2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理學(xué)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（請將正確答案填入橫線上）1.放射性核素衰變時(shí)，原子核從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種較低能量狀態(tài)，并釋放出具有特定能量和動(dòng)量的______。2.在核醫(yī)學(xué)中，用于產(chǎn)生正電子發(fā)射斷層掃描（PET）所需正電子的放射性核素主要是______和______。3.當(dāng)量劑量是用于評估不同類型電離輻射對生物組織損傷程度的物理量，其定義為吸收劑量乘以相應(yīng)的______系數(shù)。4.標(biāo)記放射性藥物時(shí)，常用的核素如碘-125、锝-99m、鎵-68等，它們通常是作為______示蹤劑。5.在放射治療中，為了保護(hù)周圍正常組織，常采用鉛屏蔽、時(shí)間防護(hù)和距離防護(hù)等原則，這些原則體現(xiàn)了______原則。6.正電子發(fā)射斷層掃描（PET）的基本原理是基于放射性核素衰變產(chǎn)生的______在體內(nèi)湮滅時(shí)產(chǎn)生的γ射線在空間分布的特點(diǎn)。7.輻射防護(hù)中，“時(shí)間”防護(hù)的目的是通過縮短______來降低受照劑量。8.X射線與物質(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。9.有效劑量是用于評估全身或特定器官系統(tǒng)受隨機(jī)性輻射損傷風(fēng)險(xiǎn)的綜合指標(biāo)，它等于該器官或系統(tǒng)的當(dāng)量劑量乘以相應(yīng)的______系數(shù)，并對所有受照器官或系統(tǒng)進(jìn)行加權(quán)求和。10.核醫(yī)學(xué)中利用放射性核素作為示蹤劑，研究物質(zhì)在生物體內(nèi)的______、分布、代謝和功能狀態(tài)。二、判斷題（請判斷下列說法的正誤，正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×”）1.β射線的電離能力比γ射線強(qiáng)，但穿透能力比γ射線弱。（）2.放射性活度是指放射源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生放射性衰變的概率。（）3.PET成像本質(zhì)上是一種基于γ射線探測的技術(shù)。（）4.在核醫(yī)學(xué)診斷中，放射性藥物通常需要具備良好的生物相容性和快速的體內(nèi)清除率。（）5.外照射防護(hù)的主要方法是使用足夠厚的屏蔽材料。（）6.鍶-89通常用于治療骨轉(zhuǎn)移性腫瘤，其作用機(jī)制是利用其β射線對癌細(xì)胞進(jìn)行照射。（）7.半衰期是描述放射性核素衰變快慢的物理量，半衰期越短，表示該核素衰變越快。（）8.SPECT和PET都是正電子發(fā)射成像技術(shù)。（）9.內(nèi)照射防護(hù)主要是通過限制放射性核素的攝入量來實(shí)現(xiàn)的。（）10.核醫(yī)學(xué)檢查對患者的輻射劑量通常較低，因此沒有安全風(fēng)險(xiǎn)。（）三、名詞解釋（請解釋下列名詞的含義）1.放射性衰變2.當(dāng)量劑量3.顯像劑4.輻射防護(hù)5.正電子湮滅四、簡答題1.簡述正電子發(fā)射斷層掃描（PET）的基本工作原理及其主要特點(diǎn)。2.闡述核醫(yī)學(xué)中放射性藥物的作用機(jī)制及其與普通藥物的主要區(qū)別。3.簡述外照射和內(nèi)照射兩種輻射防護(hù)的基本措施及其適用場景。4.說明在核醫(yī)學(xué)診斷中，選擇放射性核素時(shí)需要考慮哪些主要因素？五、計(jì)算題1.某放射性核素的半衰期為6小時(shí)，現(xiàn)測得該核素樣品的放射性活度為1.0×10^10Bq。請計(jì)算：(1)12小時(shí)后，該樣品的放射性活度是多少？(2)經(jīng)過多少時(shí)間，該樣品的放射性活度衰變到1.0×10^8Bq？2.一個(gè)患者接受了一次劑量為2.0Gy的胸部X射線檢查。已知胸部組織對電離輻射的相對生物效應(yīng)劑量系數(shù)為1.0，請計(jì)算該患者胸部組織受到的當(dāng)量劑量（單位：Sv）是多少？如果該檢查導(dǎo)致的隨機(jī)性效應(yīng)（如誘發(fā)癌癥風(fēng)險(xiǎn)）的終生概率增加約1.0×10^-4，請估算該患者因此次檢查增加的終生隨機(jī)性效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)（單位：Sv）。（假設(shè)有效劑量與當(dāng)量劑量在同一組織內(nèi)的關(guān)系近似成立）六、論述題結(jié)合具體的核醫(yī)學(xué)應(yīng)用實(shí)例，論述核物理學(xué)原理在生物醫(yī)學(xué)診斷和治療中的重要作用。試卷答案一、填空題1.射線2.氟-18,鉈-201(或其他常用核素，如锝-99m用于SPECT配體)3.頻率因子(或品質(zhì)因子Q/F)4.放射性5.ALARA(輻射防護(hù)最優(yōu)化的縮寫，AsLowAsReasonablyAchievable)6.光子對7.受照時(shí)間8.散射輻射(或瑞利散射)9.劑量權(quán)重因子10.運(yùn)輸二、判斷題1.√2.×(放射性活度是單位時(shí)間內(nèi)的衰變次數(shù))3.√4.√5.×(外照射防護(hù)還需考慮距離防護(hù))6.√7.√8.×(SPECT發(fā)射的是γ射線，PET發(fā)射正電子，正電子在體內(nèi)湮滅產(chǎn)生γ射線)9.√10.×(任何醫(yī)學(xué)檢查都有輻射風(fēng)險(xiǎn)，需權(quán)衡利弊)三、名詞解釋1.放射性衰變：不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放射出射線而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過程。2.當(dāng)量劑量：用于評估電離輻射對生物組織或器官損傷程度的熱力學(xué)量，是吸收劑量與輻射權(quán)重因子的乘積。3.顯像劑：指含有能發(fā)射可見光或易于探測的射線的放射性核素，用于在醫(yī)學(xué)成像中標(biāo)記生物分子或示蹤其體內(nèi)過程。4.輻射防護(hù)：在輻射實(shí)踐活動(dòng)中，為限制隨機(jī)性健康風(fēng)險(xiǎn)并使確定性健康風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平，所采取的防護(hù)措施。5.正電子湮滅：一個(gè)正電子和一個(gè)電子相遇并相互消滅，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反、能量均為511keV的γ光子的事件。四、簡答題1.解析思路：首先說明PET利用的是正電子發(fā)射核素衰變產(chǎn)生的正電子，正電子在組織中運(yùn)行一段距離后與電子湮滅，產(chǎn)生一對方向相反、能量相等的γ光子。然后說明PET探測器陣列圍繞患者旋轉(zhuǎn)或患者固定在特定位置，同時(shí)探測這兩束γ光子。最后，根據(jù)探測到γ光子的位置、時(shí)間coincidence信息，計(jì)算機(jī)重建出放射性核素在體內(nèi)的分布圖像。最后總結(jié)PET的主要特點(diǎn)，如高靈敏度、可進(jìn)行功能性成像、可進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)成像、可進(jìn)行代謝研究等。2.解析思路：首先說明放射性藥物是將放射性核素作為示蹤劑，連接到具有生物活性的分子（載體）上，使其能夠靶向到特定的器官、組織或細(xì)胞。然后闡述其作用機(jī)制：利用放射性核素發(fā)射的射線（如β射線、γ射線）直接殺傷病灶細(xì)胞（治療型），或利用射線與病灶細(xì)胞的相互作用（如產(chǎn)生自由基）殺傷細(xì)胞，或利用放射性核素發(fā)射的射線進(jìn)行顯像，顯示病灶位置、大小、功能狀態(tài)（診斷型），或利用其作為示蹤劑研究生物過程。最后總結(jié)其與普通藥物的區(qū)別，主要在于發(fā)揮作用的基礎(chǔ)是射線物理效應(yīng)或核素示蹤，而非化學(xué)或生物學(xué)作用。3.解析思路：首先區(qū)分外照射和內(nèi)照射。外照射指來自體外輻射源（如X射線機(jī)、放射性同位素遠(yuǎn)距離源）的輻射對人體的照射。防護(hù)措施主要包括時(shí)間防護(hù)（縮短接觸輻射源的時(shí)間）、距離防護(hù)（增大與輻射源的距離，利用平方反比定律降低劑量）和屏蔽防護(hù)（使用合適的屏蔽材料如鉛、混凝土等吸收輻射）。其次，內(nèi)照射指放射性核素進(jìn)入人體內(nèi)部（通過吸入、食入、皮膚傷口等）對組織和器官的照射。防護(hù)措施主要是防止放射性核素進(jìn)入體內(nèi)，即采取有效的衛(wèi)生防護(hù)措施，如遵守操作規(guī)程、穿戴防護(hù)用品、監(jiān)測體內(nèi)污染等。最后可簡要說明各自適用場景。4.解析思路：選擇放射性核素需考慮：①物理特性：半衰期是否合適（短半衰期核素需考慮生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用的及時(shí)性，長半衰期核素穩(wěn)定性好但可能需要長期儲(chǔ)存）；②核素發(fā)射的射線類型和能量是否適合所用的探測設(shè)備（如PET需正電子發(fā)射核素，SPECT可用γ射線核素）；③射線的能量和穿透能力是否適合成像深度和目的；④核素在體內(nèi)的生物化學(xué)行為：吸收、分布、代謝和排泄途徑是否符合顯像或治療的要求（如靶向性、組織選擇性、清除速度）；⑤核素的放射化學(xué)純度要求；⑥核素的來源和生產(chǎn)難度及成本；⑦輻射防護(hù)的安全性。五、計(jì)算題1.解析思路：(1)利用放射性衰變公式A=A?e^(-λt)或A=A?(1/2)^(t/T?)，其中A是當(dāng)前活度，A?是初始活度，λ是衰變常數(shù)(λ=ln(2)/T?)，t是時(shí)間，T?是半衰期。由于12小時(shí)是2個(gè)半衰期，活度為初始活度的(1/2)2=1/4。初始活度A?=1.0×10^10Bq，所以12小時(shí)后活度A=(1.0×10^10Bq)/4=2.5×10^9Bq。也可以用公式A=A?e^(-t/T?)，T?=6小時(shí)，t=12小時(shí)，A?=1.0×10^10Bq。A=(1.0×10^10Bq)*e^(-12/6)=(1.0×10^10Bq)*e^(-2)≈(1.0×10^10Bq)*0.135≈1.35×10^9Bq。注意e^(-2)≈0.1353。(2)設(shè)衰變到1.0×10^8Bq所需時(shí)間為t，則(1.0×10^8Bq)=(1.0×10^10Bq)*e^(-t/6)。兩邊取自然對數(shù)ln(1.0×10^8/1.0×10^10)=-t/6*ln(e)。ln(0.1)=-t/6。t=-6*ln(0.1)=-6*(-2.3026)≈13.82小時(shí)。2.解析思路：(1)當(dāng)量劑量D_H=D_A*w_R，其中D_H是當(dāng)量劑量，D_A是吸收劑量，w_R是輻射權(quán)重因子。已知D_A=2.0Gy=2.0J/kg，對于胸部組織，通常取w_R=0.05(對于能量大于10keV的電離輻射，如X射線)。D_H=2.0J/kg*0.05=0.1J/kg=0.1Sv。(2)有效劑量E=Σ(w_T*D_T)，對于單次全身或局部照射，且假設(shè)各器官劑量分布均勻或僅考慮主要受照器官，可以近似E≈w_T*D_H，其中w_T是當(dāng)量劑量到有效劑量的系統(tǒng)權(quán)重因子。對于隨機(jī)性效應(yīng)（如癌癥），國際委員會(huì)推薦對于成人全身照射，w_T=0.05。E≈0.05*D_H=0.05*0.1Sv=0.005Sv。注意此處的計(jì)算是基于簡化模型，實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)評估更復(fù)雜。六、論述題解析思路：首先開篇點(diǎn)明核物理學(xué)原理是核醫(yī)學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。然后分點(diǎn)論述：1.成像原理：詳細(xì)闡述PET和SPECT是如何利用正電子湮滅產(chǎn)生的γ射線（基于愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2的現(xiàn)象）和γ射線與物質(zhì)的相互作用（康普頓散射、光電效應(yīng)等）來探測放射性核素在體內(nèi)的分布，從而實(shí)現(xiàn)功能、代謝、受體等顯像。2.治療原理：闡述放射治療是利用射線（如X射線、γ射線、β射線、中子等）的生物學(xué)效應(yīng)（如破壞癌細(xì)胞DNA，阻止其分裂增殖）來殺滅腫瘤細(xì)胞。放射性核素（如碘-125、鐳-223、鐳-106等）發(fā)出的射線可以直接照射病灶，或放射性藥物進(jìn)入病灶區(qū)域釋放射線進(jìn)行內(nèi)照射治療。3.示蹤技術(shù)：闡述利用放射性核素作為示蹤劑，基于放射性衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和射線