核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

：人類對自然的基礎(chǔ)研究。它們在實際生活中廣泛應(yīng)用,造福于人類。這里我們把核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用作為一個例子,來說明這一點。:人類對原子核的研究,開始時是基礎(chǔ)研究,是為了認識原子核的性質(zhì)。這些基礎(chǔ)研究工作引出了原子能的利用,對人類產(chǎn)生了很大的影響。核技術(shù)的發(fā)展以及核技術(shù)的應(yīng)用,是和平利用原子能的一個方面。:人類通過長期的科學(xué)研究,已經(jīng)認識了原子核的許多基本規(guī)律,而且能夠把原子核內(nèi)部的能量釋放出來,它們簡稱原子能。例如在核電站中,就是利用重原子核裂變時放出的能量來發(fā)電的?，F(xiàn)在還正在研究如何利用輕原子核聚變時釋放的能量來發(fā)電,核聚變能源將是人類未來的能源。這些是和平利用原子能的主要方面。:除了利用原子能作為能源外,和平利用原子能還有其它許多方面。在原子核科學(xué)的研究中發(fā)展了許多新技術(shù),例如加速器技術(shù)、反應(yīng)堆技術(shù)、探測器技術(shù)、射線技術(shù)、放射性核素技術(shù)、核分析技術(shù)等等,它們統(tǒng)稱核技術(shù)。:這些核技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域中,有的還應(yīng)用到日常生活方面(如集裝箱檢查、火災(zāi)報警等),它們產(chǎn)生了很大的社會效益和經(jīng)濟效益。其中核技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,直接為人民的健康服務(wù),是和平利用原子能的重要方面。:為了說明與醫(yī)學(xué)中應(yīng)用有關(guān)的核技術(shù),我們先講一一些原子核和核技術(shù)方面的知識。:我們知道,原子核是由中子和質(zhì)子組成的。每一種原子核具有確定數(shù)目的中子和確定數(shù)目的質(zhì)子。:核素有穩(wěn)定的,稱為穩(wěn)定核素。還有不穩(wěn)定的核素,稱為放射性核素。例如氧原子核的核素:含有8個中子和8個質(zhì)子的氧原子核,通常寫作:不穩(wěn)定的放射性核素會衰變,它們通過放出射線,衰變成為穩(wěn)定的核素。放射的射線有α射線(氦原子核)、β射線(電子或正電子)、γ射線(高能的光子)等。:例如氟的放射性核素:放射性核素有半衰期,這就是它的活度衰減到原來活度一半所需的時間。每一種放射性核素都有它固有的半衰期。例如氧-15的半衰期只有2分鐘,氟-18的半衰期是2小時,等等。:具有超短半衰期的不穩(wěn)定核素,必須在制造出來之后馬上應(yīng)用,不然很快就衰變成穩(wěn)定核素了。這就是為什么在醫(yī)院里應(yīng)用超短半衰期的放射性核素時,必須把產(chǎn)生放射性核素的小型加速器放在顯象儀器附近的原因。但是半衰期較長的(如幾個小時)核素就沒有這種要求了,因為在制造出來后,可以運到醫(yī)院里去應(yīng)用。:通常核射線是指從原子核里放射出來的射線。用反應(yīng)堆或者加速器可以產(chǎn)生各種放射性核素,它們是放出射線的源,簡稱放射源。此外,用反應(yīng)堆或者加速器可以直接產(chǎn)生電子束、質(zhì)子束、重離子束、中子束等粒子束,都統(tǒng)稱為射線。:用加速器能夠直接產(chǎn)生帶電粒子束。加速器加速帶電粒子,把它們的能量提高,把具有足夠能量的帶電粒子引出加速器,供醫(yī)療應(yīng)用。電子束、質(zhì)子束、重離子束都是這樣產(chǎn)生的,當(dāng)然加速器的種類有所不同。:用反應(yīng)堆或者加速器還可以產(chǎn)生中子。中子是不帶電的。通過反應(yīng)堆里的核反應(yīng),或加速器帶電粒子轟擊靶子時的核反應(yīng),都可以產(chǎn)生中子束,供醫(yī)療應(yīng)用。:粗略地說,常把能量較高的中子叫快中子,能量較低的中子叫慢中子,它們在醫(yī)療上各有不同的用處。:核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用有兩個重要方面,第一個方面是射線(粒子束)的應(yīng)用,第二個方面是放射性核素的應(yīng)用。這兩方面的應(yīng)用都和射線的特性有關(guān)。:射線(粒子束)遇到人體,一部分被人體吸收,一部分穿透人體。不同種類和不同能量的射線,穿透人體的能力是不同的。:利用射線被人體吸收的特性,可以把射線作為殺傷腫瘤的“手術(shù)刀”。因為射線被腫瘤組織吸收后能夠殺傷腫瘤組織。:利用射能穿透人體的特性,可以把射線作為診斷人體疾病的工具。通常的X射線CT就是在體外用射線照射人體,通過人體不同組織的不同穿透程度來診斷疾病的。:在核醫(yī)學(xué)中還用放射性核素作為“示蹤劑”。放射性核素在衰變時放出射線,通過測量這些射線,可以對放射性核素所處的位置進行很靈敏的“跟蹤”。這種技術(shù)叫做放射性核素的示蹤技術(shù)。:把放射性核素和其它物質(zhì)結(jié)合在一起,稱為放射性“標(biāo)記”,各種物質(zhì)都可以用合適的核素去標(biāo)記。例如:用氧-15標(biāo)記的水,用氟-18標(biāo)記的葡萄糖,用锝-99m標(biāo)記的各種藥物等等。:把放射性核素標(biāo)記的物質(zhì)注入到人體內(nèi),它們參與人體內(nèi)部的生理活動,在人體內(nèi)有一定的分布。而它們衰變時放出的射線可以穿出人體,在體外測量。它們就起了人體內(nèi)示蹤劑的作用。:這樣說來,射線既可以用來治療疾病(主要是用來治療腫瘤),又可以用來診斷疾病。治療疾病時是直接用射線作為“手術(shù)刀”。診斷疾病時是用射線作為“透視光”,或者是用放射性核素作為“示蹤劑”。:治療疾病和診斷疾病的要求和做法是不同的,所以在醫(yī)學(xué)上要根據(jù)不同的情況,選用不同種類、不同強度的射線或放射性核素。:在治療疾病時,通常在體外使用射線束,所用的射線強度比較強,而且要求射線集中在腫瘤部位,對腫瘤的殺傷能力大。:在用射線體外診斷疾病時,所用的射線強度不要強,要求診斷人體不同組織時圖象對比分明。而在用放射性核素診斷疾病時,把核素標(biāo)記的物質(zhì)注入人體內(nèi),所用的核素放出的射線強度非常弱,只要求核素起示蹤作用而對人體影響很小,射線能穿透出人體,在外面被記錄下來。:雖然上面提到的工作都是核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,但是在醫(yī)院里,為方便起見,通常把上面兩方面不同的應(yīng)用分到不同的科室,如放射科、放療科和核醫(yī)學(xué)科。:據(jù)我了解,大致說來,在體外用射線診斷疾病,是由放射科進行的;在體外用射線治療疾病主要由放療科完成;而在體內(nèi)用放射性核素診斷疾病是由核醫(yī)學(xué)科進行的。:在設(shè)備方面,放療科所用的放射治療設(shè)備過去主要是放射源,例如放射γ射線的:核醫(yī)學(xué)科所用的核醫(yī)學(xué)顯象設(shè)備,目前主要是SPECT和PET。SPECT是單光子發(fā)射斷層顯象設(shè)備的簡稱,診斷時用放射γ射線的核素標(biāo)記的示蹤劑(例如用锝-99m標(biāo)記的顯象劑),它們在人體內(nèi)放射的γ射線在體外用SPECT測量。因為測量的是單個γ射線,所以稱為單光子發(fā)射斷層顯象。:PET是正電子發(fā)射斷層顯象設(shè)備的簡稱,診斷時用放射正電子的核素標(biāo)記的示蹤劑,(例如用氟-18標(biāo)記的葡萄糖,簡稱:因為核醫(yī)學(xué)診斷時所用的示蹤劑放出射線的強度很弱,而且放射性核素是衰變的,在經(jīng)過幾個半衰期后,人體里面就沒有放射性核素了,所以SPECT和PET的診斷對人體是安全的、無損傷的。:在SPECT設(shè)備中,是用大塊的碘化鈉晶體組成的探測器記錄射線。在PET設(shè)備中,是由成百上千個小的晶體(例如鍺酸鉍晶體)組成的環(huán)形探測器記錄射線。這些設(shè)備不但記錄穿出人體的射線,而且通過這些射線對人體內(nèi)射線源的分布掃描成象,所以它們都稱為斷層顯象。:我國核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用方面取得了可喜的成績。:在射線治療方面,50年代初我國就開始進行放射治療了?，F(xiàn)在醫(yī)院里對腫瘤的治療,在手術(shù)和化學(xué)治療之外,放射治療已經(jīng)成為重要的治療手段之一,而且常常和手術(shù)及化學(xué)治療結(jié)合起來應(yīng)用。在射線診斷方面,我國醫(yī)院里CT應(yīng)用很廣。:在核醫(yī)學(xué)方面,在1956年舉辦了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的放射性同位素(核素)學(xué)習(xí)班和放射性同位素測量儀器訓(xùn)練班,在60年代初就開展了核醫(yī)學(xué)的工作。:目前我國醫(yī)院中已有300余臺SPECT設(shè)備,用國產(chǎn)的多種放射性顯象劑進行臨床診斷。例如用锝-99m標(biāo)記的腦和心肌血流灌注斷層顯象已有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在我國已有十幾臺PET設(shè)備,其中包括我國自行研制的和從國外引進的PET。:目前我國許多醫(yī)療和科研單位在進行臨床醫(yī)療的同時,還正在開展核醫(yī)學(xué)和放射治療中先進技術(shù)的研究。:這些方面有那些先進技術(shù)呢?:舉例說,粒子束治癌、PET應(yīng)用、新型的放射性藥物、新的醫(yī)學(xué)圖象處理等等都是。這些先進技術(shù)可以用來衡量一個國家現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的水平。同時,粒子束治癌加速器的研制、新型PET設(shè)備的研制、新型放射性藥物的研制、新的醫(yī)學(xué)圖象處理軟件的開發(fā)等,也已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的高新技術(shù)和高新產(chǎn)業(yè)。:我們先談?wù)劻Ｗ邮伟┌?它們和現(xiàn)有的常規(guī)放射治療技術(shù)有什么不同呢?:常規(guī)放射治療是用電子加速器產(chǎn)生的電子和γ射線。粒子束治癌指用質(zhì)子束治癌、或重離子束治癌、或快中子束治癌、或慢中子俘獲治癌。其中所用的質(zhì)子或重離子、中子等,都叫粒子束。所以統(tǒng)稱為粒子束治癌。:質(zhì)子治癌是用質(zhì)子加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束照射腫瘤。重離子治癌是用重離子加速器產(chǎn)生的重離子束照射腫瘤。它們和電子、γ射線相比有那些優(yōu)點呢?:這要從質(zhì)子、重離子與電子、γ射線在人體中不同的吸收特性來說明。:是的。已經(jīng)知道,γ射線在人體內(nèi)是連續(xù)地被吸收的。在進入人體后,開始時能量損失多,到后面逐漸減少。γ射線照射腫瘤,不可避免地會穿過正常組織。當(dāng)γ射線穿過腫瘤前面的正常組織時,正常組織吸收的γ射線比腫瘤處還多,這對人體是不利的。:現(xiàn)在用轉(zhuǎn)動γ射線束的方法,使正常組織“分攤”這種不利的照射,而腫瘤處仍受到集中的照射。:不過正常組織總是受影響的。不但是在腫瘤前面的正常組織,而且還有在腫瘤后面的正常組織,都是受影響的。用電子束時情況也與此類似。:質(zhì)子和重離子都是帶電重粒子。具有一定能量的質(zhì)子(或重離子)在物質(zhì)中有一定的“射程”,也就是說,它們穿透到物質(zhì)中一定深度處就停止下來。質(zhì)子(或重離子)和物質(zhì)作用而損失能量,有一個特點是:它們在射程末端之前能量損失比較小,而在射程末端處的能量損失最大。:利用質(zhì)子(或重離子)能量損失集中于射程末端的特性,在用質(zhì)子束(或重離子束)治療腫瘤時,可以把它們的能量調(diào)節(jié)好,使它們正好在腫瘤的部位停下來,這時對腫瘤的殺傷能力最大,而在腫瘤前面質(zhì)子(或重離子)穿過的正常組織,受到的損傷較小,至于腫瘤后面的正常組織,因為質(zhì)子(或重離子)已經(jīng)停在腫瘤部位,所以是不受影響的。:質(zhì)子束(或重離子束)的能量和束的形狀都很容易調(diào)節(jié),因此就容易對腫瘤進行“適形治療”。也就是說,根據(jù)腫瘤的部位和形狀,制定精密的照射計劃,調(diào)節(jié)質(zhì)子束(或重離子束)的能量和束的形狀,使之照射到腫瘤部位,同時盡量避開正常組織,這樣可以取得很好的療效。:此外,質(zhì)子(或重離子)可以聚焦成很細的束。有些腫瘤,例如眼部腫瘤,要求用很細的質(zhì)子束(或重離子束)照射小的腫瘤,而不傷及附近的健康組織。這對治療腫瘤時保護重要器官和組織是很有用的。:腫瘤的種類很多,不同射線的治療有各自的適應(yīng)癥。臨床醫(yī)師會根據(jù)腫瘤的種類和分期,選擇適用的射線來進行治療。:快中子束治癌是用快中子束照射腫瘤,快中子的能量會被腫瘤吸收,因而達到治療的目的。但慢中子俘獲治癌是根據(jù)什么原理呢?:有一些核素(例如硼的一種核素)吸收慢中子的能力特別大。它們吸收慢中子后,發(fā)生原子核反應(yīng),“就地”放出能量?？梢岳眠@種能量來殺傷腫瘤。:那就得把含這種核素的藥物注入人體,并且使它們集中到腫瘤部位才行吧?:是的。這些是“親腫瘤”的藥物,它們會在人體內(nèi)濃集到腫瘤部位,而在正常組織中非常少。然后在體外用慢中子照射腫瘤部位。當(dāng)慢中子穿透到人體內(nèi)遇到這種核素時,被吸收而放出能量。:因為這些核素是濃集在腫瘤處的,所以在腫瘤部位放出能量,而對腫瘤起殺傷作用。如果人體內(nèi)腫瘤以外的正常組織中沒有這種核素,就不會受到影響。:這種技術(shù)既要求有含有這些核素的藥物,又要求有中子束。目前這種技術(shù)正在發(fā)展之中,尚未達到正式臨床治療的階段。:在談了粒子束治癌技術(shù)后,我們再談?wù)凱ET應(yīng)用、新型放射性藥物和新的醫(yī)學(xué)圖象處理技術(shù)吧。:核醫(yī)學(xué)的診斷技術(shù)和其它的影像診斷技術(shù),如超聲診斷、X射線、CT和核磁共振成象(MRI)等,是互相補充的。在診斷解剖結(jié)構(gòu)問題時,不必用核醫(yī)學(xué)技術(shù)。核醫(yī)學(xué)診斷的特長是診斷功能問題。:是的。核醫(yī)學(xué)診斷的靈敏度高,而且放射性藥物的種類繁多,診斷有特異性,因此在功能診斷方面有它的特長。:核醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)包括三個部分,一是顯象設(shè)備,二是診斷用的放射性藥物,三是醫(yī)學(xué)圖象處理。發(fā)展這三方面技術(shù)都很重要。:在設(shè)備方面,PET是核醫(yī)學(xué)的先進顯象設(shè)備。在放射性藥物方面,前面提到過的::目前心臟血管疾病、腫瘤和腦功能疾病,是威脅人民健康的三種重大疾病。PET-:在心血管疾病的診斷方面,用PET-:在腫瘤的診斷方面,惡性腫瘤細胞大量分裂,使得腫瘤部位消耗的能量顯著地高于正常組織。用PET-:在腦功能疾病的診斷方面,用PET-:核醫(yī)學(xué)的顯象設(shè)備,除SPECT和PET外,最近發(fā)展一種符合型SPECT。因為PET的造價太高,符合型SPECT是一種簡化的PET,造價比較低。:符合型SPECT的原理是用兩個SPECT探頭,它們既可以作為SPECT用,又可把兩個相對放置的SPECT探頭進行“符合測量”,這時可以起正電子發(fā)射斷層顯象的作用。:“符合測量”的意思是,SPECT的兩個探頭分別記錄正電子湮滅產(chǎn)生的一對γ光子中的一個,又要求這兩個信號是同時輸出的,才進行測量,因此就可以對正電子發(fā)射斷層顯象了。它比PET的性能略差一些,但既可以當(dāng)作SPECT用,又可以當(dāng)用PET用。:是的。在當(dāng)作SPECT用時,是用放射γ射線的核素標(biāo)記的示蹤劑。在當(dāng)作PET用時,是用放射正電子的核素標(biāo)記的示蹤劑。:在放射性藥物方面,近年來研制成多種新型的放射性藥物,應(yīng)用于臨床診斷。此外,用短半衰期核素標(biāo)記PET顯象藥物的工作也很受注意。:在人體內(nèi)部的元素中,氫、氧、碳、氮等元素是主要成分。氧、碳、氮等除穩(wěn)定核素外,都有放射正電子的核素,用這些放射性核素標(biāo)記的各種藥物,