放射性核素研究

放射性核素诊断的发现史

科学家记录核粒子轨迹的物理实验室与日常临床实践之间的距离似乎令人沮丧地遥远。利用核物理现象来检查病人，这个想法本身就听起来不可思议，甚至可以说是天方夜谭。然而，这个想法诞生于匈牙利科学家D. Hevesi的实验中，他后来获得了诺贝尔奖。1912年秋日的一天，E. Rutherford 指着实验室地下室里的一堆氯化铅说：“拿着，处理好这堆。试着从铅盐中分离出镭D。”

经过D. Hevesi与奥地利化学家A. Paneth进行的大量实验，显然无法通过化学方法分离铅和镭D，因为它们并非独立的元素，而是同一种元素——铅——的同位素。它们唯一的区别在于其中一种元素具有放射性。衰变时，它会释放电离辐射。这意味着，在研究其非放射性同位素的行为时，放射性同位素（放射性核素）可以用作标记物。

医生们看到了令人瞩目的前景：将放射性核素注入患者体内，并使用放射性测量设备监测其位置。在相对较短的时间内，放射性核素诊断就成为了一门独立的医学学科。在国外，放射性核素诊断与放射性核素治疗相结合被称为核医学。

放射性核素方法是一种利用放射性核素及其标记的指示剂研究器官和系统功能和形态状态的方法。这些指示剂被称为放射性药物（RP），被注入患者体内，然后利用各种装置测定其在器官和组织中移动、固定和清除的速度和性质。

此外，组织样本、血液和患者分泌物也可用于放射性测定。尽管指示剂的引入量微乎其微（百分之一和千分之一微克），不会影响正常的生命过程，但该方法仍具有极高的灵敏度。

放射性药物是一种经批准用于人体诊断目的的化合物，其分子中含有放射性核素。该放射性核素必须具有一定能量的辐射谱，造成最小的辐射暴露，并能反映被检查器官的状况。

在此方面，选择放射性药物时，需要考虑其药效动力学（在体内的行为）和核物理特性。放射性药物的药效动力学取决于其合成所基于的化合物。注册放射性药物标记物（RFP）的可能性取决于其标记放射性核素的衰变类型。

在选择用于检查的放射性药物时，医生首先必须考虑其生理定位和药效动力学。我们以将放射性荧光蛋白（RFP）注入血液为例来探讨这一点。放射性药物注入静脉后，最初会均匀分布在血液中，并被输送至所有器官和组织。如果医生关注器官的血液动力学和血液充盈情况，他会选择一种能够在血液中循环较长时间、不会超出血管壁进入周围组织的指示剂（例如人血清白蛋白）。在检查肝脏时，医生会选择一种能够被肝脏选择性捕获的化合物。有些物质会被肾脏从血液中捕获，并通过尿液排出，因此它们可用于检查肾脏和泌尿道。有些放射性药物对骨组织具有亲和性，这使得它们在检查肌肉骨骼系统时不可或缺。通过研究放射性药物在体内的运输时间和分布、消除的性质，医生可以判断这些器官的功能状态和结构及地形特征。

然而，仅仅考虑放射性药物的药效动力学是不够的。还必须考虑其组成成分中放射性核素的核物理特性。首先，它必须具有一定的辐射光谱。为了获得器官图像，只能使用发射γ射线或特征X射线的放射性核素，因为这些辐射可以通过外部检测进行记录。放射性衰变过程中形成的γ量子或X射线量子越多，这种放射性药物的诊断效果就越好。同时，放射性核素应尽可能少地发射粒子辐射——这些电子被患者体内吸收，不会参与获取器官图像。从这个角度来看，具有同质异能跃迁类型核转变的放射性核素是优选的。

半衰期为几十天的放射性核素被认为是长寿命放射性核素，几天的被认为是中寿命放射性核素，几小时的被认为是短寿命放射性核素，几分钟的被认为是超短寿命放射性核素。出于显而易见的原因，他们倾向于使用短寿命放射性核素。使用中寿命，尤其是长寿命放射性核素会增加辐射暴露，而使用超短寿命放射性核素由于技术原因比较困难。

获取放射性核素的方法有很多种。有些是在反应堆中生成的，有些是在加速器中生成的。然而，最常用的方法是发生器法，即在放射性核素诊断实验室中使用发生器直接生成放射性核素。

放射性核素的一个非常重要的参数是电磁辐射量子的能量。能量极低的量子会滞留在组织中，因此无法到达放射性测量设备的探测器。能量极高的量子会部分穿过探测器，因此其记录效率也很低。放射性核素诊断中量子能量的最佳范围被认为是70-200 keV。

放射性药物的一项重要要求是其给药期间的最小辐射暴露。已知所施用放射性核素的活度由于两个因素而降低：其原子的衰变（即物理过程）和其从体内消除（即生物过程）。放射性核素一半原子的衰变时间称为物理半衰期T 1/2。由于消除，进入体内的药物活度降低一半的时间称为生物半衰期。由于物理衰变和消除，进入体内的放射性药物活度降低一半的时间称为有效半衰期（Ef）。

对于放射性核素诊断研究，研究人员会尽量选择T 1/2 最短的放射性药物。这可以理解，因为患者的辐射负荷取决于这个参数。然而，极短的物理半衰期也会带来不便：需要有时间将放射性药物送至实验室并进行研究。一般规则是：药物的Tdar应接近诊断程序的持续时间。

如前所述，目前实验室最常使用发生器法获取放射性核素，90%-95% 的方法是使用放射性核素^99mTc，它用于标记绝大多数放射性药物。除放射性锝外，还会使用^133Xe、^67Ga以及其他极少数放射性核素。

临床实践中最常用的放射性药物。

征求建议书	适用范围
99m Tc-白蛋白	血流研究
99m'Tc标记红细胞	血流研究
99m Tc-胶体（technifit）	肝脏检查
99m Tc-丁基-IDA（溴苷）	胆道系统检查
99m Tc-焦磷酸盐（泰尼福）	骨骼检查
99米Ts-MAA	肺部检查
133他	肺部检查
67 Ga-柠檬酸盐	抗肿瘤药物、心脏检查
99米Ts-塞西米比	肿瘤趋化药物
99m Tc单克隆抗体	肿瘤趋化药物
201 T1-氯化物	心脏、脑研究、肿瘤药物
99m Tc-DMSA（泰克奈梅克）	肾脏检查
131 T-hippuran	肾脏检查
99 Tc-DTPA（五技术）	肾脏和血管检查
99m Tc-MAG-3（泰克尼玛格）	肾脏检查
99m Tc-高锝酸盐	甲状腺和唾液腺检查
18 F-DG	大脑和心脏研究
123I-甲基异丁基胍	肾上腺检查

目前已开发出各种用于放射性核素研究的诊断设备。无论其具体用途如何，所有这些设备都基于一个原理设计：它们包含一个将电离辐射转换为电脉冲的探测器、一个电子处理单元和一个数据呈现单元。许多放射诊断设备都配备了计算机和微处理器。

通常使用闪烁体或不太常见的气体计数器作为探测器。闪烁体是一种在快速带电粒子或光子作用下产生闪光或闪烁现象的物质。这些闪烁现象被光电倍增管 (PMT) 捕获，光电倍增管将闪光转换为电信号。闪烁晶体和 PMT 被放置在一个保护性的金属外壳（准直器）中，该外壳将晶体的“视野”限制在被研究的器官或身体部位的大小范围内。

通常，放射诊断设备配有多个可更换的准直器，医生可根据研究目的进行选择。准直器上有一个大孔或几个小孔，放射性辐射通过这些孔穿透探测器。原则上，准直器上的孔越大，探测器的灵敏度越高，即其记录电离辐射的能力越高，但同时其分辨率越低，即区分小辐射源的能力越低。现代准直器有几十个小孔，其位置的选择要考虑到研究对象的最佳“视野”！在用于测定生物样品放射性的装置中，闪烁探测器以所谓的井计数器的形式使用。晶体内部有一个圆柱形通道，装有待研究材料的试管放入其中。这种探测器设计显著提高了其捕获生物样品微弱辐射的能力。液体闪烁体用于测量含有具有软β辐射的放射性核素的生物体液的放射性。

所有放射性核素诊断研究分为两大类：将放射性药物引入患者体内的研究（体内研究）和对患者血液、组织碎片和分泌物进行的研究（体外研究）。

任何体内研究都需要患者做好心理准备。应向患者解释研究的目的、其对诊断的重要性以及研究过程。尤其需要强调研究的安全性。通常无需特殊准备，只需告知患者在研究期间的行为即可。体内研究根据研究目的采用各种放射性药物给药方法。大多数方法主要通过静脉注射放射性药物，较少通过动脉、器官实质或其他组织注射。放射性药物也可口服或吸入（吸入）。

放射性核素检查的适应症由主治医生与放射科医生会诊后确定。通常，在进行其他临床、实验室和非侵入性放射检查后，当需要获取特定器官功能和形态的放射性核素数据时，才会进行放射性核素检查。

放射性核素诊断没有禁忌症，只有卫生部指示规定的限制。

在放射性核素方法中，有以下几种区别：放射性核素可视化方法、放射照相术、临床和实验室放射测量法。

“可视化”一词源于英文单词“vision”。它指的是获取图像，在本例中指的是使用放射性核素。放射性核素可视化是指将放射性药物注入患者体内后，生成其在器官和组织中空间分布的图像。放射性核素可视化的主要方法是伽马闪烁显像（或简称闪烁显像），该技术在称为伽马照相机的设备上进行。闪烁显像的一种变体是逐层放射性核素可视化——单光子发射断层扫描（SEP）。由于获取超短寿命正电子发射放射性核素的技术复杂性，双光子发射断层扫描（SEP）也很少在专用伽马照相机上进行。有时，人们会使用一种过时的放射性核素可视化方法——扫描；该技术在称为扫描仪的设备上进行。

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