974年成功地做了二十多例腦動靜脈畸形和癌癥手術。從此

刀開始用于治療各種神經(jīng)外科和癌癥疾病。3.4

立體定向放射治療(1)15二、

－刀

－刀和X－刀并非通常意義上的有利刃、有把柄、能切割的金屬刀。稱其為“刀”是因為它能象手術刀那樣切除腫瘤，冠以“X”或“

”是因為原動力來自X射線和

射線，所以也是一種放射治療。3.4

立體定向放射治療(2)161．

－刀的基本原理和概況

－刀是將多個放射源靜止性照射到一點上，使該點的劑量很大，從而到達治療的目的。1968年第一臺

－刀在瑞典問世，用179個鈷60源；1974年第二代

－刀用201個鈷60源，照射直徑達4－30mm；八十年代發(fā)展了第三代

－刀，用多個等劑量3.4

立體定向放射治療(3)17中心，更換各種準直器頭盔，應用范圍擴大到顱內(nèi)腫瘤和血管畸形。1984年后

－刀受到世界各國關注和推廣，在英國和阿根廷安裝了第三臺和第四臺

－刀。1987年在美國安裝了北美第一臺

－刀，每個鈷源達30居里，適用于治療面積更大、位置更深的病變。1992年美國已有10臺

－刀，日本有8臺。近年來，我國已引進5臺。3.4

立體定向放射治療(4)2、

－刀的組成

－刀由六部分組成，它們是：放射系統(tǒng)；校準系統(tǒng)（頭盔）；手術臺；控制臺；液壓系統(tǒng)和計算機治療計劃系統(tǒng)。183.4

立體定向放射治療(5)193、

－刀的特點①無手術治療，病人無痛苦；②手術精確，誤差?。ā?.1mm）；③簡便省時,每次治療只需3-小時；④新一代

－刀配合CT、MRI及計算機，使治療過程自動化和程序化。3.4

立體定向放射治療(6)204、

－刀的臨床應用伽瑪?shù)?、X刀治療適應癥：所有的腦內(nèi)良、惡性腫瘤：腦膜瘤、垂體瘤、腦轉移瘤、松果體瘤、三叉神經(jīng)瘤、聽神經(jīng)瘤、血管網(wǎng)織細胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神經(jīng)鞘瘤、NPH癌等癲癇；腦血管畸形、腦血管瘤；五官腫瘤：鼻咽癌、顱咽管瘤、鼻血管纖維瘤、

內(nèi)耳腫瘤、眼球后腫瘤；功能性腦神經(jīng)疾?。?三叉神經(jīng)痛、頑固性

頭痛、帕金森氏病。3.4

立體定向放射治療(7)21三、X－刀1、概述以產(chǎn)生硬X射線的醫(yī)用直線加速器為放射源的立體定位定向裝置，稱為X－刀。其原理是通過Linac機架旋轉控制射線的輸出劑量，照射野的再次準直和治療床的角度變化來使高輻射劑量照射源集中在靶點，而靶區(qū)周圍X射線劑量很小，取得與

－刀相同的治療效果。3.4

立體定向放射治療(8)222、X－刀的特點和評價⑴無痛手術，病人痛苦極小⑵設備簡單，只需對標準直線加速器稍加修改，就非常接近

－刀⑶操作簡單，技術容易掌握⑷造價比

－刀低，容易推廣⑸對環(huán)境污染?、士蓪Χ喾N癌（肝、腎、肺及骨癌等）進行立體放射治療。3.4

立體定向放射治療(10)23評價：預測X－刀將成為未來立體放射治療的主要設備，比

－刀更易推廣。在美國X－刀治療中心有80多個，而

－刀治療中心只有8個。3、X－刀的臨床應用我國從1991年研制第一臺X刀，兩年中就完成了160多病例。第四節(jié)核醫(yī)學24核科學用于經(jīng)濟技術的發(fā)展，為生產(chǎn)力的發(fā)展、社會的進步和人類和平的偉大事業(yè)作貢獻。同時，科學技術，包括核物理、核探測、核輻

射、核材料、核化學和核醫(yī)藥等都已廣泛應核

科學技術也不斷地為人類健康，提高人民的生

活水平服務。除了放射診斷和放射治療，在本

世紀30年代開創(chuàng)的臨床核醫(yī)學就是一門核科學技術與醫(yī)學相結合的新興學科。幾十年來核醫(yī)

學已得到相當大的發(fā)展，在醫(yī)院中放射科和核

醫(yī)學科都已成為現(xiàn)代化醫(yī)院中的重要部門。什么是核醫(yī)學？25核醫(yī)學的定義：核醫(yī)學是核技術與醫(yī)學相結合的學科核醫(yī)學的任務是用放射性核素及核技術來診斷、治療及研究疾病。核醫(yī)學涉及的學科：核物理、核電子、核探測、計算機控制及圖像處理、數(shù)學、放射化學、醫(yī)學的各科等基因突變?表達失控?代謝異常?功能失調(diào)

結構改變

癥狀體征

Disease

is

not

a

THING,

but

a

PROCESS現(xiàn)代醫(yī)學認為：疾病的發(fā)生起源于基因改變→表達物改變→代謝改變→形態(tài)改變26現(xiàn)代醫(yī)學影像技術名稱成像參數(shù)性質X線CT衰減系數(shù)、CT值解剖結構B超超聲波反射解剖結構MRI質子密度、T1、T2、解剖、功能化學位移SPECT放射性濃度代謝功能PET放射性濃度代謝功能PET/CT放射性濃度衰減系數(shù)、CT值代謝功能和解剖SPECT、PET——ECT(emissioncomputed

tomography)27核醫(yī)學內(nèi)容28核醫(yī)學發(fā)展的兩大支柱29放射性藥物---診斷、治療關鍵點是特異性其次是穩(wěn)定性如：11C-胸腺嘧啶-DNA合成金標準，不穩(wěn)定；18F-FLT氟標胸腺嘧啶。穩(wěn)定，但由于3‘端的置換，其磷酸化后不能進一步參與DNA合成，又不能通過細胞膜返回，被局限在細胞內(nèi)。核探測技術---影像定位、定量核醫(yī)學診斷30核醫(yī)學的右手核醫(yī)學診斷--示蹤原理31示蹤劑：參與體內(nèi)某一生理代謝過程的物質+發(fā)射可探測射線的核素=形成示蹤劑。例如：脫氧葡萄糖DG+發(fā)射正電子的18F=18F-FDG代謝過程：靜脈注入后，通過毛細血管壁進入組織。對不同的示蹤劑，有些直接參與體內(nèi)代謝，有些則被限制在某些特定的組織區(qū)域。由于示蹤劑在體內(nèi)的分布與代謝過程是動態(tài)的，所以體內(nèi)各組織部位的示蹤劑濃度是不斷地變化的。探測：在示蹤劑注入體內(nèi)后的整個過程中，都可使用掃描儀在體外探測示蹤劑發(fā)出的輻射信號，從而確定示蹤劑在體內(nèi)的位置，由此得到示蹤劑在體內(nèi)的代謝過程與分布圖像。核醫(yī)學顯像原理32利用放射性藥物用放射性核素標記的示蹤劑引入體內(nèi)參加特定生物活動被特定的組織攝取→定位，定性,定量反映體內(nèi)代謝情況探測顯像顯像設備,顯像條件, 操作程序活體, 分子水平活體內(nèi)示蹤劑分子行為核醫(yī)學顯像設備33核醫(yī)學顯像設備探測

射線

相機

(scintillation

gamma

camera) 1958年H. Anger發(fā)明，Anger相機SPECT

(single

photo

emission

computedtomography)20世紀80年代，單光子發(fā)射斷層掃描儀PET

(

positron

emission

tomography) 20世紀90年代，正電子發(fā)射斷層掃描儀PET/CT21世紀，功能圖像和解剖圖像有機融合SPECT–single

photo

emission

computed

tomography34γ相機---發(fā)射，平面圖像（透射X平片）SPECT---發(fā)射，斷層圖像（透射CT）γ相機探頭繞人體旋轉獲得各個方向的投影（平面）像圖像重建---濾波反投影、迭代獲得斷層圖像圖像重建算法---使圖像更接近真實一直是核醫(yī)學中的一個重點研究方向。γ相機35SPECT3637γ相機、SPECT診斷項目38灌注顯像動態(tài)血池顯像靜態(tài)腫瘤陽性顯像全身骨掃描……數(shù)十種項目，數(shù)十種放射性藥物骨掃描39腫瘤陽性顯像40PET---positron

emission

tomography41正電子核素18F、15O

、13N、11C，人體基本元素，更能反映體內(nèi)代謝發(fā)射出正電子，與一個負電子發(fā)生湮滅輻射e++e-→2γ（511keV，E=mc2)探測正電子湮滅輻射發(fā)出的雙光子不加準直器符合探測，探測環(huán)靈敏度、分辨率↑PET設備42電子對湮沒43PET探測原理PET441964年環(huán)狀頭部PET2001年

GE

DISCOVERY-LS

PET45腦部CT46頭部MRI47PET

????4849SPECT與PET的區(qū)別50放射性核素SPECT

99mTc、131I

.PET

15O、11C、13N、18F

人體基本元素探測信號SPECT:

單光子PET:

雙光子空間定位SPECT:

準直器PET:

符合探測電路空間分辨率SPECT:

8~12mmPET:

3~5

mm靈敏度: PET

>SPECT掃描時間:

PET<SPECTPET/CT51CT與PET比較52PET/CT的特點53CT與PET硬件、軟件同機融合解剖圖像與功能圖像同機融合同一幅圖象既有精細的解剖結構又有豐富生理、生化分子功能信息可用于腫瘤診斷、治療及預后隨診全過程高靈敏度、高特異性、高準確性CT圖像兼做衰減校正PET、CT單獨能實現(xiàn)的，PET/CT一定能實現(xiàn)；

PET/CT能實現(xiàn)的，PET或CT不一定能實現(xiàn)PET顯像特點54

功能顯像

敏感性、特異性較高

缺乏精確的解剖定位PET與CTScans

showing

lung

cancer

(bright

spot

in

the

chest).At

left

-

CT

scan;

center

-

PET

scan;

right

-

combinedCT-PET

scan.55PET-CT融合示意圖56PET-CT融合示意圖57PET-CT融合示意圖58PET、PET/CT

的臨床應用59腫瘤學心臟病學神經(jīng)系統(tǒng)75％－90％10％－20％10％－30％其他（器官移植、感染、創(chuàng)傷、發(fā)育…）生理及藥理實驗核醫(yī)學治療60核醫(yī)學的左手核醫(yī)學治療原理61將放射性核素引入體內(nèi)使用特異性的載體(如RIT）放射性核素標記載體載體參與體內(nèi)生物活動，帶著核素定位到靶器官直接利用核素與靶器官的親和定位作用

131I、153Sm、89Sr定位施放放射性核素（如125I

種子源）將放射性核素直接放到靶器官依靠放射性核素發(fā)射的射線殺死病變細胞核醫(yī)學治療的優(yōu)點62短射程的α、β射線放射性核素局限在靶器官，對正常組織損傷小核醫(yī)學治療的一些項目63甲狀腺疾?。?31I骨轉移瘤：89Sr、153Sm、32P腫瘤放射免疫治療（RIT）：標記抗體α核素、β核素、俄歇電子及內(nèi)轉換電子核素腫瘤間質核素治療：32P腫瘤介入治療皮膚病敷貼治療粒子植入治療：125I“The

difficulty

lies

not

in

new

ideas,but

in

escaping

the

old

ones”(困難不在于創(chuàng)造新的觀念,而在于擺脫舊習慣的影響)—J.M.Keynes64枹鼬砵鰂筽嵙炴伉旃硱呷檮背

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涂大俠

復合肥天try日他你共和國

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