1、 放射診斷治療 與核醫學 主講人：蔡建新 .概述1人類已進入21世紀，經濟將高度開展，人民生活程度進一步提高，人民盼望有一個好的生活環境和安康的身體，所以需求提高醫療技術和程度，更新醫療設備，提高全民族的安康，使人民的平均壽命提高到新的程度。核科學與醫學、生物學、放射學和劑量學等結合，產生了放射診斷學、放射治療學和核醫學等學科。.概述2現代醫學總是包括四個方面：預防醫學、診斷醫學、治療醫學和康復醫學。核科學可用于預防、診斷和治療，已成為醫學領域中不可短少的部份。例如：預防領域需開展普查，如乳腺癌普查、骨密度普查、X光定期檢查等；診斷領域，現代化醫院中的高當設備都和核科學有關，如XCT、ECT、

2、MRI和PET等；治療領域，現代癌癥有70需求放射性治療，還有X刀、刀、質子刀和BNCT等都是目前最先進的治療設備。 .第一節 放射診斷學 6.1.1 概述放射診斷學是一門利用X射線診斷疾病的學科。從1895年德國科學家倫琴發現X射線至今，X射線的診斷和治療依然是非常重要的手段之一。 .6.1.2 X射線透視與攝影技術 1. X射線透視：利用X射線的穿透性和熒光作用進展透視檢查，X線穿過受檢組織或臟器將它們投影到熒光屏上，供醫生察看和診斷。2. X線攝影：利用X線的穿透性和感光性，將受檢組織或臟器顯象在膠片上，稱為X線照相。 .多功能X線攝影系統1.多功能X線攝影系統2.6.1.3 X線造影和

3、影像加強技術 1、X線造影技術：用造影劑注入到受檢臟器，以添加它們與周圍組織的對比度，提高影像分辨率。2、X線影像加強技術：用增感屏或X線影像加強器使圖像提高亮度和明晰度。.挪動式血管造影系統.挪動式血管造影系統診斷圖.6.1.4 醫用X線電視技術 醫用X線機和閉路電視系統配合運用的醫用電視系統。 .6.1.5 數字化X線技術 采用數字化技術可得到數字圖像，便于計算機連網，數字傳輸，數字化圖像的明晰度高。如今有數字化X光機，數字減影血管造影儀，計算機斷層XCT等。 .數字化醫用X射線診療安裝.第二節 X射線計算機斷層(XCT) 6.2.1 XCT開展概略 1、概述：1972年英國EMI公司的H

4、ounsfield研制成世界上第一臺XCT機。CTComputed Tomography是計算機斷層的縮寫。抑制了X光機平面圖像在深度方向的重疊，可以得到人體臟器的斷層即一薄層圖像，許多斷層像可以重建成三維的立體像。 .6.2.1 XCT開展概略(續2、現代XCT的根本情況 XCT曾經閱歷了五代，第六代CT正在研討。單束掃描、窄角束掃描、廣角束掃描、反扇束掃描、動態空間掃描和電子束掃描。 3、XCT的開展方向 掃描方式、檢測器數量和掃描時間。 .XCT機(Elscint)圖片.GE公司的XCT.XCT (Elscint)機診斷圖.6.2.2 XCT對X射線的丈量(1)1、 X射線的五個物理量：

5、波長、頻率、能量、強度和劑量。一個光子的能量.6.2.2 XCT對X射線的丈量(2)2、 X射線與人體的相互作用不變散射：光子與電子碰撞只改動進展方向而能量不變。康普頓散射：光子與自在電子或原子中束縛得不太緊的電子碰撞，將一部份能量傳送給電子，使之脫出原子成為反沖電子，光子那么因損失能量成為能量更小的光子，且改動運動方向。光電吸收：光電作用導致X射線光子及其能量在作用途被吸收。 .6.2.2 XCT對X射線的丈量(3)3、 X射線的衰減X射線穿過人體后，強度成指數衰減，如下式所示： 其中是組織的線性衰減系數，W是組織的厚度。 .6.2.3 XCT建像原理和方法 建像方程如下： .6.2.4 X

6、CT掃描系統的構造XCT掃描系統主要由采樣系統和圖像處置系統兩大部分組成。 采樣系統：X射線管，探測器 圖像處置系統：中心是計算機，外設，圖象顯示器和軟件 .采樣系統和圖像處置系統 采樣系統 圖像處置系統.6.2.4 XCT掃描系統的構造(1)1XCT的采樣系統 XCT的采樣系統包括掃描機架、X射線發生器、準直器、探測器、A/D、計算機接口和冷卻系統等。.6.2.4 XCT掃描系統的構造(2)2XCT的圖像處置系統 圖像處置系統的中心是一臺計算機，另外還有硬盤、軟盤、打印機、磁帶機、D/A、圖像顯示器、照相機和系統軟件等。.6.2.4 XCT掃描系統的構造(3)3、CT數 .第三節 放射治療學

7、.6.3.1概述(1)1、腫瘤放射治療學的歷史1895年倫琴發現X射線1942年原子反響堆問世，制造出多種人工放射性同位素50年代Co60治療機出現60年代醫用電子感應加速器、醫用電子直線加速器運用于臨床70年代開場對中子、質子、負介子和重離子等的運用進展研討，出現X-刀和-刀 80年代后對惡性腫瘤的70進展放射療.6.3.1 概述(2)2、放射治療的原理 放射治療學是利用核射線X、和中子流等對疾病進展輻射治療的學科。 放射治療的根本原理是當射線到達一定劑量時，射線照射對病變細胞有抑制和殺傷作用。 射線經過直接效應和間接效應置癌細胞于死地。.6.3.1概述(3)3、世界各國腫瘤發病情況據198

8、9年統計，全世界40億人口中每年有600萬人得癌癥。在我國上海、江蘇、浙江、福建等地，腫瘤已列為第一位；北京、天津等地列為第二位。在美國，肺癌占第一位，大腸癌占第二位；我國胃癌占第一位，肺癌占第二位。食管癌在世界有三個高發區，中亞里海沿岸、南部非洲地域和我國華北地域。我國華南以鼻咽癌較常見，東北胃癌占首位，西南地域肺癌占首位。經過各種治療，各種癌癥的平均5年生存率已達48。.6.3.1概述(4)3、放射治療用的放射源有三大類：(1)放射性同位素發射出的、線(2)X射線治療機和各類加速器產生的不同能量的X射線(3)各類加速器產生的電子束、質子束、中子束、負介子和重離子束等第一類放射源用作體外照射

9、、腔內照射或組織間照射，也可用口服或靜脈注射將放射性核素注入人體，進展內用同位素治療。第二、三類放射源只能用于體外照射。 .6.3.1概述(5)4、腫瘤放射治療的方法和療效放射治療的方法有三種：貼敷法、腔內照射法和體外照射法。據有關報道：如子宮癌手術前放射治療的治愈率可從70提高到90；膀胱癌手術前放射治療的治愈率可提高10以上；肺癌手術后放射治療5年生存率從0提高到20。單獨放射治療惡性腫瘤5年治愈率可達50% .6.3.2 放射治療設備 1. X射線治療機為獲得X射線必需有二個條件： (1) 要有足夠數量高速運動的電子 (2) 要有一個可以接受高速電子撞擊而產生X射線的靶。.6.3.2 放

10、射治療設備(1)X射線治療機有以下幾種：接觸治療機，治療皮膚癌，管電壓1060千伏；表層治療機，治療淺層，管電壓60140千伏；中層治療機，治療皮下中層組織，管電壓140180千伏；深部治療機，治療組織深部的病灶，管電壓180250千伏。 .X射線治療機WEIDA)Energy: 6MeV(X-ray)Dose Date : 2GY/minField size:2X235X35cm.6.3.2 放射治療設備(2)2.CO60治療機射線，能量1.17Mev，1.33Mev，穿透力強，深部治療比200千伏的X射線大15。皮下反響輕，骨骼和軟組織吸收劑量相等，旁向散射小，經濟可靠，構造簡單。 .Co

11、60治療機HMD-I型.6.3.2 放射治療設備(3)3、后裝治療儀 后裝治療儀是一種遠間隔控制小射線源鈷60，銫等的治療安裝。4、快中子治療儀 中子源14MeV D-T中子發生器5、負介子治療儀.6.3.3 醫用加速器1概述放射治療是癌癥治療的主要手段。最早用于治療癌癥的是X射線，50年代出現了遠間隔鈷60治療機，進入60年代后，醫用加速器技術應運而生。由于醫用加速器能產生電子、X、等射線，射線定向性好，能量高，穿透性強，并且可以控制，利用率又高，故各種加速器的不斷出現很快在醫學上得到注重和利用。.6.3.3 醫用加速器1加速器用于醫學在本世紀30年代就開場了，那時美國就有了用于醫學的盤旋加

12、速器。40年代出現了醫用電子感應加速器、電子同步加速器和質子同步加速器。1952年電子直線加速器在英國初次用于醫療。進入60年代醫用電子直線加速器開場運用，由于它是一種能產生X射線和電子射線的先進設備，所產生的高能射線能以電離輻射的方式作用于細胞，殺傷不同種類的腫瘤細胞，所以被廣泛用于臨床治療腫瘤。.6.3.3 醫用加速器22、電子直線加速器 醫用電子直線加速器是醫療器械領域設計制造復雜、技術含量最高的高科技 產品，也是目前治療腫瘤的主流設備。下面是國產XHA600C醫用電子直線加速器.XHA 600C醫用電子直線加速器.6.3.3 醫用加速器33、電子盤旋加速器 .6.3.4 立體定向放射治

13、療 一、概述 1949年瑞典神經科學家Leksell首先提出了放射外科學實際，想象利用立體定向技術，運用大劑量的高能量射線束X、質子、中子等一次性摧毀靶點的病變組織。以后近二十年有許多科學家進展了研討和實驗，于1068年建造了世界上第一臺 刀，并于1972年1974年勝利地做了二十多例腦動靜脈畸形和癌癥手術。從此刀開場用于治療各種神經外科和癌癥疾病。 .6.3.4 立體定向放射治療(1)二、刀 刀和X刀并非通常意義上的有利刃、有憑據、能切割的金屬刀。稱其為“刀是由于它能象手術刀那樣切除腫瘤，冠以“X或“是由于原動力來自X射線和射線，所以也是一種放射治療。 .6.3.4 立體定向放射治療(2)1

14、刀的根本原理和概略 刀是將多個放射源靜止性照射到一點上，使該點的劑量很大，從而到達治療的目的。 1968年第一臺刀在瑞典問世，用179個鈷60源；1974年第二代刀用201個鈷60源，照射直徑達430mm；八十年代開展了第三代刀，用多個等劑量.6.3.4 立體定向放射治療(3) 中心，改換各種準直器頭盔，運用范圍擴展到顱內腫瘤和血管畸形。1984年后刀遭到世界各國關注和推行，在英國和阿根廷安裝了第三臺和第四臺刀。1987年在美國安裝了北美第一臺刀，每個鈷源達30居里，適用于治療面積更大、位置更深的病變。1992年美國已有10臺刀，日本有8臺。近年來，我國已引進5臺。 .6.3.4 立體定向放射

15、治療(4) 2、刀的組成 刀由六部分組成，它們是： 放射系統；校準系統頭盔；手術臺；控制臺；液壓系統和 計算機治療方案系統。 .6.3.4 立體定向放射治療(5) 3、刀的特點 無手術治療，病人無苦楚； 手術準確，誤差小0.1mm； 簡便省時,每次治療只需3-小時； 新一代刀配合CT、MRI和DSA及計算機，使治療過程自動化和程序化。 .6.3.4 立體定向放射治療(6)4、刀的臨床運用 伽瑪刀、X刀治療順應癥：1.一切的腦內良、惡性腫瘤：腦膜瘤、垂體瘤、 腦轉移瘤、松果體瘤、三叉神經瘤、聽神經 瘤、血管網織細胞瘤、脊索瘤、雪旺氏神經鞘瘤、NPH癌等2.癲癇；3.腦血管畸形、腦血管瘤；4.五官

16、腫瘤：鼻咽癌、顱咽管瘤、鼻血管纖維瘤、 內耳腫瘤、眼球后腫瘤；5.功能性腦神經疾病： 三叉神經痛、頑固性 頭痛、帕金森氏病。.奧沃伽瑪刀.6.3.4 立體定向放射治療(7)三、X刀1、概述 以產生硬X射線的醫用直線加速器為放射源的立體定位定向安裝，稱為X刀。其原理是經過Linac機架旋轉控制射線的輸出劑量，照射野的再次準直和治療床的角度變化來使高輻射劑量照射源集中在靶點，而靶區周圍X射線劑量很小，獲得與刀一樣的治療效果。 .6.3.4 立體定向放射治療(8)2、X刀的特點和評價 無痛手術，病人苦楚極小 設備簡單，只需對規范直線加速器稍加修正，就非常接近刀 操作簡單，技術容易掌握 造價比刀低，容

17、易推行 對環境污染小 可對多種癌肝、腎、肺及骨癌等進展立體放射治療。 .6.3.4 立體定向放射治療(10) 評價：預測X刀將成為未來立體放射治療的主要設備，比刀更易推行。在美國X刀治療中心有80多個，而刀治療中心只需8個。3、X刀的臨床運用 我國從1991年研制第一臺X刀，兩年中就完成了160多病例。 .X-刀(STAR系列).6.3.5 硼中子俘獲癌癥治療 1、 概述BNCTBorton Neutron Capture Therapy中文含義是硼中子俘獲治療，是目前世界最先進的癌癥治療方法之一。到目前為止，世界上用反響堆中子源的rBNCT治療機曾經到達二期臨床程度，但基于加速器的BNCT世

18、界上還沒有，許多興隆國家都在研制中。 .6.3.5 硼中子俘獲癌癥治療(1) 在一切目前可以列舉的放射治療方法中，BNCT具有其它放療所不具備的突出優點。主要表如今：中子的穿透性比質子和重離子好，容易實現深部癌癥治療；BNCT用的是低能中子，與快中子治療相比，低能中子對人體正常細胞的損傷要小得多；發揚治療作用的粒子和7Li重離子具有局域性好的特點；藥物的選擇性提高了BNCT治療癌癥方面的優勢；對無原發腫塊的癌癥有潛在的治療才干等。 .6.3.5 硼中子俘獲癌癥治療(2)2BNCT的根本原理將含10B元素的BNCT藥物注射到人體中，藥物對腫瘤的選擇性越高約好，每克腫瘤組織到達30g的10B；由加

19、速器產生的中子源經慢化后變為1eV1keV范圍內的超熱中子,照射到病變組織,與10B發生俘獲反響,反響方程如下: 10B + 1n 4(1.78MeV)+ 7Li(1.01MeV) (4%) 4(1.47MeV)+ 7Li(0.84MeV) + (0.48MeV) (96%) 產生的4粒子和 7Li核的射程都很短,分別為5m和8m, 它們能有效地殺死癌細胞,而對周圍正常細胞損傷很小。 .6.3.5 硼中子俘獲癌癥治療(3)3BNCT中子源一個理想的BNCT中子源應具備以下性質:源的主要成分是1eV到10keV的中子；源在病人輻照區的通量大于或等于109量級也即在一個小時內可將總量約1012的中

20、子注入病灶；源的快中子成分足夠低；源的射線成分足夠低；源的方向性足夠好。 .6.3.5 硼中子俘獲癌癥治療(4)目前可以最大程度接近這些要求的中子源只需反響堆中子源，但世界上正全力開辟小型加速器中子源及輔助設備，從90年代初開場，已吸引了幾十個研討組在開展研討任務。 加速器產生中子的方法普通用7Li (p,n)、9Be(p,n)或9Be(d,n)，高能質子或氘核能量大于2.4MeV轟擊Li靶或Be靶，產生能量大于700keV的中子，再經慢化安裝變成超熱中子。 4、劑量計算 .第四節 核醫學概論 核科學用于經濟技術的開展，為消費力的開展、社會的提高和人類和平的偉大事業作奉獻。同時，科學技術，包括

21、核物理、核探測、核輻射、核資料、核化學和核醫藥等都已廣泛應核科學技術也不斷地為人類安康，提高人民的生活程度效力。除了放射診斷和放射治療，在本世紀30年代開創的臨床核醫學就是一門核科學技術與醫學相結合的新興學科。幾十年來核醫學已得到相當大的開展，在醫院中放射科和核醫學科都已成為現代化醫院中的重要部門。 .6.4.1 引言1什么是核醫學 核醫學是一門利用開放型放射性核素診斷和治療疾病的學科。 .6.4.1 引言(1) 2核醫學的分類 .6.4.1 引言(2) 3核醫學的相關學科放射診斷學diagnostic radiology是利用X射線診斷疾病的學科；放射治療學therapeutic radio

22、logy是利用核射線X、一和中子流等對疾病進展輻射治療的學科；放射醫學radiation medicine是研討和運用核射線對生物的輻射效應、放射損傷的診斷治療和放射衛生防護的學科；醫學影象學medical imaging是專門研討醫學圖象處置的學科，包括二維和三維的圖象重建等。.6.4.1 引言(3)4核醫學的特點1高靈敏度，目前已可丈量300種以上的活體，可探測到10-910-15克。2無創傷性3反映體內的生化和生理過程4同時反映組織或臟器的形狀與功能5動態察看 .6.4.2 核醫學的開展史和現狀1初級階段1935-19452迅速開展階段1945-19603高速開展階段1961-19744

23、現代核醫學階段1974-如今.6.4.3 我國核醫學的根本情況 開場于1956年，到80年代末已有600多家醫院有核醫學科，1000多家醫院有同位素室人才設備 ：伽瑪相機，SPECT和PET.6.4.4 核醫學的必備物質條件 核醫學的必備條件如下：放射性藥物放射性試劑核醫學儀器任務場所.6.4.4核醫學的必備物質條件(1)1放射性藥物凡需引入人體內的放射性核素和放射性標志物稱作放射性藥物radiopharmaceuticals，按不同用途分為診斷用放射性藥物和治療用放射性藥物兩種。2放射性試劑放射性試劑radroactive reagent指不需引入人體的放射性核素和放射性標志物。 .6.4.

24、4核醫學的必備物質條件(2)3核醫學儀器1顯像用的核醫學儀器照相機單光子發射計算機斷層SPECT正電子發射計算機斷層PET掃描機scanner2非顯像用的核醫學儀器常用的有甲狀腺功能測定儀、腎圖儀、心功能儀、部分腦血流測定儀和骨密度丈量儀等。 3體外診斷用的核醫學儀器 .6.4.4核醫學的必備物質條件(3) 4任務場所 用于核醫學的任務場所必需符合輻射平安與防護的要求。對任務場所按三區制原那么配置： 非活性區 低活性區 高活性區.6.4.5 核醫學與國際機構(1) 1核醫學與國際原子能機構IAEA IAEA以為在人類安康方面，新的核技術和治療方面將起重要作用。 2核醫學與國際癌癥研討機構IAR

25、C 從放射治療開場，核醫學治療癌癥是非常重要的手段。研討癌癥是一個系統工程。據保守估計，每年，癌癥要奪去全世界630萬人的生命，被稱為人類安康的“第一殺手。人類在與癌癥的抗爭中生長，請看表6.4.1。 .6.4.5 核醫學與國際機構(2) 3核醫學與世界衛生組織WHO WHO以為老年人的五大疾病是心血管病、癌癥、糖尿病、老年癡呆和骨質疏松。核科學技術在處理心血管病、癌癥和骨質疏松中起重要作用 4核醫學與Internet 在Internet網上有許多核醫學資源可共享.第五節 核醫學影像設備 本節討論另一種成像方法。X射線和超聲成像設備都是由外部向人體發射某種方式的能量，根據能量的衰減或反射情況來

26、成像。核醫學影像設備那么是向人體注射放射性核素示蹤劑，使帶有放射性核素的示蹤原子進入人體內要成像的臟器或組織，使它們變成射線源，然后經過丈量放射性核素在人體內的分布來成像。 .6.5.1 概述 1XCT和ECTX射線計算機斷層是屬于透射式計算機斷層transmission computed tomography，簡稱TCT或XCT，放射性核素計算機斷層屬于發射型計算機斷層emission computed tomography,簡稱ECT。 .6.5.1 概述(1)2核醫學影象設備的分類單光子系統。用這種系統呵斥平面投影圖像的設備稱為相機，產生斷層圖像的設備稱為單光子發射計算機斷層Single

27、 Photon Emission Computed Tomography,簡稱SPECT。正電子發射計算機斷層Positron Emission Computed Tomography，簡稱PECT或PET。.6.5.2 閃爍照相機 1照相機的根本原理照相機是一種快速顯像設備，它不僅能提供靜態圖像，而且可提供動態圖像，了解血流和代謝過程，是診斷腫瘤和循環系統疾病的重要設備。 .6.5.2 閃爍照相機(1)相機的根本組成如圖6.5.1所示。當受檢者注射放射性同位素標志藥物后，放射性核素有選擇地濃聚在被檢臟器內，該臟器就成了一個立體射線源，該射線源放射出的射線經過準直器射在NaI(TL)晶體上，立

28、刻產生閃爍光點。閃爍光點發出的微弱熒光被光導耦合至光電倍增管PMT，輸出脈沖信號。這些脈沖信號經后面的電子線路處置構成能量和位置兩個通道的信號，位置信號確定顯示光點的位置，能量信號確定該光點的亮度。經過一定時間的積累，便構成一幅閃爍圖像，并可用照相機拍攝下來，就完成了一次檢查。 .6.5.2 閃爍照相機(2).6.5.2 閃爍照相機(3)2相機的構造和主要部件如圖6.5.1所示，相機主要由探頭、電子線路和顯示系統三部分組成。 .6.5.2 閃爍照相機(4)1探頭 探頭是相機的中心部件，它包括準直器、閃爍晶體、光電倍增管、前置放大電路、光導和定位網絡電路等。圖6.5.2(a)是由19個光電倍增管

29、構成的閃爍相機探頭。 .6.5.2 閃爍照相機(5)2電子線路部份如圖6.5.1所示，相機的電子線路部份主要由能量信號通道和位置信號通道兩部份組成。位置信號通道對X+，X-，Y+和Y-進展處置得到X=X+-X-/Z和Y=Y+-Y-/Z的位置信號，這是閃爍光點的位置。3顯示系統顯示系統由示波器和照相機組成，照相機可以對準顯示熒光屏進展攝影。目前相機的顯示系統都由微型計算機的顯示器實現。 .6.5.2 閃爍照相機(6)3相機成像原理相機把人體臟器內的放射性核素的三維分布變成一張二維分布的圖像或照片. .閃爍照相機.6.5.3 單光子發射計算機斷層(SPECT 單光子發射計算機斷層是核素顯象技術中繼

30、掃描機和相機問世后的又一次突破。1SPECT與相機的比較目前醫院中用得最多的SPECT稱為旋轉相機型的ECT，這種SPECT是相機探頭加上旋轉機構和圖像重建軟件，它包含了相機的功能，添加了斷層圖像獲取和圖像重建功能，而價錢只比普通相機貴20一30。 .6.5.3單光子發射計算機斷層(SPECT(1)SPECT與相機相比有三個優點：(1)SPECT可以得到真正的三維立體信息，即由許多二維斷層圖像重建而構成三維圖像，而相機只能得到二維重疊圖像。(2)SPECT提供了全定量的分析手段。相機測得的放射性強度是單位面積的迭加信息；SPECT可得到單位體積的放射性濃度，能反映臟器深度方面的活性差別，這是開

31、展定量分析的根本根據。(3)SPECT改動了臟器深度方面的空間分辨率，而普通相機對表淺部位容易探測，對臟器深部就很困難，深部信息重疊在一同，很難分辨。.6.5.3單光子發射計算機斷層(SPECT(2)2SPECT與XCT比較1XCT是透射式成像設備，射線源在人體外部；SPECT是發射式成像設備，射線源在人體內部。2XCT的空間分辨率較高，可到達小于0.5mm，所以圖像明晰；SPECT的圖像分辨率只需4mm左右，圖像明晰度不如XCT。 3XCT的射線源是X射線；SPECT的射線源是射線。 .6.5.3單光子發射計算機斷層(SPECT(3)4XCT測得的圖像反映的是臟器形狀；而SPECT測得的圖像可反映臟器的構造和功能。5在圖像重建方面，SPECT和XCT普通都采用濾波反投影的重建方法。 6SPECT的價錢普通比XCT廉價，約為XCT的1/3，為核磁共振MRI的1/5。 .6.5.3單光子發射計算機斷層(SPECT(4)3SPECT的根本原理ECT(這里主要指SPECT