1第二章核衰變12目錄第一節(jié)放射性核素衰變類(lèi)型第二節(jié)原子核的衰變規(guī)律第三節(jié)放射性核素衰變的統(tǒng)計(jì)CONTENTS第四節(jié)醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)與制備第五節(jié)放射性核素的臨床應(yīng)用全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材23學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握熟悉了解核衰變的主要類(lèi)型；醫(yī)用放射性核素生產(chǎn)的主要來(lái)源；放射性核素在腫瘤診治中的應(yīng)用。核衰變的規(guī)律；核醫(yī)學(xué)常用放射性核素及其產(chǎn)生。核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落現(xiàn)象。全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材3401放射性核素衰變類(lèi)型第一節(jié)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材45全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材核素：具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子。原子核的穩(wěn)定性核衰變?chǔ)了プ儲(chǔ)滤プ儲(chǔ)盟プ冏袷囟呻姾墒睾阗|(zhì)量守恒能量守恒動(dòng)量守恒核子數(shù)守恒56一、α衰變?chǔ)辽渚€就是氦原子核，它是由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子構(gòu)成，帶2e正電荷。衰變反應(yīng)式全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材母核子核衰變能例6衰變后的子核，質(zhì)子數(shù)減2，質(zhì)量數(shù)減47鐳-226衰變圖，圖中橫線表示核能級(jí)，最低橫線表示衰變后子核（氡）處于基態(tài)，在它上面的橫線表示其激發(fā)態(tài)；圖中左側(cè)的數(shù)字為能級(jí)的能量（MeV）。全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材鐳-226衰變圖78二、β衰變?chǔ)滤プ兪侵敢环N放射性核素放出或捕獲β粒子而變成另一種核素的過(guò)程。衰變前后核素的質(zhì)量數(shù)A不變，而原子序數(shù)Z在元素周期表中向前或后移一個(gè)位置。主要包括β?衰變、β+?衰變和電子俘獲（electroncapture，EC）三種類(lèi)型。。全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材899（一）βˉ衰變（

-decay）

衰變反應(yīng)式例衰變后的子核，質(zhì)子數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)加11010（二）β+衰變（

+decay）衰變反應(yīng)式例衰變后的子核，質(zhì)子數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)減11111（三）電子俘獲（ElectronCapture，E.C）原子核俘獲核外電子一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶雍送怆娮榆壍莱霈F(xiàn)空位特征X射線俄歇電子衰變反應(yīng)式例衰變后的子核，質(zhì)子數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)加11212三、γ衰變與內(nèi)轉(zhuǎn)換α衰變?chǔ)滤プ兗ぐl(fā)態(tài)電磁輻射釋放能量返回基態(tài)γ衰變（γ射線）傳給核外電子軌道出現(xiàn)空位特征X射線俄歇電子內(nèi)轉(zhuǎn)換衰變反應(yīng)式子核返回基態(tài)1302原子核的衰變規(guī)律第二節(jié)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材1314一、衰變規(guī)律全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材核衰變的核數(shù)目與核的總數(shù)成正比，并且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，遵循一定的規(guī)律減少。1415放射性核素衰變規(guī)律：放射性核素衰變隨時(shí)間增長(zhǎng)而以指數(shù)規(guī)律遞減。（一）衰變常數(shù)λ為衰變常數(shù)（decayconstant），表征原子核發(fā)生衰變的速率，單位為秒?1（s?1）。一種核素能夠進(jìn)行幾種類(lèi)型的衰變，或子核可能處于幾種不同的狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于每種衰變類(lèi)型和子核狀態(tài)，有各自的衰變常數(shù)λ1、λ2、…λn，式中的λ應(yīng)是各衰變常數(shù)之和，即λ?=?λ1?+?λ2

+?…+λn1516（二）物理半衰期T1/2全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材放射性核素的原子核數(shù)目衰變到原來(lái)的一半所需要的時(shí)間。即：當(dāng)

Nt=N0/2時(shí)，t=T1/2

N0tT1/2與λ的關(guān)系1617生物半衰期Tb：放射性核素引入動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，其原子核的數(shù)量通過(guò)生物代謝而排出體外減少一半需要的時(shí)間。有效半衰期Te：放射性核素引入動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，其原子核的數(shù)量除因?yàn)橐?guī)律衰變而減少外，同時(shí)因生物代謝排出體外而減少，二者共同作用減少一半需要的時(shí)間。Te比T1/2和Tb都短。1718放射性核素的衰變具有隨機(jī)性，有些原子核早衰變，有些晚衰變，同一種核素有個(gè)平均存留時(shí)間，即平均壽命τ，是反映放射性核素衰變快慢的物理量。（三）平均壽命τ全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材N0個(gè)母核的總壽命為N0個(gè)母核的平均壽命為總體的平均壽命τ是半衰期的1.44倍。在計(jì)算核素內(nèi)照射劑量時(shí)需要考慮τ。1819（四）放射性活度（radioactivity，A）全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材放射性活度（A）：?jiǎn)挝粫r(shí)間（dt）發(fā)生核衰變（dN）的核數(shù)。放射性活度的國(guó)際制單位為Bq，1Bq=1衰變·秒-1，其表示一秒內(nèi)有一次核衰變。1920

1Bq=1decay/s (Bq=Becquerel)舊單位為居里（Curie

，Ci）

1Ci=3.71010Bq =3.7104MBq(M=mega~106)=3.710GBq(G=Giga~109) =3.710-2TBq(T=Tera~1012) =103mCi(millicurie) =106Ci

(microcurie)2021二、衰變平衡有些放射性核素并不是發(fā)生一次衰變就穩(wěn)定下來(lái)的，由于它們的子體仍然有放射性，于是接二連三地衰變，新生子體一代一代地產(chǎn)生出來(lái)，直到穩(wěn)定下來(lái)為止，這種衰變現(xiàn)象叫做遞次衰變（successivedecay）。全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材

由某一個(gè)最初的放射性核素遞次衰變而產(chǎn)生一系列放射性核素，就構(gòu)成了一個(gè)所謂放射族或放射系，簡(jiǎn)稱(chēng)放射系。21天然存在的放射族有鈾族、釷族和錒族。

22初始時(shí)沒(méi)有子體存在，隨著母體的衰變，子體的核數(shù)將逐漸增加。同時(shí)，新生成的子體按照自己的規(guī)律進(jìn)行衰變，隨著子體的積累，子體每秒衰變的核數(shù)也將增加。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，子體每秒衰變的核數(shù)將等于它從母體衰變而得到補(bǔ)充的核數(shù)，子體的核數(shù)就不再增加，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。在遠(yuǎn)小于母體半衰期的時(shí)間內(nèi)，母體核數(shù)的衰減是可以忽略的，所以子體的放射性強(qiáng)度在達(dá)到平衡后也是保持不變的，這種動(dòng)態(tài)平衡稱(chēng)為長(zhǎng)期平衡。（一）母體半衰期遠(yuǎn)大于子體半衰期全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材2223由于子體和母體達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡需要子體半衰期幾倍的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，母體的核數(shù)和它的放射性活度顯著地減少，子體每秒衰減的核數(shù)將略多于每秒從母體衰變而補(bǔ)充的核數(shù)。子體與母體之間不能達(dá)到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，隨著母體的核數(shù)和放射性強(qiáng)度不斷減少，子體由于衰減稍多于補(bǔ)充，它的核數(shù)和放射性活度也隨著母體的衰減而不斷地減少。這種近似的動(dòng)態(tài)平衡稱(chēng)為暫時(shí)平衡。（二）母體半衰期接近于子體半衰期全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材2324

在經(jīng)過(guò)母體的幾個(gè)半衰期后，母體就幾乎全部衰變?yōu)樽芋w。子體的核素最初由于從母體的衰變得到補(bǔ)充而很快增加，當(dāng)補(bǔ)充來(lái)源幾乎完全斷絕以后，子體就將按照自己的規(guī)律而緩慢衰變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為不成平衡。（三）母體半衰期小于子體半衰期全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材242503放射性核素衰變的統(tǒng)計(jì)第三節(jié)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材2526同一放射性樣品同一條件重復(fù)測(cè)量測(cè)量值不完全相同測(cè)量次數(shù)少測(cè)量次數(shù)多泊松分布正態(tài)分布核衰變現(xiàn)象是一種隨機(jī)現(xiàn)象核衰變的統(tǒng)計(jì)漲落特性在放射性測(cè)量時(shí)應(yīng)對(duì)其精度進(jìn)行估計(jì)，通常采用誤差來(lái)估計(jì)。即標(biāo)準(zhǔn)誤差σ和相對(duì)誤差δ。2627多次（A次）定時(shí)測(cè)量，其平均計(jì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：

（一）標(biāo)準(zhǔn)誤差（二）相對(duì)誤差如果樣品均值不同，要鑒別樣品測(cè)量誤差的大小，則用標(biāo)準(zhǔn)誤差占測(cè)量值的百分比來(lái)表示，即相對(duì)誤差。放射性測(cè)量時(shí)，樣品的總計(jì)數(shù)越大，相對(duì)誤差越小。對(duì)某一樣品，增加測(cè)量時(shí)間，可以減少相對(duì)誤差。272804醫(yī)用放射性核素的生產(chǎn)與制備第四節(jié)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材2829

在醫(yī)療領(lǐng)域中，放射性核素主要用于放射治療和核醫(yī)學(xué)檢查等方面的醫(yī)學(xué)診斷和疾病的治療。

醫(yī)用放射性核素生產(chǎn)主要有三個(gè)來(lái)源：核反應(yīng)堆（nuclearreactor）、粒子加速器（particleaccelerators）和放射性核素發(fā)生器（radionuclidegenerator）。2930一、放射治療常用放射性核素及其產(chǎn)生（一）核反應(yīng)堆生產(chǎn)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材以鈾-235（235U）和釙-239（239Pu）為核燃料，利用其衰變過(guò)程中產(chǎn)生的中子轟擊靶核，產(chǎn)生核反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)一定的化學(xué)純化處理，即可得所需放射性核素。

入射粒子+靶核→復(fù)合核→剩余核+發(fā)射粒子反應(yīng)堆生產(chǎn)：富中子核素，有載體，價(jià)格低

99Mo、125I、131I、32P、14C、3H、89Sr、133Xe、186Re、153Sm3031反應(yīng)堆原理示意圖3132

核燃料中的235U等重原子核與吸收一個(gè)中子生成一個(gè)復(fù)合核。處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核極不穩(wěn)定，通過(guò)釋放γ光子的形式（n，γ）退激或發(fā)生核裂變反應(yīng)（n，f），生成不同裂變產(chǎn)物。分離方法包括：離子交換法、溶劑萃取法、萃取色層法及沉淀分離法等。90Sr、99Mo、131I、133Xe、137Cs等。（二）從裂變產(chǎn)物中分離和提取3233

加速器是一種能產(chǎn)生一種或多種帶電粒子，并使其在電磁場(chǎng)中獲得較高的能量，去轟擊原子核的裝置。二、核醫(yī)學(xué)常用放射性核素及其產(chǎn)生（一）加速器生產(chǎn)主要生產(chǎn)短壽命和超短壽命的缺中子放射性核素，多以電子俘獲（EC）和β+?的形式衰變核醫(yī)學(xué)PET成像所需的核素需要由回旋加速器生產(chǎn)

11C、13N、15O、18F、67Ga、201Tl貧中子核素，無(wú)載體，價(jià)格高

3334回旋加速器原理示意圖3435放射性核素半衰期核反應(yīng)11C20.4min10B（d，n）11C，11B（d，2n）11C，14N（p，α）11C13N9.96min12C（d，n）13N，10B（α，n）13N15O2.03min14N（d，n）15O18F109.8min18O（p，n）18F，16O（3He，p）18F67Ga78.3h66Zn（d，n）67Ga，67Zn（p，n）67Ga，68Zn（p，2n）67Ga111In2.83d109Ag（α，2n）111In，111Cd（p，n）111In123I13.0h124Te（p，2n）123I，121Sb（α，2n）123I201T174hHg（d，xn）201Pb→201T1，203T1（p，3n）201Pb→201T1回旋加速器生產(chǎn)的醫(yī)用放射性核素3536（二）放射性核素發(fā)生器放射性核素發(fā)生器是一種以長(zhǎng)半衰期母體核素和短半衰期子體核素的“衰變-生長(zhǎng)”關(guān)系為基本原理的、生產(chǎn)放射性核素的特殊裝置。又稱(chēng)“母?！?。99Mo-99mTc發(fā)生器示意圖363799mTc生長(zhǎng)曲線示意圖99Mo-99mTc發(fā)生器每隔24h時(shí)可淋洗一次，新鮮淋洗的99mTc加到不同的試劑盒中，經(jīng)搖動(dòng)、加熱便可制得不同的放射性藥物。373805放射性核素的臨床應(yīng)用第五節(jié)全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材3839放射性核素生產(chǎn)39放射性藥物制備臨床應(yīng)用診斷治療40一、

放射性核素在腫瘤放射治療中的應(yīng)用全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材

放射性藥物被病灶組織選擇性攝取或被放置在局部，利用放射性核素放出的射線（發(fā)射α、β粒子或俄歇電子）引起的電離輻射效應(yīng)，抑制和破壞病變組織，以達(dá)到腫瘤導(dǎo)向治療的目的。

療效與射線有關(guān)：粒子質(zhì)量、電荷、能量、LET等。404141方法射線用途131I治療β?、γ甲狀腺疾?。卓骸⒓谞钕贋V泡細(xì)胞癌及轉(zhuǎn)移灶等）32P治療β?敷貼、腔內(nèi)注射、真性紅細(xì)胞增多癥89Sr治療β?骨轉(zhuǎn)移癌60Co治療β?、γ腫瘤遠(yuǎn)距離放療125I治療γ放射粒子植入腫瘤192Ir治療γ腫瘤后裝源放療放射性免疫治療β?、γ腫瘤靶向治療放射性受體治療β?、γ腫瘤靶向治療硼中子捕獲治療中子、α、7Li腦膠質(zhì)瘤、頭頸部癌癥、黑色素瘤常用的放射性治療42二、放射性核素在核醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材核素示蹤是核醫(yī)學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，主要基于：1.各種同位素都有相同的化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)，它們?cè)跈C(jī)體內(nèi)的分布、轉(zhuǎn)移和代謝都是一樣的，故可以用放射性核素反映穩(wěn)定性核素在體內(nèi)的情況。2.放射性核素發(fā)出的射線可被核儀器探測(cè)。42（一）核素示蹤43全國(guó)高等學(xué)校第二輪醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)規(guī)劃教材1.直接探測(cè)2.外標(biāo)本測(cè)量3.放射自顯影43

示蹤核素的探測(cè)44（二）核素成像44放射性顯像劑引入人體顯像劑被濃聚發(fā)出信號(hào)影像設(shè)備計(jì)算機(jī)成像核素成像原理：用放射性核素制成標(biāo)記化合物注入人體，在體外對(duì)體內(nèi)核素發(fā)射的γ射線進(jìn)行跟蹤探測(cè)，獲得反映放射性核素在臟器或組織中的濃度分布及其隨時(shí)間變化的圖像。451.γ照相機(jī)又稱(chēng)閃爍照相機(jī)，一般由探頭、位置通道、能量通道及顯示系統(tǒng)組成。

將γ照相機(jī)的探頭放置在待測(cè)部位體表上一段時(shí)間，采集這段時(shí)間內(nèi)從體內(nèi)放射出的γ射線，即可得到γ射線在該方向的全部投影，是二維重建圖像。

成像速度快，可提供靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖像，反應(yīng)受檢者臟器的形態(tài)和功能。常用的放射性核素有99mTc，201T1，131I和67Ga等。核素成像儀器45461.γ照相機(jī)46γ照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖472．單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(SPECT)

將放射性顯像劑注入人體，其濃聚在被測(cè)臟器，在體外用繞人體旋轉(zhuǎn)的探測(cè)器記錄臟器組織中放射性的分布，探測(cè)器旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度可得到一組數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)一周可得到若干組數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以建立一系列斷層平面圖像。計(jì)算機(jī)則重建三維斷層影像。

能獲得平面顯像、動(dòng)態(tài)顯像、斷層顯像、全身顯像等。常用的放射性核素與γ相機(jī)相同。核素成像儀器47483．正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（PET）

利用正電子的湮沒(méi)輻射特性，將能發(fā)生β+衰變的核素或其標(biāo)記化合物引入體內(nèi)某些特定的臟器或病變部位，

+湮沒(méi)輻射時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)能量相同、方向相反的511ke