核医学发展：从放射性核素到诊疗技术

2023-12-07 历史故事版权反馈

【摘要】：人工放射性核素的发现，为生物医学的应用奠定了坚实的基础，促进了核医学的迅速发展。经过10余年后这一技术发展到能测定300余种体内微量物质，对核医学及医学的进步产生了极大影响。

1.3　核医学的发展

1895年10月伦琴(M.H.Roentgen)发现了X射线，引起了物理学家的极大兴趣。相隔不到4个月(即1896年2月)，法国物理学家贝克莱尔(Henri Becquerl)将感光片包在黑纸内，再将荧光物质硫酸双氧铀钾放在纸包上，无论将其放在阳光下或是放在抽屉里，均能发现冲洗后的感光片显影，于是贝克莱尔认为，铀的化合物中放出了X射线。以后实验证明，铀的化合物中放出的射线不同于X射线。2年后(即1898年)，居里夫妇发现了钋和镭，并把这种化合物所放出辐射的现象取名为放射性，称铀所发出的射线为贝克莱尔射线，并进一步证实了铀和镭的化合物能发射出3种不同性质的射线，分别取名为α、β、γ射线。由于贝克莱尔的这一发现，1903年，他和居里夫妇共同获得了诺贝尔物理学奖。伦琴和贝克莱尔这两位科学家的伟大发现，开创了人类科学史上的新纪元。此后一个短时间内，核物理学家和放射学家很快发现了众多的天然放射性核素，对核辐射的来源、性质及其衰变规律都有了进一步的认识，天然放射性核素被发现后很快被应用于生物医学，用来探索生命本质中的重大问题，用于诊断和治疗疾病，随之创立了医学中一门新兴学科——核医学。人们一般将核医学的发展历史分为5个阶段。

1.3.1　序幕(1896—1934年)

天然放射性核素被陆续发现，并开始应用于生物医学，但因其半衰期长、造价昂贵而极大地限制了其应用。真正揭开和平利用放射性核素序幕者，是Frederic Joliot Curie和Irene Curie。他们在1934年首次用人工方法获得了放射性30 P，由此开阔了人们的眼界，指出了获得各种人工放射性核素的前景。人工放射性核素的发现，为生物医学的应用奠定了坚实的基础，促进了核医学的迅速发展。

1.3.2　初创阶段(1935—1945年)

这一阶段的特征是基础医学开始应用人工放射性核素进行生理机制的研究，开创了放射示踪技术，临床上开始将其用于疾病的治疗。

1935年，即人工放射性核素发现的第2年，Chiewetz和Hevesy报道了利用³² P观察小白鼠体内磷元素的代谢。

1936年，Hamilton观察了²⁴ Na在人体内的代谢，人工放射性核素正式用于人体的研究。1936年，Lawence用³² P敷贴治疗皮肤癌，以及内服治疗白血病和真性红细胞增多症。1938年，Hertz报道了应用128 I观测家兔甲状腺的功能，确定了甲状腺素的分子结构。1942年，Hertz和Hamilton应用¹³¹ I治疗甲状腺功能亢进，Hahn报道利用198 Au胶体治疗腹腔转移癌。

但这一阶段可用的放射性核素仅限于¹³¹ I、³² P、¹⁹⁸ Au和²⁴ Na，并且都是一些最简单的无机化合物，核探测仪也只有盖革－缪勒计数管和定标器，虽然已应用于生物医学，但作为一个独立的学科尚缺乏条件，因此人们称此阶段为核医学的初创阶段。

1.3.3　初具规模阶段(1946—1960年)

1942年世界上第一个原子反应堆在美国芝加哥建成，1946年反应堆正式投产，这样就有了为临床提供所需的多种较大量的放射性核素和放射性药物的条件，使¹³¹ I、³² P、¹⁹⁸ Au、²⁴ Na、203 Hg、⁵¹ Cr、⁸⁵ Sr、¹³³ Xe、⁶⁰ Co等放射性核素相继得以较大量生产，标记技术相继进步，成功地制备了较为复杂的包括有机物的标记化合物，如¹³¹ I－人血白蛋白、¹³¹ I－碘司特、⁶⁰ Co－维生素和⁵¹cr－红细胞等。另外，1946年成功地应用治疗了一例甲状腺癌广泛转移患者，神奇地使其转移灶消失，称得上是临床核医学的一个里程碑，故有人将这一年看做是临床核医学真正的开始时间。

1949年γ－闪烁功能仪和1951年第一台自动γ－闪烁扫描仪制成，为利用上述各种放射性核素及其标记化合物进行脏器显像和功能测定提供了条件，实现了对心、肾、肝、胆功能的测定，和肝、肾、脾、甲状腺扫描，使放射性核素的临床应用初步具备了自己的理论基础、方法手段及一定数量有特色且有临床诊治价值的项目，为逐渐形成核医学这一新的学科奠定了基础。

1.3.4　迅速发展阶段(1961—1975年)(www.chuimin.cn)

至20世纪60年代，核医学进入一个更高的发展阶段，表现在以下几个方面。

(1)利用加速器和发生器(特别是^99mTc发生器)生产出了更多和更符合临床要求的放射性核素，用它们制备成功了更多的标记化合物。

(2)γ照相机的问世并配以计算机广泛应用，使人体各重要脏器几乎都能用放射性核素显像，包括形态和功能显像，其中最为世人瞩目的是²⁰¹ Tl心肌灌注显像、^99mTc－RBC门电路心血池显像、^99mTc－MDP全身骨显像和⁶⁷ Ga肿瘤显像。

(3)1959年，Yalow和Berson创立了放射免疫分析，从而开辟了医学检测史上的新纪元。经过10余年后这一技术发展到能测定300余种体内微量物质，对核医学及医学的进步产生了极大影响。为此，Yalow荣获了1977年诺贝尔医学奖。

经过15年的迅速发展，核医学展示了它的重大价值，逐渐被公认为临床医学不可缺少的重要学科，成为医学现代化的重要标志。

1.3.5　现代核医学阶段(1975年以来)

20世纪70年代后期出现的放射性核素断层显像装置，80年代研制成功心脑代谢、功能显像剂和单克隆技术的应用，使临床核医学进入了又一特色鲜明的新阶段。放射性核素显像已成为现代四大医学影像学之一，成为诊断三大疾病——心、脑血管疾病和肿瘤的一种重要方法。

断层显像可明显减少体内放射性上下左右的相互干扰，有利于显示各部位放射性浓度的微小差别，从而有助于显示较小病变，并且有可能对局部放射性浓度进行较精确的定量分析。

1975年正电子发射断层显像(positron emission computed tomography)研制成功，20世纪80年代相继实现了利用PET和¹¹ C、¹⁵ O、¹³ N、¹⁸ F及其标记化合物进行心肌、脑血流灌注、氧耗量、葡萄糖代谢、蛋白质代谢和脂肪代谢显像，神经受体显像也获得成功，开创了在分子水平无创性活体研究人脑功能和心肌存活情况的工作，进入到分子核医学(molecular nuclearmedicine)的新时代，取得了许多实用基础性成果，成为20世纪80年代至90年代的科学前沿之一。

1979年研制成功了可以利用发射γ射线(即单光子的常用放射性核素)进行脏器断层显像的仪器，单光子发射计算机断层成像仪SPECT(single photon emission computed tomography)，其价格仅为PET的1/10，经过不断地改进和完善，现在已几乎成为常规设备而被广为应用。

20世纪80年代后期，^99m Tc标记的脑血流显像剂^99m Tc－HMPAO、^99m Tc－ECD和心肌灌注显像剂^99m Tc－M IBI的研制成功，特别是近年来新的代谢类显像剂(¹¹ C－蛋氨酸、¹¹ C－胆碱)、受体类显像剂［¹¹¹ In－生长抑制素受体显像剂、¹⁸ F－FES(16α－氟－17β－雌二醇)受体显像剂、¹⁸ F－FDHT(16α－氟－5α－双氢睾酮)受体显像剂等］、酶类显像剂(¹⁸ F－FLT)、基因显像剂等的问世，不仅十分成功地广泛应用于心脑血管疾病的诊断、癫痫病灶的术前定位和肿瘤诊断，而且可以从分子水平研究和观察疾病的发生、发展中病理生理变化和代谢功能改变，成为分子影像学的重要内容。

目前，新型的核医学显像设备可以将反映人体器官组织解剖结构的X射线穿透性CT与主要显示器官及病变组织代谢、功能的核医学显像进行图像融合，如PET/CT、SPECT/CT。利用CT图像解剖结构清晰，发射单光子计算机断层扫描(emission computed tomography，ECT)图像反映器官的代谢和功能，两者的融合有机地把定性和定位作用结合起来，得到更好的诊断效果，是影像学发展的新起点。

核医学发展：从放射性核素到诊疗技术

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