影像核醫(yī)學(xué)

1、核醫(yī)學(xué),游金輝 教授 碩士導(dǎo)師Tel：0817-2262227醫(yī)學(xué)影像學(xué)系核醫(yī)學(xué)教研室,核物理基礎(chǔ),一、原子核,自然界的一切物質(zhì)都是由元素構(gòu)成元素的最基本單位是該元素的原子化學(xué)上把同種原子叫元素(Element),一、原子核,原子的結(jié)構(gòu)原子核：原子的中心 帶正電荷電子：繞核旋轉(zhuǎn) 帶負(fù)電荷當(dāng)核外電子與原子核電荷數(shù)相等時(shí)，原子呈中性,,,,,,,,一、原子核,原子核結(jié)構(gòu)：質(zhì)子(Proton)中子(Neutron)

2、統(tǒng)稱為核子(Nucleon)原子的理化特性主要取決于原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)及其能量狀態(tài),一、原子核,核素(Nuclide)：原子核具有特定的質(zhì)子數(shù)(Z)和中子數(shù)(N)及一定能態(tài)(m)的原子，稱為核素。同位素(Isotope)：凡核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，在元素周期表中處于同一位置的一類核素稱同位素。同質(zhì)異能素(Isomer)：核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相同而能量不同的核素。,一、原子核,基態(tài)：原子核處于能量最低的狀態(tài)激發(fā)態(tài)：在一定

3、條件下，原子核可處于較高能量狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的核素回到基態(tài)，釋放能量，其方式不是連續(xù)的，而是跳躍式的。,二、核衰變(Nuclear Decay),穩(wěn)定核素(Stable Nuclide)：指原子核能穩(wěn)定存在，不會(huì)自發(fā)的發(fā)生改變的一類核素。,二、核衰變(Nuclear Decay),放射性核素(Radio Nuclide)：指原子核不穩(wěn)定，它能自發(fā)的放射出一種或幾種核射線，由一種核素衰變?yōu)榱硪环N核素，這種核轉(zhuǎn)變過(guò)程即為核衰變(N

4、uclear Decay)。,二、核衰變(Nuclear Decay),放射性核素的衰變方式α 衰變?chǔ)? 衰變?chǔ)? 衰變EC(電子俘獲)γ躍遷(衰變),二、核衰變(Nuclear Decay),α衰變，放射性核素每次衰變時(shí)，釋放出一個(gè)氦核( )，稱α粒子。,二、核衰變(Nuclear Decay),β-衰變，主要發(fā)生在中子相對(duì)過(guò)剩的核素衰變時(shí)，核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子，總核子數(shù)不變，同時(shí)釋放出一個(gè)負(fù)電子( 粒子

5、)及一個(gè)反中微子(ū) 。,二、核衰變(Nuclear Decay),β+衰變，主要發(fā)生在中子數(shù)相對(duì)不足的核素衰變時(shí)一個(gè)質(zhì)子變成一個(gè)中子，同時(shí)釋放出一個(gè)β+粒子(正電子)和一個(gè)中微子(μ),二、核衰變(Nuclear Decay),γ衰變，既γ躍遷或同質(zhì)異能躍遷各種衰變產(chǎn)生的子核可能先處于激發(fā)態(tài)，再回到基態(tài)并以γ光子的形式釋放出多余的能量,二、核衰變(Nuclear Decay),電子俘獲(electron capture, EC

6、)主要發(fā)生在中子相對(duì)不足的核素原子核先從核外較內(nèi)層電子軌道上俘獲一個(gè)電子，使一個(gè)質(zhì)子變?yōu)橐粋€(gè)中子，同時(shí)釋放出一個(gè)中微子。,二、核衰變(Nuclear Decay),電子俘獲(electron capture, EC)隨后由外層電子向內(nèi)層補(bǔ)充，并將多余的能量以X線的形式釋出，稱特征X線?；虬堰^(guò)剩的能量傳遞給更外層的軌道電子使之脫離軌道而釋出，稱俄歇電子(Auger Electron)。,,,,,,,,,,,,,,原子核,核外電子,特

7、征X線,Auger Electron,EC,三、α、β、 γ射線的特性,四、核衰變規(guī)律,放射性核素在發(fā)生α或β或EC衰變時(shí)，原來(lái)核素的原子核數(shù)不斷減少，并產(chǎn)生新的核素，這就是核素的衰變過(guò)程；它與環(huán)境因素?zé)o關(guān)，但卻遵循一定的規(guī)律，并非雜亂無(wú)章。,四、核衰變規(guī)律,放射性核素單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)目與現(xiàn)有的原子核數(shù)目的總數(shù)N成正比。 即 或 將上式積分得,,,,四、核衰變規(guī)律,衰變

8、常數(shù)(Decay Constant, λ)：每個(gè)原子核在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率。物理半衰期(Physical half life, T1/2)：放射性核素因物理衰變減少至原來(lái)的一半所需的時(shí)間。λ=0.693/T1/2 (二者的關(guān)系),四、核衰變規(guī)律,生物半衰期(Biological half life, Tb)：生物體內(nèi)的放射性核素因生物代謝的作用，使其減少至原來(lái)的一半所需的時(shí)間。有效半衰期(Effective Half Lif

9、e, Te)：生物體內(nèi)的放射性核素因物理衰變和生物代謝的共同作用，使其減少至原來(lái)的一半所需的時(shí)間。,四、核衰變規(guī)律,四、核衰變規(guī)律,放射性活度(Radioactivity, A)：指單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)量，等于原子核的衰變常數(shù)與其核數(shù)目之乘積，即 A=λ·N 可改寫成,四、核衰變規(guī)律,專門名稱：貝克勒爾(Becquerel, Bq)定義：1Bq=1次/秒，即1Bq=1 S-1 。1KBq = 103 Bq

10、；1MBq =10 6 Bq,四、核衰變規(guī)律,舊的專用單位：居里(Ci)定義：1 Ci等于3.7×1010次核衰變即：1 Ci=3.7×1010S-11 Ci=103 mCi=106 uCi，1 mCi=103 uCi,四、核衰變規(guī)律,Bq與Ci的換算關(guān)系是：1 Ci =3.7×1010Bq =3.7×107KBq =3.7×104M

11、Bq1 mCi=3.7×107Bq =3.7×104KBq =37MBq1uCi=3.7×104Bq=37KBq,四、核衰變規(guī)律,比活度(Specific Radioactivity)：指單位質(zhì)量的物質(zhì)的放射性活度，單位是Bq/g，Bq/mol 。放射性濃度(Radioactive Concentration) ：?jiǎn)挝惑w積的溶液內(nèi)所含的放射性活度，單

12、位是Bq/ml。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,電離輻射(Ionizing Radiation)：直接電離粒子(α、β、電子、質(zhì)子)或間接電離粒子(X、 γ 、中子等)或兩者混合所組成的核射線的統(tǒng)稱。射線的物理效應(yīng)：射線與物質(zhì)的相互作用，包括射線對(duì)物質(zhì)的作用和物質(zhì)對(duì)射線的作用相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離：帶電粒子(α、β射線)與物質(zhì)的原子相互作用，使核外軌道電子獲得足夠的能量而脫離原子，成

13、為自由電子。失去電子的原子成為離子。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離：入射帶電粒子引起的電離稱為一次電離或原電離。原電離產(chǎn)生的自由電子中能量較高者，可引起電離，稱為次電離。原電離與次電離之和稱為總電離。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,帶電粒子與物質(zhì)的相互作用激發(fā)：如果在帶電粒子與原子的相互作用中傳遞給軌道電子的能量不足以使原子電離，相互作用的結(jié)果是軌道電子運(yùn)動(dòng)到更高的殼層，原子激發(fā)，激發(fā)后的原子退激時(shí)放出特

14、征X射線或產(chǎn)生俄歇電子。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,γ光子與物質(zhì)的相互作用 光電效應(yīng)(Photoelectric Effect)：入射光子與原子的殼層電子作用時(shí)，把全部能量交給電子，使其脫離原子核束縛而成為光電子。,五、射線與物質(zhì)的相互作用,γ光子與物質(zhì)的相互作用康普頓效應(yīng)(Compton-Wu Effect)：光子與殼層電子發(fā)生彈性碰撞，僅將其部分能量交給電子使其脫離原子而運(yùn)動(dòng)，該電子稱康普頓電子，而光子本身能量減少，運(yùn)動(dòng)方向改變