2025年大學(xué)《核物理》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——基于核物理原理的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.某放射性核素發(fā)生β?衰變，其原子核質(zhì)量數(shù)A和電荷數(shù)Z的變化分別為：A.A減1，Z不變B.A減4，Z減2C.A不變，Z減1D.A減1，Z減12.放射性衰變定律描述了放射性核素?cái)?shù)量隨時(shí)間減少的規(guī)律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式N(t)=N?e?λt中，λ代表：A.初始核素?cái)?shù)量B.衰變常數(shù)C.半衰期D.平均壽命3.當(dāng)能量為E的γ光子與原子核發(fā)生作用時(shí)，可能產(chǎn)生的次級(jí)粒子或現(xiàn)象不包括：A.光電子效應(yīng)B.康普頓散射C.電子對(duì)生成D.α粒子衰變4.在正電子發(fā)射斷層掃描（PET）中，探測(cè)器主要探測(cè)到的物理過(guò)程是：A.β?粒子的發(fā)射B.α粒子的發(fā)射C.正電子與電子湮滅產(chǎn)生的γ光子對(duì)D.中子的俘獲5.下列哪種核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)主要利用放射性核素發(fā)射的β?粒子？A.SPECTB.PETC.閃爍掃描D.X射線(xiàn)CT6.標(biāo)記放射性藥物時(shí)，常用的β?發(fā)射核素和β?發(fā)射核素分別適用于哪些情況？A.β?適用于需要長(zhǎng)時(shí)間體內(nèi)滯留，β?適用于需要短時(shí)間體內(nèi)滯留B.β?適用于需要短時(shí)間體內(nèi)滯留，β?適用于需要長(zhǎng)時(shí)間體內(nèi)滯留C.兩者均適用于需要長(zhǎng)時(shí)間體內(nèi)滯留D.兩者均適用于需要短時(shí)間體內(nèi)滯留7.在核醫(yī)學(xué)成像中，閃爍探測(cè)器通常由哪幾部分組成？A.探測(cè)器晶體、光電倍增管、前置放大器B.探測(cè)器晶體、屏蔽層、反射層C.探測(cè)器晶體、位置編碼器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D.探測(cè)器晶體、準(zhǔn)直器、衰減材料8.國(guó)際單位制（SI）中，吸收劑量的單位是：A.居里（Ci）B.拉德（rad）C.格雷（Gy）D.希沃特（Sv）9.對(duì)于內(nèi)照射防護(hù)，以下哪種措施是有效的？A.增加工作場(chǎng)所距離B.使用鉛板屏蔽C.加強(qiáng)通風(fēng)D.穿戴防護(hù)服10.PET和SPECT成像的主要區(qū)別之一在于它們探測(cè)到的γ光子能量：A.PET探測(cè)更高能量的γ光子，SPECT探測(cè)更低能量的γ光子B.PET探測(cè)更低能量的γ光子，SPECT探測(cè)更高能量的γ光子C.PET和SPECT探測(cè)的γ光子能量通常相同D.PET探測(cè)正電子，SPECT探測(cè)β?粒子二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線(xiàn)上）1.放射性核素衰變過(guò)程中，原子核從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)，通常發(fā)射__________輻射。2.根據(jù)放射性衰變定律，半衰期是指放射性核素__________減少到初始值一半所需的時(shí)間。3.γ射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用主要有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和__________三種方式。4.在PET成像中，正電子湮滅產(chǎn)生的兩個(gè)511keV的γ光子在空間上具有__________關(guān)系。5.標(biāo)記放射性藥物時(shí)，需要選擇半衰期、物理化學(xué)性質(zhì)和生物分布等與靶器官或病理過(guò)程相匹配的__________。6.閃爍探測(cè)器中的探測(cè)器晶體材料通常具有高密度、高原子序數(shù)和良好的__________特性。7.輻射防護(hù)的基本原則是__________、時(shí)間防護(hù)和距離防護(hù)。8.當(dāng)量劑量是用于評(píng)估電離輻射對(duì)不同組織器官損傷風(fēng)險(xiǎn)的重要物理量，其計(jì)算公式為當(dāng)量劑量=吸收劑量×_________。9.單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）通常需要旋轉(zhuǎn)采集數(shù)據(jù)，以克服__________帶來(lái)的圖像模糊問(wèn)題。10.醫(yī)學(xué)核物理中，活度（A）的定義為單位時(shí)間內(nèi)的衰變次數(shù)，其國(guó)際單位制單位是__________。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述正電子（β?）衰變的過(guò)程及其釋放的能量形式。2.解釋什么是閃爍探測(cè)器，并簡(jiǎn)述其主要工作原理。3.闡述醫(yī)用放射性核素示蹤法的原理及其在核醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述電離輻射可能對(duì)人體細(xì)胞產(chǎn)生的生物效應(yīng)，并說(shuō)明輻射防護(hù)的重要性。四、計(jì)算題（每小題10分，共30分）1.已知某放射性核素的半衰期為5天，初始活度為1000MBq。求：a.10天后該核素的活度是多少M(fèi)Bq？b.經(jīng)過(guò)多少時(shí)間，該核素的活度衰減到250MBq？2.假設(shè)一個(gè)PET探測(cè)器對(duì)來(lái)自衰變?cè)矗ㄎ挥谔綔y(cè)器前方中心）的511keVγ光子對(duì)的探測(cè)效率為30%。如果該源每秒發(fā)射10?對(duì)正電子湮滅產(chǎn)生的γ光子，求該探測(cè)器每秒能探測(cè)到多少對(duì)γ光子？3.某患者接受了一次內(nèi)照射診斷，接受了5.0mGy的總吸收劑量。假設(shè)該劑量主要分布在外周血細(xì)胞中，外周血細(xì)胞組織的相關(guān)輻射權(quán)重因子為0.12。求該患者外周血細(xì)胞組織所受的當(dāng)量劑量是多少mSv？五、論述/分析題（15分）分析比較正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）在物理原理、技術(shù)特點(diǎn)、圖像質(zhì)量和臨床應(yīng)用方面的主要異同點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.C解析：β?衰變是一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)發(fā)射一個(gè)電子（β?粒子）和一個(gè)反電子中微子。因此，原子核的電荷數(shù)Z增加1，質(zhì)量數(shù)A保持不變。2.B解析：放射性衰變定律公式N(t)=N?e?λt中的λ是衰變常數(shù)，它表示單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的概率。3.D解析：α粒子衰變是放射性衰變的一種方式，不是γ光子與原子核相互作用產(chǎn)生的次級(jí)粒子或現(xiàn)象。4.C解析：PET成像的核心是探測(cè)由正電子與電子湮滅產(chǎn)生的、在空間上呈對(duì)角分布的兩個(gè)511keV的γ光子。5.B解析：PET利用正電子發(fā)射核素（如1?F、12?I）發(fā)射的β?粒子。雖然β?最終轉(zhuǎn)化為正電子導(dǎo)致湮滅，但源頭是β?發(fā)射。6.A解析：β?核素發(fā)射的β?粒子穿透力較強(qiáng)，適用于需要較長(zhǎng)時(shí)間在體內(nèi)維持放射性以進(jìn)行追蹤或成像。β?核素發(fā)射的β?粒子射程短，適用于需要較短時(shí)間滯留的成像或示蹤。7.A解析：閃爍探測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)包括能吸收射線(xiàn)并產(chǎn)生熒光的光電晶體、將熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電倍增管，以及放大微弱電信號(hào)的前置放大器。8.C解析：吸收劑量（D）的國(guó)際單位制單位是Gray（戈[瑞]），符號(hào)為Gy。1Gy=1J/kg。9.C解析：內(nèi)照射是指放射性核素進(jìn)入體內(nèi)。加強(qiáng)通風(fēng)可以降低工作場(chǎng)所空氣中放射性氣溶膠或氣體的濃度，屬于有效的內(nèi)照射防護(hù)措施。增加距離、使用屏蔽板主要針對(duì)外照射。10.A解析：PET通常使用放射性核素（如1?F-FDG）發(fā)射能量較高的β?粒子，其衰變產(chǎn)物γ光子能量也較高（如511keV）。SPECT使用發(fā)射較低能量β?粒子的核素（如??mTc），其衰變產(chǎn)物γ光子能量通常較低（如140keV）。二、填空題1.γ解析：原子核從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，能量差以γ光子形式輻射出去。2.放射性核素?cái)?shù)量解析：半衰期定義為放射性核素?cái)?shù)量（或活度）減少到初始值一半所需要的時(shí)間。3.電子對(duì)生成解析：γ射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用方式主要有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)生成，這三種是主要的。4.對(duì)稱(chēng)解析：正電子與電子湮滅產(chǎn)生的兩個(gè)γ光子能量相等，且在空間上方向相反，具有對(duì)稱(chēng)關(guān)系。5.放射性核素（或示蹤劑）解析：標(biāo)記放射性藥物時(shí)，選擇合適的放射性核素至關(guān)重要，需考慮其物理化學(xué)性質(zhì)和生物分布與示蹤目的的匹配。6.光電轉(zhuǎn)換解析：閃爍探測(cè)器的核心是探測(cè)器晶體，其材料需要具備良好的將射線(xiàn)能量轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光（熒光）的光電轉(zhuǎn)換效率。7.外屏蔽解析：輻射防護(hù)的三大原則是外屏蔽防護(hù)、時(shí)間防護(hù)和距離防護(hù)。8.輻射權(quán)重因子（或wR）解析：當(dāng)量劑量（H）是吸收劑量（D）與該組織或器官的輻射權(quán)重因子（wR）的乘積，H=D×wR。9.活性分布不均勻（或運(yùn)動(dòng)）解析：被檢查者內(nèi)部的放射性核素分布不均勻或存在生理運(yùn)動(dòng)，會(huì)在靜態(tài)采集時(shí)導(dǎo)致圖像模糊，旋轉(zhuǎn)采集可以采集到多個(gè)角度的數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像重建算法克服此問(wèn)題。10.活度（Bq）解析：活度的國(guó)際單位制單位是貝可勒爾（Becquerel），符號(hào)為Bq。1Bq=1衰變/秒。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述正電子（β?）衰變的過(guò)程及其釋放的能量形式。解析：正電子（β?）衰變是指原子核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)正電子（β?粒子）和一個(gè)電子中微子。這個(gè)過(guò)程使得原子核的質(zhì)量數(shù)A保持不變，但電荷數(shù)Z減少由1。釋放的能量主要以正電子的動(dòng)能和電子中微子的動(dòng)能形式存在。如果衰變前原子核處于激發(fā)態(tài)，多余的能量還會(huì)以γ光子形式輻射出來(lái)。2.解釋什么是閃爍探測(cè)器，并簡(jiǎn)述其主要工作原理。解析：閃爍探測(cè)器是一種利用閃爍晶體將入射粒子能量轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光（熒光），再通過(guò)光電倍增管將光信號(hào)放大成電信號(hào)輸出的探測(cè)器。其主要工作原理是：當(dāng)帶電粒子（如γ光子）射入閃爍晶體時(shí)，會(huì)與晶體原子發(fā)生作用，損失能量并使晶體原子處于激發(fā)態(tài)。這些激發(fā)態(tài)的原子在退激回到基態(tài)的過(guò)程中，會(huì)釋放出光子，形成可見(jiàn)光的閃爍。光電倍增管收集這些閃爍光子，通過(guò)光電效應(yīng)和次級(jí)電子倍增過(guò)程，將微弱的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度較大的電脈沖信號(hào)，其幅度與入射粒子的能量成正比（或成線(xiàn)性關(guān)系），從而實(shí)現(xiàn)粒子的探測(cè)和能量測(cè)量。3.闡述醫(yī)用放射性核素示蹤法的原理及其在核醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用。解析：醫(yī)用放射性核素示蹤法是利用放射性核素作為示蹤劑，引入到生物系統(tǒng)（如人體）中，通過(guò)探測(cè)其在體內(nèi)的分布、代謝和動(dòng)態(tài)變化來(lái)研究生物過(guò)程。其原理基于放射性核素與其非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)行為，因此可以被生物體吸收、分布和參與生理或病理過(guò)程。在核醫(yī)學(xué)成像中，將放射性藥物（標(biāo)記了放射性核素的化合物）引入體內(nèi)特定器官或組織，利用顯像設(shè)備（如PET、SPECT）探測(cè)放射性核素發(fā)射的射線(xiàn)，就能間接了解該器官或組織的功能、形態(tài)和病理狀態(tài)。例如，利用1?F-FDG進(jìn)行PET掃描可以評(píng)估腫瘤的代謝活性。4.簡(jiǎn)述電離輻射可能對(duì)人體細(xì)胞產(chǎn)生的生物效應(yīng)，并說(shuō)明輻射防護(hù)的重要性。解析：電離輻射具有足夠的能量使原子或分子電離（即破壞電子層）。當(dāng)電離輻射作用于生物體時(shí)，會(huì)與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子（如DNA、蛋白質(zhì)）發(fā)生作用，可能導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)損傷。如果損傷發(fā)生在DNA上，且未被細(xì)胞修復(fù)機(jī)制修復(fù)或修復(fù)錯(cuò)誤，可能引起基因突變、細(xì)胞死亡或異常增殖，長(zhǎng)期累積可能發(fā)展為癌癥。急性高劑量照射可能導(dǎo)致急性放射病。輻射防護(hù)的重要性在于，通過(guò)采取合理有效的防護(hù)措施（外防護(hù)、內(nèi)防護(hù)、時(shí)間防護(hù)、個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)等），限制人體接受的輻射劑量，特別是有效劑量，將其控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而最大限度地降低電離輻射對(duì)人類(lèi)健康造成的潛在危害。四、計(jì)算題1.已知某放射性核素的半衰期為5天，初始活度為1000MBq。求：a.10天后該核素的活度是多少M(fèi)Bq？解析：使用放射性衰變公式A(t)=A?e?λt。首先計(jì)算衰變常數(shù)λ=ln(2)/T?/?=ln(2)/5天≈0.1386天?1。然后代入t=10天，A?=1000MBq。A(10)=1000*e?(0.1386*10)=1000*e?1.386≈1000*0.25=250MBq。答：10天后活度為250MBq。b.經(jīng)過(guò)多少時(shí)間，該核素的活度衰減到250MBq？解析：同樣使用A(t)=A?e?λt。已知A(t)=250MBq,A?=1000MBq,λ≈0.1386天?1。要求t。250=1000*e?0.1386t0.25=e?0.1386tln(0.25)=-0.1386tt=-ln(0.25)/0.1386≈3.965/0.1386≈28.5天。答：經(jīng)過(guò)約28.5天活度衰減到250MBq。2.假設(shè)一個(gè)PET探測(cè)器對(duì)來(lái)自衰變?cè)矗ㄎ挥谔綔y(cè)器前方中心）的511keVγ光子對(duì)的探測(cè)效率為30%。如果該源每秒發(fā)射10?對(duì)正電子湮滅產(chǎn)生的γ光子，求該探測(cè)器每秒能探測(cè)到多少對(duì)γ光子？解析：探測(cè)到的γ光子對(duì)數(shù)等于源發(fā)射的γ光子對(duì)數(shù)乘以探測(cè)器的探測(cè)效率。探測(cè)到的對(duì)數(shù)/秒=源發(fā)射的對(duì)數(shù)/秒*探測(cè)效率=10?對(duì)/秒*30%=10?對(duì)/秒*0.30=3*10?對(duì)/秒。答：該探測(cè)器每秒能探測(cè)到3*10?對(duì)γ光子。3.某患者接受了一次內(nèi)照射診斷，接受了5.0mGy的總吸收劑量。假設(shè)該劑量主要分布在外周血細(xì)胞中，外周血細(xì)胞組織的相關(guān)輻射權(quán)重因子為0.12。求該患者外周血細(xì)胞組織所受的當(dāng)量劑量是多少mSv？解析：當(dāng)量劑量H=吸收劑量D×輻射權(quán)重因子wR。注意單位換算：1Gy=1J/kg=1kJ/g=1000J/g=1000mJ/mg=10?mJ/mg。因此，1mGy=10?3J/mg=10?3J/g。D=5.0mGy=5.0*10?3Gy=5.0*10?3J/g。H=5.0*10?3J/g*0.12g/g=6.0*10??J/g。將當(dāng)量劑量單位換算為Sv：1J/g=1Sv。因此，H=6.0*10??Sv=0.6mSv。答：該患者外周血細(xì)胞組織所受的當(dāng)量劑量是0.6mSv。五、論述/分析題分析比較正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）在物理原理、技術(shù)特點(diǎn)、圖像質(zhì)量和臨床應(yīng)用方面的主要異同點(diǎn)。解析：物理原理：*相同點(diǎn)：兩者都屬于基于放射性核素示蹤原理的核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，都利用探測(cè)器外接環(huán)形陣列測(cè)量來(lái)自體內(nèi)放射性藥物衰變產(chǎn)生的γ光子，通過(guò)圖像重建算法形成斷層圖像。*不同點(diǎn)：PET主要探測(cè)正電子發(fā)射核素（β?發(fā)射核素）衰變時(shí)產(chǎn)生的湮滅輻射（兩個(gè)方向相反、能量為511keV的γ光子），利用兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)對(duì)準(zhǔn)一個(gè)湮滅事件進(jìn)行符合探測(cè)。SPECT主要探測(cè)β?發(fā)射核素衰變時(shí)產(chǎn)生的單一能量γ光子，通過(guò)探測(cè)器旋轉(zhuǎn)采集來(lái)自不同角度的γ光子，利用其角度信息進(jìn)行圖像重建。技術(shù)特點(diǎn)：*相同點(diǎn)