医学影像成像原理——核医学课件.ppt
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1、万丹万丹医学影像成像原理医学影像成像原理核医学核医学绪绪 论论一、概述一、概述二、核医学的定义及内容二、核医学的定义及内容三、我国核医学发展状况三、我国核医学发展状况核医学是原子能和平利用的一个重要核医学是原子能和平利用的一个重要组成部分,它是人类发现了放射性核素之组成部分,它是人类发现了放射性核素之后,把放射性核素及其在衰变时产生的核后,把放射性核素及其在衰变时产生的核射线应用于医学中而逐渐形成的一门学科。射线应用于医学中而逐渐形成的一门学科。l原子弹可以毁灭人类原子弹可以毁灭人类,核医学却可以拯救核医学却可以拯救生灵生灵一、概一、概 述述二、核医学的定义和内容二、核医学的定义和内容核医学的
2、内容核医学的内容 核医学核医学核医学基础核医学基础 临床核医学临床核医学诊诊断断 治疗治疗体内检查法体内检查法体外检查法体外检查法放射性核素显像放射性核素显像非显像非显像三、我国核医学发展状况三、我国核医学发展状况我国核医学起源于我国核医学起源于19561956年,年,5050年年来经历了从无到有和从落后到在世界来经历了从无到有和从落后到在世界上占有一席之地的历程。上占有一席之地的历程。l第一节第一节 核医学物理学基础核医学物理学基础l一、核外电子与原子核一、核外电子与原子核l二、几个基本概念二、几个基本概念l三、放射性核素的衰变规律三、放射性核素的衰变规律l四、射线与物质的相互作用四、射线与
3、物质的相互作用一、原子核与核外电子一、原子核与核外电子 原子的结原子的结 构构是由位于是由位于 原子中心的原子中心的 原子核原子核及按及按 一定轨道围一定轨道围 绕原子核运绕原子核运 行行核外电子核外电子 组成。组成。K L MAtomneutronsprotonsnucleon+electrons-shell原子的结构原子的结构图1原子核由原子核由质子质子和和中子中子组成。质子和中子统称为组成。质子和中子统称为核子核子。图2 Z ZA A X X 表示各种核素。表示各种核素。Z ZA A X X A AX X AmAmX X 如如 9999m mTcTc 3 31 1H H 3 3H H 1
4、51532 32 P P 3232P P 5353131131II131131I I 中子和质子的转换以下式子表示:中子和质子的转换以下式子表示:中子过多时中子过多时:0 01 1n n 1 11 1p+p+-1-10 0e+ve+v 中子过少时:中子过少时:1 11 1pp0 01 1n+n+1+10 0e+ve+v 原子核中存在一种极强的作用原子核中存在一种极强的作用力力 核力核力,使核子紧密的结合在一,使核子紧密的结合在一起。起。l二、几个基本概念二、几个基本概念l(一一)核素核素l(二二)同位素同位素l(三三)同质异能素同质异能素l(四四)稳定性核素与放射性核素稳定性核素与放射性核素l
5、(五五)半衰期半衰期(一)(一)核素核素 凡是具有一定原子序数、一定质量数凡是具有一定原子序数、一定质量数和一定能量状态的各种原子,统称为和一定能量状态的各种原子,统称为核素核素。例如例如1 13 3H H、6 61212C C、8888226226Ra Ra、5353125125I I等。等。核素包括两种情况核素包括两种情况同种核素:同种核素:Z Z、A A、E E 相同。如相同。如15153232P P、15153232PP核素核素Z、A、E完全不同。如完全不同。如13H、612C、53125I不同种核素不同种核素Z相同,相同,A、E不同。如不同。如53125I、53128I等等(二二)同
6、位素同位素 具有相同原子序数,但质量数不同具有相同原子序数,但质量数不同的核素称为的核素称为同位素同位素。(图图4 4)如如5353125125I I、5353127127I I、5353131131II互为碘互为碘的同位素。的同位素。(三)同质异能素(三)同质异能素 凡具有相同的原子序数和质量数,凡具有相同的原子序数和质量数,处于不同能量状态的一类核素,它们处于不同能量状态的一类核素,它们彼此称为彼此称为同质异能素同质异能素。(。(图图5 5)9999m mTcTc和和9999TcTc 图4图5(四)稳定性核素和放射性核素四)稳定性核素和放射性核素1 1、稳定性核素、稳定性核素(非放射性核素
7、)(非放射性核素)2 2、放射性核素放射性核素(不稳定性核素)(不稳定性核素)1 1、稳定性核素、稳定性核素:原子核能够稳定的存在于自然界中,原子核能够稳定的存在于自然界中,不会自发地产生变化,这种核素通常称不会自发地产生变化,这种核素通常称为为非放射性核素(稳定性核素)非放射性核素(稳定性核素)。N/Z=1 1.5 N/Z=1 1.52 2、放射性核素放射性核素(不稳定性核素)(不稳定性核素)原子核即使没有任何外来因素作原子核即使没有任何外来因素作用下,也会自发地放出射线而转变为用下,也会自发地放出射线而转变为另一种核素,这类核素称为另一种核素,这类核素称为放射性核放射性核素素。这个过程则称
8、为这个过程则称为放射性核衰变放射性核衰变。天然放射性核素天然放射性核素放射性核素放射性核素人工放射性核素人工放射性核素核衰变核衰变放射性核素特点放射性核素特点 特定的半衰期特定的半衰期(五)半衰期(五)半衰期1 1、物理半衰期、物理半衰期(physical half lifephysical half life)2 2、生物半衰期、生物半衰期(biological half life)biological half life)3 3、有效半衰期、有效半衰期(effective half lifeeffective half life)1 1、物理半衰期:、物理半衰期:符号符号T T1/21/2
9、 在单一的放射性核素衰变过程中,放射在单一的放射性核素衰变过程中,放射性活度降至原有值一半时所需要的时间,称性活度降至原有值一半时所需要的时间,称为为物理半衰期物理半衰期,简称,简称半衰期(半衰期(T T1/21/2)。238238U TU T1/2 1/2 为为4.8104.8109 9年年 226226Ra TRa T1/2 1/2 为为15601560年年 125125I TI T1/2 1/2 为为6060天天 198198Au TAu T1/2 1/2 为为2.72.7天天 135135Cs TCs T1/2 1/2 为为2.8102.810-10-10秒秒半衰期和衰变常数(半衰期和
10、衰变常数()的关系为:的关系为:0.6930.693T1/2=或或=T1/2衰变常数:衰变常数:是指某种放射性核素的一个是指某种放射性核素的一个原子核在单位时间内进行自原子核在单位时间内进行自发衰变的比率。发衰变的比率。2 2、生物半衰期:生物半衰期:符号符号T Tb b 生生物物半半衰衰期期是是指指进进入入生生物物机机体体内内的的放放射射性性核核素素,由由于于生生物物代代谢谢的的作作用用,放射性活度减少一半所需要的时间。放射性活度减少一半所需要的时间。3、有效半衰期:有效半衰期:符号符号TeTe有有效效半半衰衰期期是是指指进进入入生生物物机机体体内内的的放放射射性性核核素素,由由于于放放射射
11、性性衰衰变变和和生生物物代代谢谢共共同同的的作作用用,使使放放射射性性活活度度减减少少到到原原来来的的一一半时所需要的时间。半时所需要的时间。物物理理半半衰衰期期、生生物物半半衰衰期期、有有效效半半衰衰期期三三者者的的关系为:关系为:T1/2TbTe=T1/2+Tb(图图6)图6例:例:I-131I-131在在甲状腺甲状腺的的TeTe计算计算,I-131I-131物理物理T1/2T1/2为为8.18.1天,设天,设TbTb为天;为天;Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。三、三、核衰变的类型及规律核衰变的类型及规律 l(一)核衰变的类型(一)核衰变的类型 l(二)核衰变规律(二)核
12、衰变规律l(三)核射线及其性质(三)核射线及其性质l(四)放射性活度及其单位(四)放射性活度及其单位(一)核衰变的类型(一)核衰变的类型 1 1、衰变衰变 2 2、衰变衰变 -衰变衰变 +衰变衰变 电子俘获电子俘获 3 3、衰变和内转换衰变和内转换放放射射性性核核素素自自发发地地释释放放出出一一种种或或一一种种以以上上的的射射线线并并转转变变为为另另一种核素的过程称为一种核素的过程称为核衰变核衰变。衰变(衰变(alpha decayalpha decay)1 1、定定义义:放放射射性性核核素素的的原原子子核核放放出出粒粒子子后后变变成成另另一一种种核核素素的的衰衰变变过过程程,称称为为衰变衰变
13、。粒子实质上是粒子实质上是氦核氦核(2 24 4He)He)2 2、通式:通式:衰变反应式表示为衰变反应式表示为 Z ZA AX=X=Z-2Z-2A-4A-4Y+Y+2 24 4He+QHe+Q 经经衰变后,衰变后,子核质量数减少子核质量数减少4 4,原子序数减少,原子序数减少2 2。图8 衰变衰变 核核衰衰变变时时放放射射出出粒粒子子或或俘俘获获轨道电子的衰变称为轨道电子的衰变称为衰变衰变。衰衰变变可可分分为为-衰衰变变、+衰衰变变和和电子俘获电子俘获三种三种。1 1、-衰变衰变 (1 1)定定义义:放放射射性性核核素素的的原原子子核核放放出出-粒粒子子变变成成另另一一种种核核素素的的核核衰
14、变过程,称为衰变过程,称为-衰变衰变。np+e-衰变模式图(2 2)通式:通式:Z ZA AXXZ+1Z+1A AY+Y+-+v+Q+v+Q经经-衰变后,衰变后,子核质量数不变,原子核质量数不变,原子序数加子序数加1 1。图92 2、+衰变衰变(1 1)定定义义:放放射射性性核核素素的的原原子子核核放放出出+粒粒子子,变变成成另另一一种种核核素素的的核衰变过程称为核衰变过程称为+衰变衰变 。np+e+衰变模式图+(2 2)通式:通式:z zA AX X z-1z-1A AY+Y+v+Q+v+Q经经+衰变后,衰变后,子核质量数不变,原子子核质量数不变,原子序数减序数减1 1。图103 3、电子俘
15、获电子俘获(1 1)定定义义:放放射射性性核核素素的的原原子子核核在在衰衰变变时时不不放放出出粒粒子子,由由核核外外俘俘获获一一个个轨轨道道电电子子而而变变成成另另一一种种原原子子核核的的放放射射性转变过程称为性转变过程称为电子俘获电子俘获。电子俘获是核内电子俘获是核内中子数不足时从核中子数不足时从核外靠内层的电子轨外靠内层的电子轨道(即道(即K K层)上俘获层)上俘获一电子,使核内一一电子,使核内一个质子转化为中子,个质子转化为中子,同时放射出一个中同时放射出一个中微子的过程。微子的过程。P+e-n(2 2)通式:通式:Z ZA AX+X+-1-10 0eeZ-1Z-1A AY+vY+v经电
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