1、核物理基礎(chǔ)核醫(yī)學(xué)是一門典型的邊緣交叉學(xué)科核醫(yī)學(xué)的出現(xiàn)與近代物理學(xué)重要發(fā)現(xiàn)有關(guān)核醫(yī)學(xué)的發(fā)展依賴于近代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展核科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用是20世紀(jì)人類取得的重大成就核物理在核醫(yī)學(xué)中占有基礎(chǔ)性重要的位置1803年，道爾頓（Dolton）創(chuàng)立原子論1869年，門捷列夫（Mendelev）發(fā)現(xiàn)元素周期表1895年，倫琴（Roentgen）發(fā)現(xiàn)X射線1896年，貝克勒爾（Becquere）發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)1911年，盧瑟福（Ruthorford）提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型1913年，玻爾（Bohr）創(chuàng)立量子論1934年，盧瑟福等人首次發(fā)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)1937年，放射性核素首次應(yīng)用于人體核物理學(xué)大事記M

2、arie Curie原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)原子核、核外軌道電子核子nucleon、質(zhì)子proton、中子neutron原子序數(shù)atomic number、質(zhì)量數(shù)mass number元素、定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)核素(nuclide)：具有特定的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)記一定的能量狀態(tài)的一類原子。同位素(isotope)：具有相同的質(zhì)子數(shù)，而中子數(shù)不同的核素互稱同位素。同質(zhì)異能素(isomer)：具有相同的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)，但處于不同核能態(tài)的一類核素。同質(zhì)異

3、能素第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)基 態(tài)142keV140keV099Tc99mTcA shorthand notion of atomXAZNNXAZNXAZmm如：18O; 99mTc ; 99Tcm原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)核素可分為穩(wěn)定性核素和放射性核素庫(kù)侖力核力原子核內(nèi)核子數(shù)比例核子數(shù)的奇偶性核衰變(nuclear decay)：這種由放射性核素自發(fā)地放出一種或幾種射線并轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的過(guò)程稱之為核衰變。醫(yī)用放射性核素來(lái)源：放射性核素發(fā)生器(radionuclide generator)、加速器(accelerator)及核反應(yīng)堆

4、(nuclear reactor)放射性核素衰變的規(guī)律 核衰變的方式及速率取決于原子核的固有特征。放射性核素衰變的類型 衰變、衰變、 衰變、電子俘獲、衰變及內(nèi)轉(zhuǎn)換衰變主要發(fā)生于Z大于82及A大于209的核素衰變中子質(zhì)子反中微子-ZZ+1轉(zhuǎn)變能形成輻射的轉(zhuǎn)變圖粒子數(shù)粒子能量轉(zhuǎn)變能平均中微子能量平均能量輻射連續(xù)能譜質(zhì)子中子ZZ-1正電子中微子 衰變特征X射線俄歇電子質(zhì)子中子電子電子俘獲的轉(zhuǎn)變圖電子俘獲(electron capture；EC)中微子ZZ-180%20%20%60%能級(jí) 1能級(jí) 2300kev500kev300500800204060百分?jǐn)?shù)光子能量kev衰變-正電子N/P高N/P低K

5、殼層電子俘獲X射線俄歇電子內(nèi)轉(zhuǎn)換電子產(chǎn)生輻射的不同核素轉(zhuǎn)變組合圖內(nèi)轉(zhuǎn)換及總圖放射性衰變規(guī)律: 按指數(shù)規(guī)律減少 放射性的基本特點(diǎn)是對(duì)于所有的原子核來(lái)說(shuō)，即使是同種放射性核素的原子核，都沒(méi)有相同的壽命，我們是沒(méi)有辦法測(cè)定或預(yù)測(cè)一個(gè)原子核的壽命的。然而能夠測(cè)出特定的放射性核素的原子核的平均壽命。平均壽命是每種給定的核素的獨(dú)特特征。時(shí)間T放射性核壽命的差異衰變常數(shù)：半衰期：0.693/物理半衰期：Tp生物半衰期：Tb有效半衰期：Teffepb在器官上的活度放射性衰減Tp=5h生物排泄Tb=3h0相對(duì)性活度0.5時(shí)間放射性衰減生物排泄有效有效半衰期的計(jì)算TpTbTp+TbTe=1.9hepbepbTe-

6、1Tp-1Tb-1放射性活度: 單位時(shí)間內(nèi)原子核衰變的數(shù)目。1 Ci = 3.71010Bq1 mCi = 37 MBq1 Ci = 37 KBq比放射性活度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或容積的放射性制劑中的放射性活度。單位：Bq/mg； Bq/ml放射系列：放射性母體-放射性子體 鈾、錒、釷、镎四系長(zhǎng)期平衡：母核半衰期遠(yuǎn)大于子核-平衡時(shí)二者放射性強(qiáng)度相等暫態(tài)平衡：母核半衰期略大于子核(幾倍) -平衡時(shí)子核放射性強(qiáng)度隨母核衰減而不斷減少連續(xù)放射性衰變：放射系列及放射平衡活度母體發(fā)生器中鉬和锝的活度暫態(tài)平衡示意圖原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)帶電粒子與物質(zhì)

7、的相互作用： 電離、激發(fā)、散射nucleus入射粒子nucleus次級(jí)電子帶電粒子與物質(zhì)的相互作用： 韌致輻射（bremsstrahlung）nucleus韌致輻射韌致輻射發(fā)生概率隨帶電粒子能量的增大而增大，與受阻物質(zhì)的原子序數(shù)平方呈正比。湮沒(méi)輻射：(annihilation radiation) 正電子在介質(zhì)中能量耗盡時(shí)與物質(zhì)中的自由電子結(jié)合，正負(fù)電荷抵消，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)方向相反、能量各為511Kev的光子而自身消失。帶電粒子與物質(zhì)的相互作用： 淹沒(méi)輻射光子與物質(zhì)的相互作用：nucleusnucleus入射光子康譜頓電子散射光子入射光子光電子光電效應(yīng)nucleus康普頓效應(yīng)+e入射光子電子對(duì)效應(yīng)

8、原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)放射性活度（A）是用來(lái)度量放射性核素的核衰變快慢，即表示單位時(shí)間內(nèi)核衰變數(shù)目的物理量。定義為：一定量的放射性核素在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以該時(shí)間間隔，即A= dN/dt。 國(guó)際單位為貝可勒爾，簡(jiǎn)稱貝可（Bq），1 Bq表示放射性核素在1秒內(nèi)發(fā)生1次核衰變。舊單位是居里（Ci），1Ci = 3.71010Bq。照射量（exposure X）是用來(lái)度量輻射場(chǎng)強(qiáng)弱的一種物理量。定義：X射線或射線在單位質(zhì)量（dm）的空氣中完全被阻止時(shí)，與原子作用所產(chǎn)生的同種符號(hào)離子的總電荷（dQ）絕對(duì)值與空氣質(zhì)量之比

9、即： X = dQ/dm。 國(guó)際單位為庫(kù)侖每千克（Ckg-1），舊單位為倫琴（R），1R=2.5810-4Ckg-1。 吸收劑量（absorbed dose D）是用來(lái)反映受照射物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。定義為電離輻射授予單位質(zhì)量dm物質(zhì)的平均能量dE與該單位質(zhì)量物質(zhì)質(zhì)量dm之比。 D= dE / dm。國(guó)際單位為戈瑞（Gy），1 Gy即1Jkg-1。舊的單位為拉德（rad）,1Gy=100rad。 當(dāng)量劑量（equivalent dose）是反映各種射線被吸收后引起的生物效應(yīng)及危險(xiǎn)度的物理量。它是在吸收劑量的基礎(chǔ)上引入與輻射類型有關(guān)的權(quán)重因子計(jì)算出來(lái)的，是按照輻射權(quán)重因子加權(quán)的吸收劑

10、量 。通常以Q表示不同射線引起的生物效應(yīng)的品質(zhì)因素，X、射線及正電子的Q1，粒子Q=20，快中子的Q=10。國(guó)際單位為希沃特（Sv），舊的單位為雷姆（rem）, 1Sv=100rem。 有效劑量（effective dose）是用于評(píng)價(jià)全身受到非均勻照射情況下，發(fā)生隨即效應(yīng)幾率的物理量。即：在全身受到非均勻照射情況下，受照組織或器官的當(dāng)量劑量與相應(yīng)的組織權(quán)重因子乘積的總和。單位當(dāng)量劑量在受照組織或器官中引起隨機(jī)效應(yīng)的幾率稱為危險(xiǎn)度。受照組織或器官的危險(xiǎn)度與全身受照總危險(xiǎn)度之比即為該受照的組織或器官的組織權(quán)重因子。單位同當(dāng)量劑量。 舉例：例如有甲、乙2人，甲的骨表面接受0.3Sv當(dāng)量劑量的照射，

11、而乙的骨表面接受0.1Sv當(dāng)量劑量的照射，同時(shí)肝臟又受到0.1Sv的照射，哪個(gè)人危險(xiǎn)更大些？(骨的組織權(quán)重因子為0.01，肝的組織權(quán)重因子為0.05)？答：E甲= 0.010.3 = 0.003 Sv甲相當(dāng)于全身均勻照射0.003Sv 的危險(xiǎn)性。E乙= 0.010.1 + 0.050.1 = 0.006 Sv乙相當(dāng)于全身均勻照射0.007Sv的危險(xiǎn)性。顯然乙受到輻射的危害大于甲。 原子核及核外軌道電子核衰變類型及其規(guī)律核射線與物質(zhì)的相互作用輻射量及其單位核醫(yī)學(xué)輻射防護(hù)“水能載舟，亦能覆舟”，輻射防護(hù)的目的就是要把放射線對(duì)人的影響減少到最低限度。只有掌握有關(guān)射線對(duì)人體影響的知識(shí)和防護(hù)措施，才能趨

12、利避害，化害為利。Radiation need not be feared, but it must be respected。 Morgan輻射防護(hù)(radiation protection)天然本底輻射在人類生存的環(huán)境中，天然存在著多種射線和放射性物質(zhì)，這被稱為天然本底輻射。天然本底輻射主要來(lái)自宇宙射線(cosmic radiation)和地球輻射(earth radiation)。本底當(dāng)量時(shí)間 表示在臨床核醫(yī)學(xué)防護(hù)工作中，病人所受的輻射劑量的大小可以用相當(dāng)于在多長(zhǎng)時(shí)間（幾月或幾年）內(nèi)受的天然本底輻射的劑量。 例如，一般病人在一次普通的核醫(yī)學(xué)顯像過(guò)程中全身接受的平均輻射劑量約為3.6 mS

13、v ，大約相當(dāng)于世界上多數(shù)地區(qū)一年的平均天然本底輻射劑量(1-6 mSv)。 電離輻射對(duì)人體的影響從放射衛(wèi)生防護(hù)的需要考慮，根據(jù)國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（International Commission of Radiation Protection，ICRP） 26號(hào)出版物按劑量效應(yīng)關(guān)系把輻射生物效應(yīng)分為確定性效應(yīng)(determinate effect)和隨機(jī)效應(yīng)(stochastic effects) 。確定性效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)確定性效應(yīng)(determinate effect) 確定性效應(yīng)是指輻射損傷的嚴(yán)重程度與所受劑量呈正相關(guān)，有明顯的閾值，劑量未超過(guò)閾值不會(huì)發(fā)生有害效應(yīng)。一般是在短期內(nèi)受較大劑量

14、照射時(shí)發(fā)生的急性損害。 確定性效應(yīng)隨機(jī)效應(yīng)(stochastic effects) 隨機(jī)效應(yīng)研究的對(duì)象是群體，是輻射效應(yīng)發(fā)生的幾率（或發(fā)病率而非嚴(yán)重程度）與劑量相關(guān)的效應(yīng)，不存在具體的閾值。 輻射防護(hù)的原則和措施 輻射防護(hù)的目的 防止有害的確定性效應(yīng)，限制隨機(jī)效應(yīng)的發(fā)生率，使之達(dá)到可以接受的水平?？傊鞘挂磺芯哂姓?dāng)理由的照射保持在可以合理做到的最低水平。輻射防護(hù)的原則 實(shí)踐的正當(dāng)化 放射防護(hù)最優(yōu)化 個(gè)人劑量限值 放射工作人員劑量限制標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)5年的年平均有效劑量為20mSv。任何一年的年有效劑量為50mSv。眼晶體的年當(dāng)量劑量為150mSv。四肢或皮膚的年當(dāng)量劑量為500mSv。外照射防護(hù)措施

15、 經(jīng)典的外照射防護(hù)的三原則時(shí)間(time)防護(hù) 距離(distance)防護(hù) 屏蔽(shielding)防護(hù)對(duì)病人主要是內(nèi)照射（即放射性核素進(jìn)入人體內(nèi)產(chǎn)生的照射），對(duì)醫(yī)務(wù)人員主要是外照射（即放射性核素從人體外發(fā)射的射線對(duì)人體產(chǎn)生的照射），但管理不當(dāng)也可產(chǎn)生內(nèi)照射。由于放射性藥物在體內(nèi)的特殊分布，病人全身受照劑量小，個(gè)別器官、組織受照劑量高。核醫(yī)學(xué)輻射的特點(diǎn)內(nèi)照射防護(hù) 開(kāi)放性放射源可能通過(guò)口、呼吸道、皮膚傷口等途徑進(jìn)入人體，造成對(duì)人體的內(nèi)照射。內(nèi)照射防護(hù)的關(guān)鍵及原則是盡一切可能防止放射性核素進(jìn)入體內(nèi)。具體措施包括：盡量減少實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所及環(huán)境污染，定期進(jìn)行污染檢查和監(jiān)測(cè)，把放射性核素的年攝入量控制在國(guó)

16、家規(guī)定的限值以內(nèi)。 按照輻射危害將放射性核素分為極毒性組、高毒組、中毒組和低毒組。根據(jù)等效年用量大小將放射性工作場(chǎng)所分為3級(jí)。場(chǎng)所不同制度不同。 圍封：放射性工作必須在指定的區(qū)域進(jìn)行，避免放射性向環(huán)境擴(kuò)散。保潔和去污：嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，避免發(fā)生污染個(gè)人防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及按規(guī)定處理放射性廢物內(nèi)照射防護(hù)的措施按原則處理放射性廢物 放置衰變 稀釋排放 濃縮儲(chǔ)存內(nèi)照射防護(hù)的措施核醫(yī)學(xué)工作人員和患者受輻射劑量比較 臨床核醫(yī)學(xué)檢查患者受照劑量與天然本底輻射比較 據(jù)報(bào)道在美國(guó)一次普通的核醫(yī)學(xué)顯像全身接受的平均輻射劑量約為3.6 mSv，大約相當(dāng)于世界上平均天然本底輻射劑量（3.7 mSv）。 國(guó)內(nèi)調(diào)查的劑量略高于國(guó)外，若扣除放射性藥物劑量因素，一次核醫(yī)學(xué)檢查患者接受的輻射劑量大概與平均天然本底輻射劑量接近。核醫(yī)學(xué)檢查患者受照劑量與其它放射檢查項(xiàng)目比較核醫(yī)學(xué)檢查中腦、骨、心臟顯像檢查給藥劑量較大，所受的有效當(dāng)量劑量輻射劑量超過(guò)5.0 mSv，其余有效當(dāng)量劑量均較低。X線檢查僅有少數(shù)部位的攝片檢查所受輻射劑量略低于核醫(yī)學(xué)檢查，大多數(shù)檢查均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于核醫(yī)學(xué)檢查。 核醫(yī)學(xué)工作人員所受的輻射劑量分析 核醫(yī)學(xué)工作人員外照射當(dāng)量