Nuclear Medicine
创建时间
Apr 18, 2024 08:10 AM
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Brief Introduction
Gamma rays
和X光（100-120 keV）很像，但是能量更高（>120 keV）
是电离的ionizng
需要使用造影剂contrast agent
在身体的特定部位，吸收速度不同，然后释放（emits），成像
There exit three different modalities: planar scintigraphy, SPECT (single photon emission computed tomography) and PET (positron emission tomography).
平面显像，单光子发射计算机断层扫描，正电子发射断层扫描
Planar Scintigraphy, SPECT, PET and hybrid modalities.
Scintigraphy: Whole-body scan: single 2D image of the distribution of theradiotracer (one gamma ray is emitted per decay). Mostly used for tumors, bones and metastases. Concept is analog to X-ray radiography (source and detector are at a fixed location in space)
主要用于肿瘤、骨骼和转移瘤
SPECT: 3D distribution of the radiotracer 放射示踪物, very often Technetium (锝)
PET: The unstable nucleus emits a positron which by annihilation with an electron generates two gamma-rays. Main application is the diagnosis of oncological diseases. PET reconstructs the distribution of the radiotracer in 3D.
原子核释放正电子，与电子湮灭产生gamma射线
重要思想：Nuclear Medicine allows to label metabolism: it enables functional imaging, i.e. the final image will show metabolic activities of cells (for example uptake of sugar).
核医学与X光、CT等不同，分辨率往往不一定高，但是那些偏向结构，这个偏向功能（functional），代谢途径和密度可以很好地看出来
Key words: Radioactivity, atoms decay/ transform
单词：
protons 质子
nucleus 原子核
mass number 质量数
isotopes 同位素
A Primer on Radioactivity
Alpha decay
不成像，但是因为损伤组织，所以可以用于放疗 radiotherapy
中子轰击
Beta- decay
中子变为质子和电子（beta射线），发射一个gamma射线
在平面上成像很有用，平面显像，SPECT
Beta+ decay
一个质子变为中子，释放一个正电子，两次发射两个gamma射线
用于PET成像
同位素衰减
时间常数，
衰变单位Ci，1 Ci=3.7*10^10 decays/s
1贝克勒尔Bq=1 decays/s
1 Ci = 3.7*10^10 Bq
有效半衰期，生物半衰期，放射半衰期
计算
t0 = 0
Ideal Properties of a Radiotracer
- 半衰期短，寿命短（快速）
- 放射单一能量（gamma射线）
- 在特定组织吸收好，别的组织少吸收
用锝99，低于100keV会被人体吸收
不能直接注射！
Example: if clinicians suspect bones oncological diseases or they want to look for bones diseases, Tc is combined to a chemical compound which binds to some Calcium complex, whose uptake is high in bones cancer cells. The radio-pharmaceutical is then delivered to the organ/tissue of interest with high selectivity.
和特定物质结合，例如癌细胞，那就和Ca结合
Detectors, clinical applications.
成像原理和X光一样，Photo-electric, Compton scattering, full transmission
大部分gamma射线被人体吸收（99%），所以准直器（collimation）需要更精确
没有被体内吸收地射线与闪烁晶体（scintillation crystal）接触发光，光信号多次放大转化为电信号
这里使用photomultiplier 光电倍增管
平面成像，也丢失深度信息
放射物质成黑色信号
Whole Body scan is the most common application, for example bone scanning and tumors detection.
Soft-tissue tumors can cause deformation and remodeling of bone structures.
Bone tumors can create new bones. Spinal tumors can remodel the spine.
骨骼扫描，肿瘤检测
SPECT
不能像X光那样旋转发射器，因为射线来自患者体内，所以一般用两到三个伽马相机旋转
伽马相机 gamma camera
平面闪烁成像用一个相机，或者上下两个，丢失深度信息；开转！可以还原深度信息
SPECT-CT
SPECT-CT is a multimodality imaging, it combines X-rays CT and SPECT.
X光，高分辨率，解剖成像；SPECT，高对比度，敏感度结构成像
临床应用： coronary artery disease CAD 冠状动脉疾病
在彩色SPECT-CT中，低信号为深色/黑色
血液灌注的差异带来成像差异
脑部也可以用，正常的大脑左右对称，灰质血流量大于白质
PET
正电子衰变
不需要准直器，因为是两个相反方向的射线，用环对同时检测的两边的信号求和即可
造影剂F-18，药物FDG氟脱氧葡萄糖
诊断肿瘤
光子photos能量：SPECT 140 keV, PET 511 keV
PET-CT
用两个独立的环检测，一个测PET，一个测CT
高分辨率空间图像，高信噪比的PET功能图
应用：全身检查，癌症，心脏