2025年大學《核物理》專業(yè)題庫——核醫(yī)學影像技術在癌癥治療中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述放射性同位素發(fā)生β?衰變和β?衰變時，原子核的質量數和電荷數如何變化。請分別寫出相應的衰變方程。二、在核醫(yī)學影像中，正電子發(fā)射斷層顯像（PET）和單光子發(fā)射計算機斷層顯像（SPECT）都利用了放射性核素的衰變特性。請分別說明PET和SPECT所依賴的核衰變類型及其基本成像原理。三、氟-18（1?F）是PET顯像中最常用的放射性核素之一，其半衰期為110分鐘。假設在一次PET顯像之前，需要制備100毫居里的1?F標記藥物。如果制備過程的效率為80%，那么在開始制備前，需要投入多少活度的1?F同位素？四、簡述γ射線在穿透物質時會發(fā)生的主要相互作用形式（至少列舉三種）。請解釋這些相互作用如何影響SPECT成像的質量（如空間分辨率、靈敏度）。五、放射性藥物通常需要具備哪些關鍵特性？以锝-99m（??mTc）標記的甲氧基異丁基異腈（MIBI）為例，說明其作為腫瘤顯像劑的原理和適用范圍。六、什么是放射治療？簡述近距離放射治療（Brachytherapy）的基本原理和主要特點。與遠距離放射治療相比，它有哪些優(yōu)勢？七、在核醫(yī)學實踐中，個人劑量監(jiān)測是保障工作人員安全的重要措施。請解釋什么是有效劑量，并說明在實施癌癥放射治療時，需要特別關注哪些方面的輻射防護，以降低工作人員的受照劑量。八、核醫(yī)學影像技術不僅用于腫瘤的診斷和分期，也廣泛應用于治療計劃的制定和療效評估。請分別說明在治療計劃制定和療效評估中，核醫(yī)學影像技術（如PET、SPECT）提供的信息與哪些物理或生物學參數相關，并解釋其作用。九、簡要比較PET和MRI在癌癥診斷中的應用優(yōu)勢和局限性。結合核物理和醫(yī)學成像的知識，說明PET-CT融合成像技術如何克服單一成像方式的不足。十、隨著科技發(fā)展，核醫(yī)學領域不斷涌現新的技術和方法。請就核醫(yī)學影像或癌癥治療方面的一個具體前沿方向（如新型核藥物、基因治療結合放射治療、人工智能輔助診斷等），概述其基本原理、潛在應用價值以及可能面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、β?衰變時，原子核的質量數保持不變，電荷數增加1。衰變方程的一般形式為：2?X→2???Y+β?+ν??。例如：32P→33S+β?+ν??。β?衰變時，原子核的質量數保持不變，電荷數減少1。衰變方程的一般形式為：2?X→2???Y+β?+ν?。例如：11C→11B+β?+ν?。二、PET依賴正電子（β?）衰變。其基本成像原理是：放射性核素（如1?F）引入體內后，在病灶部位聚集，發(fā)生β?衰變產生正電子，正電子與體內電子相遇發(fā)生湮滅，產生一對能量為511keV的γ光子，沿幾乎相反的方向射出。探測器陣列同時探測到這對γ光子，記錄其到達時間差和位置，經過計算機處理重建出病灶的分布圖像。SPECT依賴β?衰變產生的正電子或直接利用發(fā)射γ射線的核素。其基本成像原理是：將放射性核素（如??mTc）引入體內，該核素在衰變過程中發(fā)射出特定能量的γ射線。體外放置的γ照相機圍繞病人旋轉或病人固定在特定位置，探測器依次探測來自不同方向的γ射線，記錄其數量和角度信息，經過計算機處理重建出放射性核素在體內的分布圖像。三、所需活度=所需最終活度/效率=100mCi/0.80=125mCi。半衰期T?/?=110分鐘。初始活度A?=A/(e^(λt))，其中A是最終活度，λ是衰變常數，t是時間，λ=ln(2)/T?/?。所需投入活度A?=125mCi/e^(ln(2)*(制備時間)/110)。假設制備時間為T?，A?=125/e^(0.693*T?/110)mCi。若按半衰期計算近似值，制備時間T?=110分鐘，則A?≈125/(1/2)=250mCi。精確計算需知道具體制備時間T?。四、主要相互作用形式包括：光電效應（photoelectriceffect）、康普頓效應（Comptoneffect）、正電子湮滅（positronannihilation）。這些相互作用影響SPECT成像質量：*光電效應：主要發(fā)生在能量較低的γ射線與原子序數高的探測器材料相互作用。導致高能量分辨率，但顯著降低探測器效率和系統靈敏度，尤其是在近探測器的區(qū)域。*康普頓效應：發(fā)生在較軟的γ射線與探測器材料相互作用。產生散射光子，改變方向并損失能量，導致散射噪聲增加，降低圖像信噪比和空間分辨率。*正電子湮滅：是PET成像的基礎。湮滅產生的γ光子對成對探測至關重要。若湮滅發(fā)生在探測器外或γ光子對分離度過大，將導致計數損失，影響圖像質量和定量準確性。五、放射性藥物通常需要具備：①放射化學純度高；②在靶器官有足夠的濃集能力且滯留時間適宜；③能通過血液循環(huán)到達靶器官；④對非靶器官的毒副作用小；⑤易于制備和純化。MIBI作為腫瘤顯像劑原理：MIBI能被親神經組織攝取，尤其在惡性腫瘤細胞中也能積聚。腫瘤細胞可能因代謝旺盛或血腦屏障破壞而攝取更多MIBI。在SPECT成像中，可觀察到腫瘤部位的放射性分布。它主要用于腦腫瘤、黑色素瘤和甲狀腺癌等的診斷及分化診斷。六、放射治療是利用放射線（如X射線、γ射線、粒子束等）照射腫瘤，使其細胞損傷或死亡，達到治療目的的方法。近距離放射治療（Brachytherapy）基本原理：將放射源直接或間接植入腫瘤內部或鄰近區(qū)域，使高劑量的放射線集中在腫瘤組織，同時最大限度地減少對周圍正常組織的照射。主要特點：①劑量分布高度集中，適形性好；②總治療時間短（通常幾分鐘到十幾分鐘）；③對周圍組織的全身性劑量貢獻??；④可作為單獨治療或與遠距離放療、手術聯合應用。優(yōu)勢：①提高了治療的局控率；②縮短了整個治療周期，提高了患者的生活質量；③對于某些晚期或復雜病例，提供了更多治療選擇。七、有效劑量是用于評估電離輻射對整個身體隨機性效應（如致癌風險）的當量劑量。它等于身體各組織或器官的當量劑量乘以相應的權重因子之和，單位為希沃特（Sv）。癌癥放射治療時需關注的輻射防護方面：①治療室屏蔽：為阻擋治療設備產生的散射線和漏射線，保護周圍環(huán)境和人員；②工作人員防護：醫(yī)生、護士、技師等需佩戴個人劑量計（監(jiān)測外照射），在操作放射源或進行近距離治療時需穿戴防護服、手套、口罩等（減少直接接觸和吸入）；③患者防護：盡量減少非治療部位受照射，對于孕婦患者需特別評估；④放射源管理：確保放射源安全儲存和運輸，防止丟失或意外照射。八、在治療計劃制定中，核醫(yī)學影像（如PET、SPECT、SPECT-CT）提供腫瘤的精確解剖位置、體積、形態(tài)和功能代謝信息。這些信息與腫瘤的分期（TNM分期）、分級、治療反應預測、治療計劃靶區(qū)（PTV）勾畫、放射劑量分布驗證等物理或生物學參數相關。例如，PET的FDG攝取量可反映腫瘤代謝活性，用于判斷惡性程度和預測治療敏感性。在療效評估中，通過比較治療前后的核醫(yī)學影像（如PET、SPECT）數據（如病灶大小變化、放射性攝取量變化），可以直觀、定量地評估腫瘤對治療的反應（完全緩解、部分緩解、穩(wěn)定、進展），這些變化與腫瘤負荷減少、腫瘤細胞活性降低等生物學效應相關。九、PET優(yōu)勢：提供病灶的代謝、血流等功能性信息，靈敏度高，可早期發(fā)現病變；局限：空間分辨率相對較低，成本較高，對運動敏感，需要使用放射性藥物。MRI優(yōu)勢：提供優(yōu)異的軟組織對比度，空間分辨率高，無電離輻射，可多平面成像，適用于觀察解剖結構和形態(tài)；局限：對功能代謝信息顯示較差，對鈣化、金屬偽影敏感，部分序列對運動敏感，檢查時間較長，禁忌癥較多（如體內有金屬植入物）。PET-CT融合成像優(yōu)勢：將PET提供的功能代謝信息與CT提供的高分辨率解剖結構信息精確融合，實現“一站式”檢查，提高了診斷的準確性和特異性。例如，在腫瘤學中，可精確定位PET顯示的代謝異常區(qū)域，并清晰顯示其解剖位置、周圍結構關系和淋巴結轉移情況，有助于更準確的診斷、分期和治療計劃制定?？朔藛我怀上穹绞降牟蛔?，實現了信息互補。十、前沿方向：基因治療結合放射治療（RadiationTherapy-ImmunotherapyConvergence）。基本原理：利用基因工程技術修飾患者自身的免疫細胞（如T細胞），使其表達特定的腫瘤相關抗原識別分子（如CAR），增強其識別和殺傷腫瘤細胞的能力。這些修飾后的免疫細胞（CAR-T