《原子核與放射性》PPT課件.ppt

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1、1,第十一章 原子核和放射性,2,原子核物理學(xué)（nuclearphysics):,原子核物理學(xué)內(nèi)容：,（）研究核力、核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)等有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本問(wèn)題,（）研究放射性和射線是原子核應(yīng)用的基礎(chǔ),研究原子核的結(jié)構(gòu)、特性和相互轉(zhuǎn)變等問(wèn)題的一門學(xué)科,原子核技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，已成為一門新興的學(xué)科：核醫(yī)學(xué),今后的能源問(wèn)題已成為各國(guó)所關(guān)心的問(wèn)題。,在煤和石油逐漸用竭后，除繼續(xù)利用水力外，原子能和太陽(yáng)能將會(huì)更廣泛地利用起來(lái)。而原子能目前已經(jīng)在國(guó)防上有重要應(yīng)用。人類長(zhǎng)期利用自然能量，絕大部分間接來(lái)自太陽(yáng)，今后將更多地直接取自太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)怎能長(zhǎng)期不斷地輸出強(qiáng)大的能量呢？從原子核的理論知識(shí)知道這是來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部

2、不斷的原子核反應(yīng)。所以原子核的研究在理論上和應(yīng)用都有重要性。,3,1.原子核的組成,一、原子核的組成、質(zhì)量和大小,核子：質(zhì)子中子,A核子數(shù)、質(zhì)量數(shù),Z電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、原子序數(shù),X 相應(yīng)原子的元素符號(hào),N中子數(shù)A-Z,第一節(jié)原子核的基本性質(zhì),4,2.原子核的質(zhì)量,原子核的質(zhì)量通常是通過(guò)測(cè)量原子的質(zhì)量來(lái)推得原子核的質(zhì)量。,原子的質(zhì)量等于原子核的質(zhì)量加上核外電子的質(zhì)量減去相當(dāng)電子全部結(jié)合能的數(shù)值。但是一般電子組成原子的結(jié)合能很小，可以忽略不計(jì)。,在原子核物理中，常把12原子質(zhì)量的1/12作為質(zhì)量單位即原子質(zhì)量單位（atmoic mass unit) 記作amu或u,1u=1.6605510-27kg

3、,5,核素,（1）同位素（isotope),（3）同量異位素,（2）同中子異位素,核素（nuclide):核子組分不同（不同，也不同）的各種原子核的統(tǒng)稱,目前已知的元素（包括人工合成的）共107種，而核素卻有2300多種,質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的一類核素，在元素周期表中處于相同的位置。,中子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)不同的一類核素,質(zhì)量數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同的一類核素,6,3.原子核的大小,通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)，證明原子核的形狀近似球形，其半徑小于1015m,通過(guò)精確測(cè)定，原子核的半徑同質(zhì)量數(shù)的關(guān)系為：,其中R0是一個(gè)常數(shù)，為1.210-15m,原子核的體積為：,原子核的密度為：,因此，原子核的體積與核子數(shù)成正比

4、，而各種原子核密度相同，與核子數(shù)無(wú)關(guān),7,二、原子核的自旋和磁矩,正如原子中的電子處于運(yùn)動(dòng)中一樣，原子核中的粒子也處于運(yùn)動(dòng)之中，原子和也像陀螺儀一樣在旋轉(zhuǎn)著，因而存在著轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量，通常稱之為原子核的自旋，其自旋角動(dòng)量為Sn,其中I為表征原子核自旋角動(dòng)量的量子數(shù)，其取值為整數(shù)或半整數(shù)，當(dāng)原子核的質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)時(shí)取整數(shù)，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)取半整數(shù)。,原子核具有電荷，所以在旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁矩，這磁矩稱為核磁矩：,其中g(shù)I稱為原子核的g因子，uN是常數(shù)，通常稱為核磁矩的單位，即磁子,原子核的自旋和磁矩可以從原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，核磁共振等許多實(shí)驗(yàn)中測(cè)定。,8,實(shí)驗(yàn)測(cè)定表明：原子核的質(zhì)量總小于組成它的核子質(zhì)量之和

5、，其質(zhì)量差，即損失了一部分質(zhì)量:,通常把這部分損失的質(zhì)量，稱為質(zhì)量虧損(mass defect),質(zhì)能方程：,為1原子的質(zhì)量。,這個(gè)能量稱為原子核的結(jié)合能（binding energy),三、原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損,9,2mol個(gè)質(zhì)子(2g)和2mol中子(2g)結(jié)合成一個(gè)1mol4e核時(shí)釋放的能量為：,相當(dāng)于100噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒時(shí)所釋放的化學(xué)能。因此，原子核的結(jié)合能是非常巨大的。,兩個(gè)質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)4e核時(shí)釋放的能量為：,科學(xué)上把含有6.021023個(gè)微粒的集體作為一個(gè)單位，叫摩。摩爾是表示物質(zhì)的量（符號(hào)是n）的單位，簡(jiǎn)稱為摩，單位符號(hào)是mol。 1mol的碳含6.021023個(gè)碳原

6、子，質(zhì)量為12g。 1mol的硫含6.021023個(gè)硫原子，質(zhì)量為32g，1摩任何原子的質(zhì)量都是以克為單位，數(shù)值上等于該種原子的相對(duì)原子質(zhì)量,10,原子核的穩(wěn)定性,核子在結(jié)合成原子核時(shí)要放出大量的結(jié)合能，反之，如果想要使原子核內(nèi)的核子重新分裂出來(lái)，需要供給同樣多的能量。因此，核子結(jié)合過(guò)程釋放的能量越大，其核就越穩(wěn)定，（能量越低越穩(wěn)定），對(duì)于不同的原子核其穩(wěn)定性不相同。,通常用每個(gè)原子的平均結(jié)合能來(lái)反映原子核的穩(wěn)定程度，即,從圖上可得出下列規(guī)律：,（）30 時(shí)，曲線呈上升趨勢(shì)，但在為4的整數(shù)倍的地方出現(xiàn)了峰值，說(shuō)明4個(gè)核子（個(gè)質(zhì)子和個(gè)中子）可構(gòu)成穩(wěn)定的原子核。,（）30 時(shí)，約為，近似為常數(shù)，即

7、原子核的結(jié)合能差不多與成正比，說(shuō)明原子核之間的作用力具有飽和性。,（）曲線中間高，兩邊低，說(shuō)明在40120之間的原子核較穩(wěn)定，其它穩(wěn)定性較差。,11,由核子構(gòu)成的原子核，雖然質(zhì)子間存在靜電排斥力，卻結(jié)合得非常緊密，因此核子間必然存在強(qiáng)大的吸引力，這種使核子緊密結(jié)合在一起的力稱為核力。,現(xiàn)在某些方面至今還未認(rèn)識(shí)清楚，從目前的理論和實(shí)事，可以說(shuō)明核力具有以下性質(zhì)：,（4）核力與電荷無(wú)關(guān),（1）核力是短程力,因?yàn)楹肆饶馨褞щ姷馁|(zhì)子束縛在原子核中，也能把不帶電的中子束縛在原子核中，促成質(zhì)子和中子成雙成對(duì)地結(jié)合。,核力的作用范圍只有10-15m的數(shù)量級(jí)。,一個(gè)核子所能相互作用的其他核子的最大數(shù)目是有限

8、制的。,（2）核力是強(qiáng)相互作用,（3）核力具有飽和性,（5）核力極短程內(nèi)存在斥心力,核子不能無(wú)限靠近。,12,穩(wěn)定核素（stable nuclide) 原子核的穩(wěn)定性與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的比例有關(guān)。 當(dāng)原子核內(nèi)引力與排斥力平衡時(shí)，原子核穩(wěn)定，不會(huì)自發(fā)衰變的核素稱為穩(wěn)定核素。,引力靜電排斥力 核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子）之間質(zhì)子之間,,放射性核素 (radionuclide) 原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需通過(guò)核內(nèi)結(jié)構(gòu)或能級(jí)調(diào)整才能趨于穩(wěn)定的核素稱為放射性核素。如 99Tcm、131I、32P、90Sr、153Sm、188Re、125I、60Co等。,引力靜電排斥力 核子（質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子

9、）之間質(zhì)子之間,,第二節(jié)原子核的衰變類型,13,核素中，原子序數(shù)很高的重元素，如鈾（）、鐳（a）等，不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地過(guò)渡到穩(wěn)定的原子核的變化過(guò)程稱為原子核的衰變。,質(zhì)能守恒定律動(dòng)量守恒定律 電荷守恒定律核子數(shù)守恒定律,衰變過(guò)程遵守的定律,定義,1.衰變2.衰變3.衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換,衰變的類型,14,一、 衰變,1.定義,.衰變方程,某些原子核，由于核子數(shù)過(guò)多，在衰變過(guò)程中，放出一個(gè) 粒子而變成另一種原子核的過(guò)程稱為衰變。,,衰變能,用代表衰變前的母體原子核，代表衰變后形成的子體原子核,,,,,42He,,,15,由于 衰變過(guò)程是不穩(wěn)定的原子核變成穩(wěn)定的原子核的自發(fā)過(guò)程，因此Q0即：,16, 粒

10、子特性, 粒子實(shí)質(zhì)上是He原子核； 衰變發(fā)生在原子序數(shù)大于82的重元素核素； 在空氣中的射程約為-cm，在水中或機(jī)體內(nèi)為0.06-0.16mm； 因其射程短，一張紙即可阻擋； 粒子的電離能力很強(qiáng)。 射線是大量放射性核素進(jìn)行衰變的產(chǎn)物，是高速的He原子核組成的粒子束流。 對(duì)開展體內(nèi)惡性組織的放射性核素治療具有潛在的優(yōu)勢(shì)。,17,二、衰變,三種形式：衰變 衰變軌道電子俘獲,1.衰變,（1）定義 某些原子核，由于中子數(shù)過(guò)多，放出一個(gè) 粒子和一個(gè)反中微子而變成另一種原子核的過(guò)程稱為衰變。,（2）條件,(a)中子數(shù)過(guò)多 (b) 粒子 1e（負(fù)電子),,,,,,,np+e-,反中微子：中微子的反粒子。反

11、中微子是中微子對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)粒子，其性質(zhì) 跟中微子正好相反。它是一種非常輕的中性帶電粒子。,18,（3）衰變方程,由于是自發(fā)過(guò)程，因此Q0即：,19,-粒子的特性,- 粒子實(shí)質(zhì)是負(fù)電子； 衰變后質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)加； - 粒子的能量分布從0最大具有連續(xù)能譜，穿透力比 粒子大； 電離能量比 粒子弱，能被鋁和機(jī)體吸收； 通常說(shuō)的放射性核素就是-放射性核素。 醫(yī)學(xué)中常用32P、3H、14C等 -射線是大量放射性核素進(jìn)行-衰變的產(chǎn)物。并且其能譜是連續(xù)的。 在軟組織中的射程僅為幾厘米，可用于治療，如碘治療甲亢。,20,2. 衰變,（1）定義 某些原子核，由于質(zhì)子數(shù)過(guò)多，放出一個(gè)粒子和一個(gè)中微

12、子而變成另一種原子核的過(guò)程稱為衰變。,（2）條件,(a)質(zhì)子數(shù)過(guò)多 (b) 粒子 1e（正電子),,,,,,,21,（3）衰變方程,由于是自發(fā)過(guò)程，因此Q0即：,醫(yī)學(xué)中常用11C、13N、15O、15F、52Fe等,22,粒子的特性,粒子實(shí)質(zhì)是正電子； 衰變后子核質(zhì)量數(shù)不變，但質(zhì)子數(shù)減； 也為連續(xù)能譜； 射線 是正電子組成的粒子束流，停下來(lái)后會(huì)與電子發(fā)生湮沒(méi)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成一對(duì)光子。 天然核素不發(fā)生衰變，只有人工核素才發(fā)生； 應(yīng)用：PET成像(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像)。,23,（1）定義 某些原子核可以俘獲一個(gè)軌道電子使核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)換成中子和一個(gè)中微子的過(guò)程稱為軌

13、道電子俘獲。,（2）條件,質(zhì)子數(shù)過(guò)多,3. 軌道電子俘獲,,,,,,,,,,,標(biāo)識(shí)X射線,,,,Auger 電子,,,24,（3）衰變方程,軌道電子俘獲使原子處于激發(fā)態(tài)。,如：在電子俘獲中，殼層少了一個(gè)電子出現(xiàn)空位，當(dāng)殼層的電子躍遷到殼層填補(bǔ)該空位時(shí)就會(huì)發(fā)射標(biāo)識(shí)射線.,殼層就出現(xiàn)兩個(gè)空位：一個(gè)電子躍遷到殼層，一個(gè)發(fā)射出原子（俄歇電子）。,25,三、 衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換,1. 衰變,（1）定義,（2）條件:(a)同質(zhì)異能躍遷 (b) 粒子 （光電子),處于激發(fā)態(tài)的原子核躍遷至穩(wěn)定的基態(tài)，同時(shí)放出 粒子的過(guò)程.,（3）衰變方程,注： 衰變通常伴隨著衰變和衰變,26,2. 內(nèi)轉(zhuǎn)換,處于激發(fā)態(tài)的原

14、子核躍遷至穩(wěn)定的基態(tài)時(shí)，將其衰減能直接傳遞給核外殼層電子，使該殼層的電子脫離原子成為自由電子，這種衰變方式稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換,由此發(fā)射的電子叫內(nèi)轉(zhuǎn)換電子。內(nèi)轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在殼層電子。,注：內(nèi)轉(zhuǎn)換使原子處于激發(fā)態(tài)，伴有射線或俄歇電子。,發(fā)射 射線和發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子是原子核從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的兩種方式。,,,,,,,內(nèi)轉(zhuǎn)換電子,,,27,粒子特性,粒子就是光子，是從原子核內(nèi)發(fā)射出來(lái)的電磁波； 衰變后子核質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)不變；只是能量狀態(tài)從激發(fā)態(tài)到了基態(tài)。 射線為光子流，不帶電，穿透力強(qiáng)，電離能力弱； 射線在真空中速度為30萬(wàn)km/s。 應(yīng)用：體外成像。,28,一、衰變規(guī)律,注:1. N0 為t=0時(shí)的核子

15、數(shù); 2.由積分形式可知,核子數(shù)N以指數(shù)形式隨時(shí)間減少.,通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)證明：若在時(shí)刻原子核的數(shù)目為，經(jīng)過(guò)dt（dt0)時(shí)間后，其中有dN個(gè)發(fā)生了衰變，即,-dN = Ndt,其中: 為核衰變的衰變常數(shù),N = N0e-t,微分形式,積分形式,第三節(jié)原子核的衰變規(guī)律,29,二、半衰期和平均壽命,1.半衰期,放射性原子核數(shù)目中有一半發(fā)生衰變所需要的時(shí)間叫做核素的半衰期， 常用表示,30,例：32P(磷)的半衰期為14.3天，問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后，它變?yōu)樵瓉?lái)的1/64？,解：,例：131I（碘）的半衰期為T天，經(jīng)過(guò)32天后變?yōu)镹，又經(jīng)過(guò)96天，還剩余（1/4）N，求T。,解：據(jù)題意有,31,T、

16、和都是表示原子核衰變快慢的物理量。,2.平均壽命,放射性原子核的平均生存時(shí)間叫做核素的平均壽命，常用表示。,(-dN)個(gè)核的壽命都是t,總壽命為: (-dN)t = Ntdt,則t=0時(shí)的原子數(shù)N0的總壽命為：,所以平均壽命為：,32,三、放射性活度（radioactivity）,1.定義,2.公式 （1）微分形式 AdN/dt,（2）積分形式 A=N=N0e-t= A0e-t,（dN/dt）表示時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰變的核數(shù)目，稱為時(shí)刻放射性物質(zhì)的衰變率，通常稱為放射性活度,簡(jiǎn)稱活度常用A表示,3.單位: (1)SI制單位: 1Bq(貝克勒爾)=1核衰變/秒 (2)專用單位: 1Ci(居

17、里)=3.71010 Bq,33,最佳擠奶使用時(shí)間間隔 任何一種母體半衰期T1大于子體半衰期T2的放射性核素發(fā)生器，兩次擠奶之間的最佳時(shí)間間隔Tm，即子體的放射性由零重新增長(zhǎng)到最大值的時(shí)間。 99Mo-99mTc發(fā)生器的最佳擠奶時(shí)間間隔約為22.9小時(shí)。但考慮到子體核素增長(zhǎng)速率隨時(shí)間的變化是由快到慢的，故采取比22.9小時(shí)短一些的時(shí)間間隔來(lái)再次淋洗99mTc較為經(jīng)濟(jì)。每種放射性核素發(fā)生器都有自己的最佳擠奶時(shí)間間隔，應(yīng)用時(shí)須計(jì)算選擇。,四、放射性平衡,34,放射性核素發(fā)生器可以為人們多次地、安全方便地提供核純、無(wú)載體、高比活度和高放射性濃度的短半衰期核素，所以它在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科研等領(lǐng)域中

18、應(yīng)用得相當(dāng)多。 從放射性核素發(fā)生器中取得的短半衰期核素,可以直接應(yīng)用或者制成多種多樣標(biāo)記化合物(包括藥物)來(lái)應(yīng)用。由于短半衰期核素的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)檢查診斷的一個(gè)方向，所以放射性核素發(fā)生器在醫(yī)學(xué)上用得最多，除了已有的醫(yī)用放射性核素發(fā)生器132Te-132I、99Mo-99mTc、113Sn-113mIn、87Y-87mSr、68Ge-68Ga之外，又需要一些新的、半衰期更短的超短壽命的放射性核素發(fā)生器。 在已有的放射性核素發(fā)生器中用得最多的是99Mo-99mTc發(fā)生器。用99Mo99mTc發(fā)生器的洗脫液99mTc高锝酸鹽或用99mTc高锝酸鹽為原料標(biāo)記的各種含99mTc藥物，已廣泛用于腦

19、、甲狀腺、涎腺、肺、心、血池、肝、膽、脾、腎、骨、骨髓等的掃描顯像和功能檢查。 99mTc的用量相當(dāng)大，其用量已占醫(yī)學(xué)診斷用放射性核素總用量的80以上。,35,射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，都要與物質(zhì)發(fā)生作用。,研究射線與物質(zhì)的相互作用的基本規(guī)律是人們進(jìn)行射線探測(cè)、射線防護(hù)、射線分析、射線診斷和治療等的基礎(chǔ)。,第四節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用,根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用的特性可以分為四類：,.重帶電粒子，如粒子,.輕帶電粒子,如負(fù)電子和正電子,3 .光子組成的射線，如射線和射線,.中性粒子，如中子,36,一、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,,帶電粒子與物質(zhì)發(fā)生相互作用一般有如下四種方式：,與原子核外電子發(fā)生彈性碰撞,與原子

20、核外電子發(fā)生非彈性碰撞,與原子核發(fā)生非彈性碰撞,與原子核發(fā)生彈性碰撞,此外，帶電粒子可能進(jìn)入原子核，引起核反應(yīng)。,本質(zhì)上是帶電粒子與原子核和核外電子之間的庫(kù)侖力相互作用。,37,,當(dāng)帶電粒子（、）從原子附近經(jīng)過(guò)時(shí)，其與核外電子之間的庫(kù)侖力作用（吸引或排斥），使電子獲得一部分能量，若傳遞給電子的能量足以克服原子核的束縛，而脫離原子核成為自由電子，失去一個(gè)自由電子的核帶正電荷，兩者形成離子對(duì)，這種過(guò)程稱為電離,.電離和激發(fā),電離和激發(fā)是帶電粒子與被作用物質(zhì)的核外電子發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果,,,帶電粒子,,,,e-,正負(fù)離子對(duì),自由電子還可使其它原子發(fā)生電離：次級(jí)電離。,如果是內(nèi)層電子被電離時(shí)，外層電

21、子就會(huì)向內(nèi)層躍遷，從而會(huì)產(chǎn)生標(biāo)識(shí)射線和俄歇電子,38,,,若入射帶電粒子傳遞給電子的能量較少，不足以使電子脫離原子核而成為自由電子，但可以使電子從低能級(jí)狀態(tài)躍遷到高能級(jí)狀態(tài)，這種過(guò)程稱為激發(fā) 這時(shí)整個(gè)原子處于激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定要躍回基態(tài)（即退激），從而放出來(lái)的能量以光的形式發(fā)射出來(lái)，即是受激原子的發(fā)光現(xiàn)象。,,,,,帶電粒子,,,,粒子,,(退激),39,當(dāng)帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與原子核外電子發(fā)生非彈性碰撞，將一部分能量傳給電子，而本身的速度將逐漸減少而損失一部分能量，,帶電粒子消耗在原子的電離和激發(fā)上的能量，稱為電離損失。,補(bǔ)充： 帶電粒子在物質(zhì)中通過(guò)單位長(zhǎng)度路徑的電離損失，稱為電離損失率。它

22、描述了帶電粒子使物質(zhì)的電離或激發(fā)程度。,40,由于帶電粒子的電離作用，在它經(jīng)過(guò)的路徑上留下許多離子對(duì)，通常把單位長(zhǎng)度上產(chǎn)生的離子對(duì)的數(shù)目，稱為電離密度或比電離，記作Ip,帶電粒子速度小比電離大 帶電粒子的電荷數(shù)多與原子殼層電子的作用力大比電離大 物質(zhì)的密度大單位體積的電子數(shù)多與帶電粒子作用的機(jī)會(huì)多比電離大 粒子的比電離比粒子大,41,2.散射和韌致輻射,帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，因受到原子核靜電場(chǎng)的作用而改變運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱為散射。 散射分為：彈性散射、非彈性散射,產(chǎn)生機(jī)率隨帶電粒子的能量和物質(zhì)原子序數(shù)增大而增大。,,,,,帶電粒子,X射線,韌致輻射是帶電粒子與原子核發(fā)生非彈性碰撞的結(jié)果。

23、當(dāng)帶電粒子接近原子核，受到原子核電場(chǎng)的作用，產(chǎn)生加速度，速度大小和方向均會(huì)發(fā)生改變，能量減低，多余的能量以X射線的形式輻射出來(lái)，稱為韌致輻射。,42,. 射程和吸收,帶電粒子在物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷損失能量，能量耗盡后停留在物質(zhì)中，此時(shí)，粒子被物質(zhì)吸收了，被作用的物質(zhì)叫做吸收物質(zhì)或吸收體.,當(dāng)帶電粒子束從進(jìn)入物質(zhì)到完全被吸收沿入射方向穿過(guò)的最大距離稱為射線在物質(zhì)中的射程.,帶電粒子的能量損失率與粒子能量和吸收體的性質(zhì)有關(guān)，故射程也與粒子的能量有關(guān)， 由此，粒子的能量越高，射程越大；密度大和高Z的物質(zhì)，射線在其中射程就會(huì)越小，或者說(shuō)，這樣的物質(zhì)對(duì)射線的阻止本領(lǐng)大。,43,射程是比較直觀地描述射線貫

24、穿能力的物理量,對(duì)于重帶電粒子和輕帶電粒子有很大的差別減弱規(guī)律和射程,在人體組織中有Rm=1.22*10-3R,如圖為粒子在空氣中的平均射程。,如圖為電子的強(qiáng)度近似成指數(shù)關(guān)系衰減。,(mm)(MeV)(鋁）,44,4. 正電子與物質(zhì)的相互作用,高能正電子進(jìn)入物質(zhì)后，將很快速度減小，遇到負(fù)電子發(fā)生湮沒(méi)，同時(shí)發(fā)出兩個(gè)發(fā)射方向相差180的光子。,45,二、光子與物質(zhì)的相互作用,光子既不帶電，又無(wú)靜止質(zhì)量，因此光子與物質(zhì)的作用和帶電粒子與物質(zhì)的作用有很大的差別。,光子趨于在一次碰撞中失去大部分或全部能量，不是直接使物質(zhì)電離或激發(fā)，而是通過(guò)產(chǎn)生次級(jí)電子使物質(zhì)電離或激發(fā)。,對(duì)于單色光子束通過(guò)物質(zhì)時(shí)，它的強(qiáng)

25、度精確地按指數(shù)衰減。,光子與物質(zhì)的作用方式主要有三種：,光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng),此外，還可能發(fā)生相干散射(E30MeV),46,多發(fā)生在低能量：<0.5MeV； 光子被物質(zhì)原子完全吸收后發(fā)射軌道電子；脫離軌道的電子稱光電子，還可產(chǎn)生次級(jí)電離； 原子因電子空位處于激發(fā)態(tài),退激時(shí)發(fā)射標(biāo)識(shí)X線或俄歇電子。,,,,,,,,,,,X,俄歇e,光電子,,K,L,1、光電效應(yīng),47,2、康普頓效應(yīng),多發(fā)生在中等能量：0.5-1.0MeV 入射光子將部分能量轉(zhuǎn)移給物質(zhì)核外電子，并使之脫離原子軌道成為高速運(yùn)行的康普頓電子,其余部分能量被散射光子帶走。,,,,入射,,,,康普頓e,,,,散射,48,3、

26、電子對(duì)效應(yīng),發(fā)生在能量足夠大的光子：1.02MeV（兩個(gè)電子的靜止質(zhì)量）； 光子在電場(chǎng)作用下被完全吸收，產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)電子； 光子能量被正、負(fù)電 子任意分配帶走(超過(guò) 1.02MeV，Er轉(zhuǎn)化為正負(fù) 電子動(dòng)能)；,,,,,,入射,,,,,,,,511keV,511keV,e++e-,自由e,,49,光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)效應(yīng)在物質(zhì)吸收中的相對(duì)重要性,為物質(zhì)的 原子序數(shù),50,三、中子與物質(zhì)的相互作用,中子本身不帶電，因此通過(guò)物質(zhì)時(shí)與電子發(fā)生碰撞的幾率很小，主要與原子核相互作用，不是直接使物質(zhì)電離或激發(fā)，而是通過(guò)產(chǎn)生次級(jí)電子使物質(zhì)電離或激發(fā)。,中子與物質(zhì)的作用方式只有兩種：,.中子與原子核的

27、彈性碰撞（能量較低）,相互作用的本質(zhì)是核子與核子直接的相互作用。,.中子與原子核非彈性碰撞（能量較高),中子對(duì)機(jī)體組織的危害相當(dāng)大 造成造血器官衰竭，消化系統(tǒng)損傷，中樞神經(jīng)損傷。還可以造成惡性腫瘤、白血病、白內(nèi)障等。中子輻射還會(huì)產(chǎn)生遺傳效應(yīng)，影響受輻射者后代發(fā)育。,51,輻射效應(yīng): 生物效應(yīng):,研究清楚輻射效應(yīng)的作用機(jī)制的意義：,2.為放射治療和人體輻射損傷提供醫(yī)學(xué)診斷和治療提供可靠的科學(xué)依據(jù)。,1.對(duì)射線進(jìn)行有效防護(hù)。,第五節(jié)輻射劑量與防護(hù)及測(cè)量原理,52,一、輻射劑量及單位 亦簡(jiǎn)稱劑量。在放射醫(yī)學(xué)和人體輻射防護(hù)中，用來(lái)表示人體接受電離輻射的物理量。 1. 照射量 照射量：描述

28、X射線和射線在空氣中電離能力的量。 照射量只對(duì)空氣而言，僅適用于X或射線。 2. 吸收劑量 收劑量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)接收電離輻射的平均能量。 吸收劑量是一個(gè)適用于任何類型電離輻射和任何類型受照物質(zhì)的輻射量。必須注意的是，在應(yīng)用此量度時(shí)，要指明具體涉及的受照物質(zhì)，諸如空氣、肌肉或者其他特定材料。 3.當(dāng)量劑量 把乘上了適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)后的吸收劑量稱為當(dāng)量劑量。,53,二、輻射防護(hù) 輻射防護(hù)的三原則：指實(shí)踐的正當(dāng)性、防護(hù)水平的最優(yōu)化和個(gè)人受照的劑量限值。 發(fā)生核事故或放射事故，總的防護(hù)原則是“內(nèi)外兼修”，主要包括體外照射防護(hù)原則和體內(nèi)照射防護(hù)原則兩方面。 外照射 體外輻

29、射源對(duì)人體的照射稱外照射。 外照射防護(hù)方法有哪三種：一是受照射時(shí)間的控制；二是增大與輻射源間的距離；三是采用屏蔽三種方法。 具體措施：當(dāng)放射性物質(zhì)釋放到大氣中形成煙塵通過(guò)時(shí)，要及時(shí)進(jìn)入建筑物內(nèi)，關(guān)閉門窗和通風(fēng)系統(tǒng)，避開門窗等屏蔽差的部位隱蔽。 內(nèi)照射 進(jìn)入人體內(nèi)的放射性核素作為輻射源對(duì)人體的照射稱內(nèi)照射。 控制內(nèi)照射的基本原則是，防止或減少放射性物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)，對(duì)于放射性核素可能進(jìn)入體內(nèi)的途徑要予以防范。,54,放射防護(hù)的基本原則 為保護(hù)工作人員免受射線的傷害，國(guó)家制定的放射防護(hù)條例規(guī)定最大允許量為5Rem（測(cè)量放射人員受量單位）。放射防護(hù)的基本原則是： 1、減少受照劑量 照

30、射量與源的放射性強(qiáng)度成正比。在不影響工作的情況下，應(yīng)盡量減少操作人員的受量，使其在國(guó)家制定的允許標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。 2、縮短受照時(shí)間 照射量隨接觸時(shí)間而增加。在保證醫(yī)療質(zhì)量條件下，工作宜迅速，減少在其周圍的停留時(shí)間。 3、增加輻射距離 照射量與距離的平方成反比?？衫瞄L(zhǎng)柄工具或機(jī)械手遠(yuǎn)距離操作，減少放射量，從而起到保護(hù)工作人員的作用。 4、增加防護(hù)屏蔽 利用防護(hù)屏障可有效地減低照射量。 此外，放射工作人員應(yīng)接受劑量監(jiān)督，定期做保健檢查。,55,自然界存在著三種射線：（阿爾法）、（貝塔）、（伽瑪）射線。人類接受的輻射有兩個(gè)途徑，稱為內(nèi)照射和外照射。、、三種射線由于其特征不同，其穿透物質(zhì)的能力也不同，他們

31、對(duì)人體造成危害的方式不同。粒子只有進(jìn)入人體內(nèi)部才會(huì)造成損傷，這就是內(nèi)照射；射線主要從人體外對(duì)人體造成損傷，這就是外照射；射線既造成內(nèi)照射，又造成外照射。 防護(hù)射線：由于粒子穿透能力最弱，一張白紙就能把它擋住，因此，對(duì)于射線應(yīng)注意內(nèi)照射，其進(jìn)入體內(nèi)的主要途徑是呼吸和進(jìn)食時(shí)，其防護(hù)方法主要是：一防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；二防止傷口被污染。 防護(hù)粒子：粒子、其穿透能力比射線強(qiáng)，比射線弱，因此，射線是比較容易阻擋的，用一般的金屬就可以阻擋。但是，射線容易被表層組織吸收，引起組織表層的輻射損傷。因此其防護(hù)就復(fù)雜的多。方法有：（1）避免直接接觸被污染的物品；以防皮膚表面的污染和輻射危

32、害；（2）防止吸入被污染的空氣和食入被污染的食物；（3）防止傷口被污染；（4）必要時(shí)應(yīng)采用屏蔽措施。 防護(hù)粒子：射線穿透力強(qiáng)，可以造成外照射，其防護(hù)的施。方法主要有以下三種：（1）盡可能減少受照射的時(shí)間；（2）增大與輻射源間的距離，因?yàn)槭苷談┝颗c離開源的距離的平方成反比；（3）采取屏蔽措施。在人與輻射源之間加一層足夠厚的屏蔽物，可以降低外照射劑量。屏蔽的主要材料有鉛、鋼筋混凝土、水等，我們住的樓房對(duì)外部照射來(lái)說(shuō)是很好的屏蔽體。,56,1.氣體電離探測(cè)器,3.半導(dǎo)體探測(cè)器,2.閃爍探測(cè)器,4.熱釋光劑量計(jì),多數(shù)探測(cè)器是根據(jù)射線使物質(zhì)的原子或分子電離或激發(fā)的原理制成，把射線的能量轉(zhuǎn)換為電流或電

33、壓等信號(hào)以供電子儀器獲取。因此，射線探測(cè)器也是一種能量轉(zhuǎn)換器件。,據(jù)射線在探測(cè)器內(nèi)產(chǎn)生的效應(yīng)和探測(cè)器的工作的介質(zhì)， 主要可分為四種：,三、射線的測(cè)量原理,57,1、氣體電離探測(cè)器,（）電離室,() 蓋革計(jì)數(shù)管,() 正比計(jì)數(shù)管,氣體電離探測(cè)器是通過(guò)誘導(dǎo)的電離電流和電荷來(lái)探測(cè)射線。,原理： 通常在密閉的容器中充入一定量的氣體，同時(shí)在容器中置入兩個(gè)電極，并在電極上加上電壓，使其在兩級(jí)間形成電場(chǎng)，在正常情況下，氣體是絕緣體，在兩極之間無(wú)電荷移動(dòng)即無(wú)電流或電壓。,氣體電離探測(cè)器包括三個(gè)部分：,當(dāng)有射線時(shí)，氣體被電離而產(chǎn)生電子和正離子，在電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生定向移動(dòng)，從而形成電流或電壓。,58,2、閃爍探

34、測(cè)器,某些物質(zhì)在射線的作用下能發(fā)光，這些物質(zhì)稱為閃爍體，利用閃爍體制成的射線探測(cè)器稱為閃爍探測(cè)器。,主要特點(diǎn)：,分辨時(shí)間短對(duì)射線的探測(cè)效率高通常用于測(cè)定射線的能量,單個(gè)粒子在閃爍體中產(chǎn)生的閃光極弱，必須和光電倍增管配合才能將射線的能量轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。因此，閃爍體探測(cè)器由閃爍體和光電倍增管組成。,核醫(yī)學(xué)中應(yīng)用最廣泛的閃爍體是NaI晶體。,59,3、半導(dǎo)體探測(cè)器,主要特點(diǎn)：,具有優(yōu)良的能量分辨率,與氣體中的情況類似，一定能量的入射粒子，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)總數(shù)有漲落。但是，由于產(chǎn)生電子空穴對(duì)的平均電離能（3eV)遠(yuǎn)小于在氣體中產(chǎn)生離子對(duì)的平均電離能（30eV)，因此同樣能量的帶電粒子，在半導(dǎo)

35、體中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)比在空氣中產(chǎn)生的離子對(duì)多得多。,核醫(yī)學(xué)中常應(yīng)用于同時(shí)使用多種放射性核素的示蹤研究、放射性藥物的純度檢測(cè)、熒光分析和中子活化分析等方面。,60,4、熱釋光劑量計(jì),主要特點(diǎn)：,而發(fā)光強(qiáng)度與晶體所受的劑量成正比，因此測(cè)量發(fā)光的強(qiáng)度就可以推算出劑量，利用該原理就可以制成熱釋光劑量計(jì)。,具有晶格結(jié)構(gòu)的固體，常因含有雜質(zhì)或晶格缺陷形成一些亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。當(dāng)晶體受到射線照射時(shí)，電子獲得足夠的能量，就可能躍遷到這些亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上被束縛起來(lái)，有大約的射線能量可以存儲(chǔ)在晶體內(nèi)部。當(dāng)晶體被加熱時(shí)，這些束縛在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上的電子通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)獲得能量到達(dá)不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)能級(jí)上，立即躍遷回基能級(jí)而發(fā)射藍(lán)綠色的可見

36、光，這個(gè)現(xiàn)象稱為熱釋光現(xiàn)象。,通常用于測(cè)量射線、射線及較高能量的射線的吸收劑量。,熱釋光劑量元件一經(jīng)加熱，其內(nèi)部存儲(chǔ)的輻照信息隨即消失，因而是一種可反復(fù)使用的測(cè)量元件。,61,放射治療,射線分析,射線成像,放射治療是治療腫瘤的一種有效方法。,主要是高比電離的粒子對(duì)癌細(xì)胞有很大的殺傷力。60Co,利用放射性核素作為示蹤劑，從不同角度獲得數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)建立圖像。,如利用中子活化分析技術(shù)對(duì)患者的血、尿液和組織樣品作常規(guī)分析。利用離子散射技術(shù)對(duì)牙和骨表面層微量元素及其隨深度分布情況等的分析。,第六節(jié)放射性核素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,62,一、示蹤的原理,示蹤原子法： 臨床診斷：主要是臟器的顯像與功能檢查

37、方面，其基本原理為放射性核素的示蹤作用。,當(dāng)用某種特定的放射性核素標(biāo)記的放射性藥物進(jìn)入人體某種臟器后，其所發(fā)射的射線能穿出體外，通過(guò)顯像儀器可觀察放射性核素在人體臟器中的分布情況，以診斷臟器的病變情況。還可以測(cè)量在臟器中或血管中藥物濃度隨時(shí)間的變化，以檢查病人的臟器功能。,63,2、診斷的依據(jù),（1）核素成像：正常臟器有選擇性地濃集某種放射性藥物的能力，而病變組織的濃集能力很差，于是在顯像儀器圖上所觀察到的放射性缺損區(qū)即為病變區(qū)。,（2）體外標(biāo)本測(cè)量：臟器發(fā)生病變后，對(duì)放射性藥物的濃集和清除速度也將發(fā)生變化，即代謝能力的變化，從而影響到標(biāo)記物在血、尿或糞便中的動(dòng)態(tài)過(guò)程。,補(bǔ)充：放射性藥物用于診

38、斷,1、對(duì)放射性藥物的要求 對(duì)核素的要求除了壽命短，還要射線的能量較低，一般以100300千電子伏為宜。,64,（1）外照射：,（2）內(nèi)照射：,4、放射性藥物用于治療的兩種方法,3、放射性藥物用于治療,放射性藥物在治療方面，主要是利用射線對(duì)肌體組織的生物效應(yīng)、抑制和破壞病變組織，如抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和擴(kuò)散來(lái)達(dá)到治療的目的,65,1、照相機(jī),.準(zhǔn)直器,.閃爍體（NaI晶體片),.光電倍增管陣列,4.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),.顯示系統(tǒng),二、放射診斷,成像原理：通過(guò)向人體適當(dāng)部位注射放射性示蹤劑，使帶有放射性的示蹤原子進(jìn)入要成像的組織，然后測(cè)量人體內(nèi)部放射性核素的三維分布，并在成像平面上投影而獲得圖像。

39、 圖像中，每個(gè)像素的亮度表示在該像素位置垂直于成像平面方向上含有的放射性核的總和。,66,Emission Computed Tomography，計(jì)算機(jī)斷層掃描儀.是一種利用放射性核素的檢查方法。 ECT成像的基本原理： 放射性藥物引入人體，經(jīng)代謝后在臟器內(nèi)ECT外或病變部位和正常組織之間形成放射性濃度差異，將探測(cè)到這些差異，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理再成像。 ECT的顯像方式十分靈活，能進(jìn)行平面顯像和斷層顯像、靜態(tài)顯像和動(dòng)態(tài)顯像、局部顯像和全身顯像。除此之外，它還能提供臟器的多種功能參數(shù)，如時(shí)間-放射性曲線等，為腫瘤的診治提供多方位信息。主要用于甲狀腺癌、骨骼等部位腫瘤的檢查，尤其常用于

40、骨轉(zhuǎn)移性腫瘤的檢測(cè)，比普通X線拍片可提前3-6個(gè)月發(fā)現(xiàn)病變。因此，對(duì)一些較易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的癌癥。如乳腺癌、肺癌、前列腺癌、食管癌等，即使沒(méi)有骨痛，也可作術(shù)前或術(shù)后檢查，以期早期發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶。,2、發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像,67,(1) SPECT（單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像）,成像方法分為兩種：縱斷面成像法和橫斷面成像法。,具體與照相機(jī)類似。,單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描利用發(fā)射單光子的核素藥物如99mTc、133I、67Ca、153Sm等進(jìn)行檢查。SPECT的基本結(jié)構(gòu)分3部分，即旋轉(zhuǎn)探頭裝置、電子線路、數(shù)據(jù)處理和圖像重建的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。SPECT除顯示腫瘤病灶外，尚可顯示局部臟器功能的變化，如：化療后左心

41、功能、腎功能的改變等。,68,SPECT是單光子發(fā)射型斷層掃描儀 通過(guò)靜脈注射放射性藥物標(biāo)記的化合物，觀察此化合物在體內(nèi)的分布情況，來(lái)判斷臟器的功能情況及疾病的特征。其特點(diǎn)是能較高特異性地顯示臟器或病變的血流、功能和代謝的改變，有利于疾病的早期診斷及特異性診斷。 例如，骨顯像能早于射線半年以上診斷腫瘤骨轉(zhuǎn)移；前哨淋巴結(jié)顯像能確定腫瘤轉(zhuǎn)移的第一站淋巴結(jié)；腎臟動(dòng)態(tài)顯像對(duì)腎功能診斷的靈敏度明顯高于射線腎盂靜脈造影；甲狀腺形態(tài)和功能的診斷及對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性質(zhì)的鑒別具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)；肝臟膠體、血流及血池顯像診斷肝海綿狀血管瘤的特異性達(dá)100%等。（特異性指某生物存在其他生物所不具備的某些特征

42、的現(xiàn)象。 ）,69,前哨淋巴結(jié)是原發(fā)腫瘤引流區(qū)域淋巴結(jié)中的特殊淋巴結(jié)，是原發(fā)腫瘤發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移所必經(jīng)的第一批淋巴結(jié)。前哨淋巴結(jié)作為阻止腫瘤細(xì)胞從淋巴道擴(kuò)散的屏障，其臨床意義已受到人們的重視。在20世紀(jì)90年代，乳腺癌前哨淋巴結(jié)活檢技術(shù)就成為乳腺外科領(lǐng)域里程碑式的進(jìn)展。這一技術(shù)的應(yīng)用使腋窩淋巴結(jié)陰性的乳腺癌病人避免腋窩淋巴結(jié)清掃。今年10月底在葡萄牙里斯本召開的歐洲腫瘤學(xué)會(huì)議上，有關(guān)前哨淋巴結(jié)的研究報(bào)告已不限于乳腺癌，對(duì)其他早期惡性腫瘤施行擴(kuò)大切除范圍的根治性手術(shù)也正受到挑戰(zhàn)。進(jìn)一步縮小手術(shù)范圍，減少手術(shù)給患者帶來(lái)的創(chuàng)傷，提高患者生活質(zhì)量的癌癥治療發(fā)展方向正受到人們的關(guān)注。 例如前哨淋巴結(jié)是乳

43、腺癌淋巴轉(zhuǎn)移的第一站，乳腺區(qū)段切除術(shù)加前哨淋巴結(jié)活檢術(shù)術(shù)中在腋下作一小切口并準(zhǔn)確地將前哨淋巴結(jié)切除、活檢，若病理陰性則結(jié)束手術(shù)，若陽(yáng)性則作腋窩淋巴結(jié)清掃。因此尋找到前哨淋巴結(jié)便成了手術(shù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。,70,西門子SPETCT 2臺(tái),71,(2)正電子發(fā)射斷層成像（ PET）,原理：利用一些放射性核素,如14,13N,15O, 18F等能發(fā)射出正電子，當(dāng)正電子與負(fù)電子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生電子對(duì)湮滅，產(chǎn)生一對(duì)能量為511KeV的光子，其方向相反。在患者身體兩邊相對(duì)放置兩個(gè)探測(cè)器，并連接重合電路，只有當(dāng)兩個(gè)探測(cè)器都探測(cè)到光子時(shí)重合電路才有輸出，這就能準(zhǔn)確地探測(cè)到正電子湮滅的位置。利用掃描來(lái)建立圖像。,7

44、2,正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描(PET)主要用于病灶組織的葡萄糖代謝、蛋白質(zhì)代主向和氧代謝的研究，在腫瘤學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。目前應(yīng)用最多的是腫瘤的早期診斷和治療后殘留腫塊的鑒別。腦腫瘤和鼻咽癌放療或淋巴瘤化療后殘存腫塊及肺部和縱隔腫塊的鑒別等常常十分困難，但利用18F-flurodeoxyglucose（目前最常用的PET顯像劑為18F標(biāo)記的FDG ，F(xiàn)DG是fluorodeoxyglucose脫氧葡萄糖的縮寫 ，18F-FDG 氟化脫氧葡萄糖 ）進(jìn)行PET顯像，區(qū)分其性質(zhì)則十分容易。如病灶攝取18F-FDG，表明病灶殘留存活的癌細(xì)胞，提示為復(fù)發(fā)；如18F-FDG檢查為陰性則為纖維化。,73,

45、PET的應(yīng)用：測(cè)量局部腦血流量 使用PET，根據(jù)核素顯像劑在組織中動(dòng)態(tài)分布能顯示出局部腦血容量，局部腦血流量(rCBF)、局部腦糖代謝和腦局部耗氧量情況。 這些內(nèi)容都是相互聯(lián)系的。由于測(cè)量rCBF簡(jiǎn)便、易操作，并與腦代謝密切相關(guān)，因此許多研究采用rCBF作為觀察指標(biāo)。 rCBF多用77Kr (氪 ) ，C15O，H215O，13NH3示蹤標(biāo)記。一定量的標(biāo)記核素吸入(77Kr)或靜脈注入(H215O)人體后，立即用PET以一定的時(shí)間間隔收集數(shù)據(jù)610min，貯存在存貯器中。通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出腦內(nèi)各層面的局部血流量，再處理成彩色功能圖像，得出腦局部血流量和局部腦功能狀態(tài)。放射性核素

46、進(jìn)入腦細(xì)胞的量與局部腦血流量成正比，因此PET也可對(duì)局部腦血流量進(jìn)行定量分析13。 在PET對(duì)腦功能研究的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，不同時(shí)日，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)活動(dòng)時(shí)，PET顯像變化很穩(wěn)定。由于PET可以使用直接參與細(xì)胞代謝的核素，也可觀察腦細(xì)胞的活動(dòng)，甚至觀察大腦在思維活動(dòng)中的興奮與抑制。使得它的研究達(dá)到了細(xì)胞和分子水平。,74,放射治療的相關(guān)知識(shí)腫瘤與癌癥 腫瘤分兩種，有良性和惡性之分，良性的叫腫瘤，惡性的就叫做癌。 簡(jiǎn)單的說(shuō)良性的稱為腫瘤，一旦發(fā)展到惡性的就稱為癌。 腫瘤細(xì)胞腫瘤一詞在醫(yī)學(xué)專著中的定義為：“腫瘤是人體器官組織的細(xì)胞，在外來(lái)和內(nèi)在有害因素的長(zhǎng)期作用下所產(chǎn)生的一種以細(xì)胞過(guò)度增殖

47、為主要特點(diǎn)的新生物。這種新生物與受累器官的生理需要無(wú)關(guān)，不按正常器官的規(guī)律生長(zhǎng)，喪失正常細(xì)胞的功能，破壞了原來(lái)器官結(jié)構(gòu)，有的可以轉(zhuǎn)移到其它部位，危及生命。”腫瘤可以分為良性腫瘤和惡性腫瘤兩大類，而癌癥則是一類惡性腫瘤。,肺癌細(xì)胞,腫瘤細(xì)胞,三、腫瘤放射治療,75,惡性腫瘤從組織學(xué)上可以分為兩類：一類由上皮細(xì)胞發(fā)生惡變的稱為癌，如肺上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成肺癌，胃上皮細(xì)胞發(fā)生惡變就形成胃癌等等；另一類由間葉組織發(fā)生惡變的稱為肉瘤，如平滑肌肉瘤，纖維肉瘤等。人們對(duì)癌聽得較多，而對(duì)肉瘤聽得較少，這與癌病人遠(yuǎn)比肉瘤病人為多有關(guān)。臨床上，癌與肉瘤之比大約為9：1。 癌作為一類惡性腫瘤，是由人體內(nèi)正常

48、細(xì)胞演變而來(lái)的。正常細(xì)胞變?yōu)榘┘?xì)胞后，就像一匹脫韁的野馬，人體無(wú)法約束它，產(chǎn)生所謂的“異常增生”。異常增生是相對(duì)于細(xì)胞的正常增生而言的。人體細(xì)胞有一個(gè)生長(zhǎng)、繁殖衰老、死亡的過(guò)程。老化的細(xì)胞死亡后就會(huì)有新生的細(xì)胞取代它，以維持機(jī)體組織和器官的正常功能?？梢姡梭w絕大部分細(xì)胞都可以生。但是這種正常細(xì)胞的增生是有限度的，而癌細(xì)胞的增生則是無(wú)止境的。正是由于這種惡性增生，使人體大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被消耗。同時(shí)，癌細(xì)胞還能釋放出多種毒素，使人體產(chǎn)生一系列癥狀。如果發(fā)現(xiàn)和治療不及時(shí)，癌細(xì)胞還可轉(zhuǎn)移到全身各處生長(zhǎng)繁殖，最后導(dǎo)致人體消瘦、無(wú)力、貧血、食欲不振、發(fā)熱及臟器功能受損等，其后果極為嚴(yán)重。,76,放射治療的概

49、述 腫瘤放射治療是利用放射線如放射性同位素產(chǎn)生的、、射線和各類x射線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的x射線、電子線、質(zhì)子束及其它粒子束等治療惡性腫瘤的一種方法。 腫瘤放射治療(簡(jiǎn)稱放療)就是用放射線治療癌癥。放射治療已經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷史在倫琴發(fā)現(xiàn)X線、居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳之后，很快就分別用于臨床治療惡性腫瘤，直到目前放射治療仍是惡性腫瘤重要的局部治療方法。大約70%的癌癥病人在治療癌癥的過(guò)程中需要用放射治療，約有40%的癌癥可以用放療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出。放射治療已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一。 放射療法僅有幾十年的歷史，但發(fā)展較快。由于超高壓治療機(jī)的使用，輔助工具的

50、改進(jìn)和經(jīng)驗(yàn)的積累，治療效果得到顯著提高，目前已成為癌癥治療中的最重要手段之一。我國(guó)約有70%以上的癌癥需用放射治療，美國(guó)統(tǒng)計(jì)也有50%以上的癌癥需用放射治療。放射治療幾乎可用于所有的癌癥治療，對(duì)許多癌癥病人而言，放射治療是唯一必須用的治療方法。,77,放射治療,成千上萬(wàn)的人單用放射治療或并用放射治療、手術(shù)治療、化學(xué)治療和生物治療后，治愈了他們的癌癥。醫(yī)生在病人手術(shù)前，可以用放射治療來(lái)皺縮腫瘤，使之易于切除；手術(shù)后，用放射治療來(lái)抑制殘存癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。,78,體內(nèi)照射 體內(nèi)照射又稱為近距離放射治療。這種治療技術(shù)把高強(qiáng)度的微形放射源送入人體腔內(nèi)或配合手術(shù)插入腫瘤組織內(nèi)，進(jìn)行近距離照射，從而有效地殺

51、傷腫瘤組織。 治療技術(shù)涉及腔管、組織間和術(shù)中、敷貼等多種施治方式。這一技術(shù)發(fā)展很快，它可使大量無(wú)法手術(shù)治療、外照射又難以控制或復(fù)發(fā)的病人獲得再次治療的機(jī)會(huì)，并有肯定的療效。而正常組織不受到過(guò)量照射，以避免嚴(yán)重并發(fā)癥，成為放射治療技術(shù)上的一個(gè)焦點(diǎn)。過(guò)去，后裝技術(shù)僅能用于婦科腫瘤治療，最新一代后裝治療機(jī)已把這種技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用到鼻咽、食管、支氣管、直腸、膀胱、乳腺、胰腺、腦等腫瘤。這種新技術(shù)與其他治療方法配合，逐步形成了很有發(fā)展前途的綜合治療手段，在應(yīng)用中均取得了明顯的效果。,放射治療的種類 放射治療主要有兩種形式：體外和體內(nèi)。某些病人接受兩種形式的放射治療。,：使某種放射性藥物濃集到病變處。

52、,79,放射性粒子植入治療腫瘤，是指在B超或CT引導(dǎo)下，可精確地將放射性粒子均勻地置入腫瘤周圍，通過(guò)放射性粒子持續(xù)釋放射線來(lái)達(dá)到最大限度地殺傷腫瘤細(xì)胞的作用。 腫瘤放射性粒子置入治療由三個(gè)部分組成： 放射性粒子，如198Au、125I和103pd。 三維治療計(jì)劃系統(tǒng)，保證粒子置人后在空間分布上與腫瘤形狀、大小一致。粒子置入裝置，包括特殊的置人槍、導(dǎo)管和同位素儲(chǔ)存裝置等。 放射性粒子可通過(guò)術(shù)中置入，也可通過(guò)B超或CT引導(dǎo)下穿刺置入。放射性粒子置入具有創(chuàng)傷小、腫瘤靶區(qū)劑量分布均勻和對(duì)周圍正常組織損傷小、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，臨床上有廣闊的應(yīng)用前景，將造福于腫瘤病人。美國(guó)Cooper大學(xué)

53、醫(yī)學(xué)中心放射治療學(xué)院用大分子白蛋白(MAA)作為生物膠，可使注入瘤體內(nèi)32p安全地潴留在腫瘤內(nèi)。此方法操作很簡(jiǎn)單，在CT指導(dǎo)下醫(yī)生用帶有1cm塑料護(hù)手板的活檢穿刺針插入腫瘤中心，然后用兩套注射器，先注人生物膠MAA，再注入32P，借助于壓力使注入物從腫瘤中心向邊緣擴(kuò)散。此技術(shù)用于失去手術(shù)機(jī)會(huì)的胰腺癌、大腸癌肝內(nèi)轉(zhuǎn)移和晚期頭頸部惡性腫瘤，可使腫瘤融化消失達(dá)數(shù)月之久。,80,體外照射： 體外照射又稱為遠(yuǎn)距離放射治療。這種照射技術(shù)是治療時(shí)，放療機(jī)將高能射線或粒子來(lái)瞄準(zhǔn)癌腫。用于體外照射的放射治療設(shè)備有X線治療機(jī)、Co60治療機(jī)和直線加速器等。60鈷治療機(jī)和直線加速器一般距人體80100cm進(jìn)行照射。

54、單純從身體外部進(jìn)行放射治療有一定的局限性，即使在足量照射的情況下，總有一部分腫瘤局部復(fù)發(fā)。,1.鈷-60治療機(jī),60鈷是一種人工生產(chǎn)的放射性核素?！扳捙凇笔且?0鈷做放射源，用射線殺傷癌細(xì)胞，對(duì)腫瘤實(shí)施治療的裝置。 60鈷機(jī)由下列部分組成，一個(gè)密封的放射源；一個(gè)源容器及防護(hù)機(jī)頭；具有開關(guān)的遮線器裝置；具有定向限束的限光筒，支持機(jī)頭的機(jī)械系統(tǒng)及其附屬的設(shè)備和一個(gè)操縱臺(tái)構(gòu)成。,利用 的 射線從體外照射，可治療體內(nèi)和淺表的腫瘤，用 制成膏狀的敷貼劑，貼在病變處，利用射線，可治療體表疾病。,81,其優(yōu)點(diǎn)是： 1）射線穿透力強(qiáng) 即可治療相當(dāng)深度的腫瘤 2）保護(hù)皮膚 60鈷射線在皮下4

55、5毫米處能量的吸收最大，表皮劑量相對(duì)較小。 3）骨和軟組織有同等的吸收劑量 即當(dāng)射線穿過(guò)時(shí)，骨和軟組織對(duì)射線吸收基本相同，不像普通X線，骨比軟組吸收多，對(duì)骨造成危害大。 4）旁向散射小 保護(hù)周邊外的正常組織。 5）經(jīng)濟(jì)、可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便。 缺點(diǎn)是： 1）60鈷能量單一。（而加速器可有多種能量的X線和電子線）。 2）60鈷深度劑量偏低，為了提高深處的劑量，必須提高外照射劑量，造成全身受量增加。加速器深度劑量高，全身受量少。 3）60鈷半衰期短（約53年），需定期更換放射源。 4）60鈷屬放射線核素，不斷有射線釋放，防護(hù)復(fù)雜，工作人員受量大。

56、 5）60鈷存在半影問(wèn)題，使野外的正常組織受一定的劑量影響?？傊?，鈷機(jī)造價(jià)低，維修方便，使其比其它放療設(shè)備發(fā)展快，目前仍是放射治療的主要設(shè)備。,82,醫(yī)療上主要是利用電子直線加速器產(chǎn)生的高能電子束或利用由電子打到靶上所產(chǎn)生的X射線來(lái)治療癌癥,1.電子束治療的特點(diǎn)：,（1）一定能量的電子束，在進(jìn)入人體后有一定的射程，即有一個(gè)最大的距離，在射程外，人體組織對(duì)電子的吸收劑量迅速衰減。,（2）利用電子直線加速器的電子打到重元素靶上所產(chǎn)生的X射線，它的能量比 放出的 射線能量高很多，具有較強(qiáng)的穿透能力，表皮吸收少。,2. 射線治療的基本原則：,即射線能量和照射劑量的選定，以達(dá)到對(duì)癌細(xì)胞有最大的殺傷力，

57、而對(duì)人體正常細(xì)胞的損傷作用最小的目的,2、醫(yī)用直線加速器,83,3、 刀,幾種有用的粒子刀： 射線刀、電子束刀、 射線刀,刀,刀的發(fā)明和使用,指用射線作為“手術(shù)刀”來(lái)“切除”腫瘤尤其人體腦腫瘤。與X射線相比， 光子的能量比x光子更大，即射線波長(zhǎng)更短，穿透力更大,1951年，瑞典的神經(jīng)外科醫(yī)生萊克塞爾，首先提出建立立體放射外科手術(shù)的思想：使用經(jīng)過(guò)許多準(zhǔn)直的射線束，從不同的方向射向腦瘤所在的部位。,84,使這些射線聚焦在腦瘤部位，這樣的交點(diǎn)處的劑量可以非常強(qiáng)，其它正常細(xì)胞只受到其中一束射線的照射，影響就很小了,多束 線射于腫瘤處,左邊是一個(gè) 放射源裝置，病人頭上戴一個(gè)特殊的“頭罩”，它是用很厚的鉛

58、、鎢等重金屬制成，可阻擋射線的穿透，但在帽上開了201個(gè)細(xì)長(zhǎng)的孔，當(dāng)頭進(jìn)入 射線裝置后，201束 射線將通過(guò)小孔射向腫瘤。,85,（1）無(wú)手術(shù)創(chuàng)傷，不需打開頭顱，即可摧毀病變組織； 不必麻醉，無(wú)麻醉意外；不會(huì)感染或產(chǎn)生其他并發(fā)癥,（2）定位精確、安全、可靠，對(duì)病灶周圍的腦組織非常小，尤其可通過(guò)其它刀無(wú)法通過(guò)的腦禁區(qū)，將特殊部位腫瘤切除,（3）時(shí)間短，安全、方便。整個(gè)手術(shù)時(shí)間只要20分鐘，且一次完成,二、醫(yī)用電子直線加速器： 是一種大型精密的、自動(dòng)控制的放射線治療設(shè)備，它能提供高能x射線治療,2. 刀的優(yōu)點(diǎn),86,4、調(diào)強(qiáng)適形放療(Intensity Modulation Radiation

59、Therapy-IMRT) 這種技術(shù)目前仍已應(yīng)用于臨床，但國(guó)內(nèi)外同行評(píng)價(jià)這種技術(shù)為21世紀(jì)放射治療技術(shù)的主流。 三維適形治療(3-DCRT)所采用的同步可控多葉光柵，三維適形定位這種技術(shù)在IMRT中已成為基礎(chǔ)技術(shù)。但其不同之處在于采用(1)逆向算法設(shè)計(jì)，這是IMRT除三維適形之外，為更精確起見所插入的必要步驟，它不僅正面方向的精確劑量計(jì)算，而且從逆方向算法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和審核，使用的高能X線，電子束、質(zhì)子束等放射源，其射野繞人體用連續(xù)或固定集束，在旋轉(zhuǎn)照射方向上達(dá)到更精確邊界，因而它可以提高強(qiáng)度，達(dá)到適應(yīng)腫瘤形狀高輸出劑量，三維數(shù)字圖象重建(3DRR-3Dimension Recko

60、n-Picture Reconstruction)功能，使三維圖象中靶區(qū)等重要器官與圖象吻合，劑量分布合適與否一目了然。,87,調(diào)強(qiáng)適形放射治療是目前國(guó)際上最先進(jìn)的外照射技術(shù)，也是現(xiàn)代腫瘤放射治療的重大進(jìn)步。它采用立體定位技術(shù)對(duì)腫瘤組織進(jìn)行精確的三維定位，利用新型高能直線加速器可輸出束形射線和線束強(qiáng)度可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和精確計(jì)算，優(yōu)選出最佳的治療方案。調(diào)強(qiáng)適形放射治療通過(guò)多束射線從不同的角度，以不同的線束強(qiáng)度，高精度、聚集式地照射到腫瘤區(qū)，最終形成的高劑量區(qū)域形態(tài)與腫瘤幾何形狀一致，使腫瘤組織能得到最大程度的殺滅和消亡；但是正常的人體組織卻能得到最大程度的保護(hù)，從

61、而提高腫瘤局部的控制率，減少了放射治療的并發(fā)癥，提高了患者生存質(zhì)量，延長(zhǎng)生存期；最終達(dá)到無(wú)需開刀即可精確“切除”腫瘤組織的目的。,88,調(diào)強(qiáng)適形放射治療適應(yīng)癥 調(diào)強(qiáng)適形放射治療作為現(xiàn)代腫瘤放射治療的前沿技術(shù)，已成為腫瘤放射治療的發(fā)展主流，被國(guó)際醫(yī)療學(xué)術(shù)界普遍推崇。由于適形調(diào)強(qiáng)照射技術(shù)可最大程度的提高腫瘤劑量和劑量分布的合理性，最大程度地保護(hù)正常組織免受不必要的照射，從而提高腫瘤局部控制率，減少放射治療并發(fā)癥，提高患者生存質(zhì)量，延長(zhǎng)生存期，從而使以前因正常組織副反應(yīng)重而難以耐受治療的患者得到放射治療，同時(shí)極大的改善了過(guò)去認(rèn)為治療困難或治療效果差的腫瘤的放療療效，拓展了放射治療的適應(yīng)癥和領(lǐng)域

62、，為更多的腫瘤患者提供了治療選擇和治愈機(jī)會(huì)。 調(diào)強(qiáng)適形放射治療可廣泛應(yīng)用于頭頸部、胸腹部等全身各部位腫瘤的治療，特別是腦瘤、鼻咽癌、喉癌，副鼻竇癌、頸段食管癌、前列腺癌、子宮頸癌等。,89,課堂作業(yè),17.1 名詞解釋：衰變、衰變、衰變、半衰期 17.2 射線的測(cè)量原理 17.3 示蹤的原理 17.4 核素成像的原理 17.5 PET和X-CT工作原理的區(qū)別是什么？,17.5 32P(磷)的半衰期為14.3天，問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后，它變?yōu)樵瓉?lái)的1/64？,17.6 131I（碘）的半衰期為T天，經(jīng)過(guò)32天后變?yōu)镹，又經(jīng)過(guò)96天，還剩余（1/4）N，求T。,90,例：32P(磷)的半衰期為14.3天，問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后，它變?yōu)樵瓉?lái)的1/64？,解：,例：131I（碘）的半衰期為T天，經(jīng)過(guò)32天后變?yōu)镹，又經(jīng)過(guò)96天，還剩余（1/4）N，求T。,解：據(jù)題意有,