Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_148_библиотеки_им_акад_М_И_Перельмана
.pdf
МАГАТЭ
Международное агентство по атомной энергии
Физика ядерной медицины
Пособие для преподавателей и студентов
Д. Л. Бейли
Дж. Л. Хамм
А. Тодд-Покропек
А. ван Асвеген
Технические редакторы
Русский текст учебного пособия является препринтом и не официальным
переводом до передачи авторских прав на перевод МАГАТЭ и окончательной
корректуры под общей редакцией д.ф.-м.н. Богатов Н.М., д.м.н. Еремин А.Л.,
к.ф.-м.н. Григорьян Л.Р., к.ф.-м.н. Коваленко М.С. - ФГБОУ ВО "Кубанский
государственный университет".
Первичный перевод: Бей Н.Е., Ванаев Е.И., Капичников А.И., Мазур М.М.,
Матвеев А.А.
Макет выполнен в максимальном приближении к оригиналу на
английском языке, размещенном в открытом доступе:
https://www.iaea.org/publications/10368/nuclear-medicine-physics
Редакционная группа была бы благодарна за любые уточнения по
совершенствованию переведенного пособия, присланные на адрес:
aeremin@yandex.ru
Запрещается распространение препринта в коммерческих целях.
Ссылка на препринт:
Физика ядерной медицины: пособие для преподавателей и студентов. МАГАТЭ
/ Препринт / Перевод на русский под ред. Н.М. Богатов, А.Л. Еремин, Л.Р.
Григорьян, М.С. Коваленко. – Краснодар: КубГУ, 2024. – 724 с.
ФИЗИКА ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ:
ПОСОБИЕ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
И СТУДЕНТОВ
Членами Международного агентства по атомной энергии являются
следующие государства:
АВСТРАЛИЯ
АВСТРИЯ
АЗЕРБАЙДЖАН
АЛБАНИЯ
АЛЖИР
АНГОЛА
АРГЕНТИНА
АРМЕНИЯ
АФГАНИСТАН
БАГАМСКИЕ ОСТРОВА
БАНГЛАДЕШ
БАХРЕЙН
БЕЛАРУСЬ
БЕЛИЗ
БЕЛЬГИЯ
БЕНИН
БОЛГАРИЯ
БОЛИВИЯ
БОСНИЯ И ГЕРЦЕГОВИНА
БОТСВАНА
БРАЗИЛИЯ
БРУНЕЙ-ДАРУССАЛАМ
БУРКИНА-ФАСО
БУРУНДИ
БЫВШАЯ ЮГОСЛАВСКАЯ
РЕСПУБЛИКА МАКЕДОНИЯ
ВЕНГРИЯ
БОЛИВАРИАНСКАЯ РЕСПУБЛИКА
ВЕНЕСУЭЛА
ВЬЕТНАМ
ГАБОН
ГАИТИ
ГАНА
ГВАТЕМАЛА
ГЕРМАНИЯ
ГОНДУРАС
ГРЕЦИЯ
ГРУЗИЯ
ДАНИЯ
ДЕМОКРАТИЧЕСКАЯ РЕСПУБЛИКА
КОНГО
ДОМИНИКА
ДОМИНИКАНСКАЯ РЕСПУБЛИКА
ЕГИПЕТ
ЗАМБИЯ
ЗИМБАБВЕ
ИЗРАИЛЬ
ИНДИЯ
ИНДОНЕЗИЯ
ИОРДАНИЯ
ИРАК
ИСЛАМСКАЯ РЕСПУБЛИКА ИРАН
ИРЛАНДИЯ
ИСЛАНДИЯ
ИСПАНИЯ
ИТАЛИЯ
ЙЕМЕН
КАЗАХСТАН
КАМБОДЖА
КАМЕРУН
КАНАДА
КАТАР
КЕНИЯ
КИПР
КИТАЙ
КОЛУМБИЯ
КОНГО
РЕСПУБЛИКА КОРЕЯ
КОСТА-РИКА
КОТ-Д'ИВУАР
КУБА
КУВЕЙТ
КЫРГЫЗСТАН
ЛАОССКАЯ НАРОДНО-
ДЕМОКРАТИЧЕСКАЯ
РЕСПУБЛИКА
ЛАТВИЯ
ЛЕСОТО
ЛИБЕРИЯ
ЛИВАН
ЛИВИЯ
ЛИТВА
ЛИХТЕНШТЕЙН
ЛЮКСЕМБУРГ
МАВРИКИЙ
ИСЛАМСКАЯ РЕСПУБЛИКА
МАВРИТАНИЯ
МАДАГАСКАР
МАЛАВИ
МАЛАЙЗИЯ
МАЛИ
МАЛЬТА
МАРОККО
МАРШАЛЛОВЫ ОСТРОВА
МЕКСИКА
МОЗАМБИК
МОНАКО
МОНГОЛИЯ
МЬЯНМА
НАМИБИЯ
НЕПАЛ
НИГЕР
НИГЕРИЯ
НИДЕРЛАНДЫ
НИКАРАГУА
НОВАЯ ЗЕЛАНДИЯ
НОРВЕГИЯ
ОБЪЕДИНЕННАЯ РЕСПУБЛИКА
ТАНЗАНИЯ
ОБЪЕДИНЕННЫЕ АРАБСКИЕ
ЭМИРАТЫ
ОМАН
ПАКИСТАН
ПАЛАУ
ПАНАМА
ПАПУА — НОВАЯ ГВИНЕЯ
ПАРАГВАЙ
ПЕРУ
ПОЛЬША
ПОРТУГАЛИЯ
РЕСПУБЛИКА МОЛДОВА
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
РУАНДА
РУМЫНИЯ
САЛЬВАДОР
САН-МАРИНО
САУДОВСКАЯ АРАВИЯ
СВАЗИЛЕНД
СВЯТОЙ ПРЕСТОЛ
СЕНЕГАЛ
СЕРБИЯ
СЕЙШЕЛЬСКИЕ ОСТРОВА
СИНГАПУР
СИРИЙСКАЯ АРАБСКАЯ
РЕСПУБЛИКА
СЛОВАКИЯ
СЛОВЕНИЯ
СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО
ВЕЛИКОБРИТАНИИ И СЕВЕРНОЙ
ИРЛАНДИИ
СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ
СУДАН
СЬЕРРА-ЛЕОНЕ
ТАДЖИКИСТАН
ТАИЛАНД
ТОГО
ТРИНИДАД И ТОБАГО
ТУНИС
ТУРЦИЯ
УГАНДА
УЗБЕКИСТАН
УКРАИНА
УРУГВАЙ
ФИДЖИ
ФИЛИППИНЫ
ФИНЛЯНДИЯ
ФРАНЦИЯ
ХОРВАТИЯ
ЦЕНТРАЛЬНОАФРИКАНСКАЯ
РЕСПУБЛИКА
ЧАД
ЧЕРНОГОРИЯ
ЧЕШСКАЯ РЕСПУБЛИКА
ЧИЛИ
ШВЕЙЦАРИЯ
ШВЕЦИЯ
ШРИ-ЛАНКА
ЭКВАДОР
ЭРИТРЕЯ
ЭСТОНИЯ
ЭФИОПИЯ
ЮЖНАЯ АФРИКА
ЯМАЙКА
ЯПОНИЯ
Устав Агентства был утверждён 23 октября 1956 года на Конференции
по выработке Устава МАГАТЭ, которая состоялась в Центральных
учреждениях Организации Объединённых Наций в Нью-Йорке. Устав вступил
в силу 29 июля 1957 года. Центральные учреждения Агентства находятся в
Вене. Главной целью Агентства является достижение «более скорого и
широкого использования атомной энергии для поддержания мира, здоровья и
благосостояния во всём мире».
ФИЗИКА ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ:
ПОСОБИЕ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
И СТУДЕНТОВ
ОДОБРЕНО:
АМЕРИКАНСКОЙ АССОЦИАЦИЕЙ ФИЗИКОВ В МЕДИЦИНЕ,
ФЕДЕРАЦИЕЙ ОРГАНИЗАЦИЙ МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ
АЗИИ И ОКЕАНИИ,
АВСТРАЛАЗИЙСКИМ КОЛЛЕДЖЕМ УЧЕНЫХ-ФИЗИКОВ
И ИНЖЕНЕРОВ В МЕДИЦИНЕ,
ЕВРОПЕЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЕЙ ОРГАНИЗАЦИЙ
МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ,
ФЕДЕРАЦИЕЙ АФРИКАНСКИХ ОРГАНИЗАЦИЙ МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ,
ВСЕМИРНОЙ ФЕДЕРАЦИЕЙ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ И БИОЛОГИИ
МЕЖДУНАРОДНОЕ АГЕНТСТВО ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
ВЕНА, 2014
https://t.me/med1917
УВЕДОМЛЕНИЕ ОБ АВТОРСКОМ ПРАВЕ
Все научные и технические публикации МАГАТЭ защищены
положениями Всемирной конвенции об авторском праве, принятой в 1952 году
(Берн) и пересмотренной в 1972 году (Париж). Впоследствии авторские права
были распространены Всемирной организацией интеллектуальной
собственности (Женева) также на интеллектуальную собственность в
электронной и виртуальной форме. Для полного или частичного использования
текстов, содержащихся в печатных или электронных публикациях МАГАТЭ,
должно быть получено разрешение, которое обычно является предметом
соглашений о роялти. Предложения о некоммерческом воспроизведении и
переводе приветствуются и рассматриваются в каждом случае в отдельности.
Вопросы следует направлять в Издательскую секцию МАГАТЭ по адресу:
Группа маркетинга и сбыта, Издательская секция
Международное агентство по атомной энергии
Венский международный центр
а/я 100
1400 Вена, Австрия
Факс: +43 1 2600 29302
Тел.: +43 1 2600 22417
Эл. почта: sales.publications@iaea.org
http://www.iaea.org/books
© МАГАТЭ, 2014
Напечатано МАГАТЭ в Австрии
Декабрь 2014
STI/PUB/1617
Каталогизация библиотеки МАГАТЭ в издательских данных
Nuclear medicine physics: a handbook for students and teachers. — Vienna: International
Atomic Energy Agency, 2014.
STI/PUB/1617
ISBN 978-92-0-143810-2
Включает библиографические ссылки. 1. Ядерная медицина — пособия,
справочники и т. д. 2. Пособия по медицинской физике. 3. Медицинская физика.
I. Международное агентство по атомной энергии.
IAEAL 14-00880
https://t.me/med1917
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ядерная медицина связана с использованием радионуклидов в медицине
для диагностики, определения стадии заболевания, терапии и мониторинга
реакции на процесс заболевания. Она также является мощным инструментом
трансляции в фундаментальных науках, таких как биология, поиск новых
лекарств и преклиническая медицина. Развитие ядерной медицины обусловлено
достижениями в данной междисциплинарной науке, которая включает физику,
химию, вычислительную технику, математику, фармакологию и биологию.
Данное пособие всесторонне охватывает физику ядерной медицины. Оно
предназначено для студентов и аспирантов, изучающих медицинскую физику.
Также может использоваться в качестве источника информации для
заинтересованных читателей из других областей, например, клиницистами,
радиохимиками и медицинскими технологами, которые хотели бы ознакомиться
с основными концепциями и методами физики ядерной медицины.
Объем книги намеренно широк. Физика является очень важной
составляющей практически во всех областях ядерной медицины, включая
приборы для визуализации, обработку и реконструкцию изображений, анализ
данных, производство радионуклидов, радионуклидную терапию,
радиофармацевтику, радиационную защиту и биологию. Авторы были выбраны
из разных регионов с учетом их знаний, опыта преподавания и научной
проницательности.
Эта книга была написана в ответ на настоятельную потребность в
современном подробном учебнике по физике ядерной медицины. Она дополняет
аналогичные учебники по физике радиационной онкологии и физике
диагностической радиологии, опубликованные МАГАТЭ.
Данное пособие одобрено следующими международными
профессиональными организациями: Американской ассоциацией физиков в
медицине (AAPM), Федерацией организаций медицинской физики Азии и
Океании (AFOMP), Австралазийским колледжем ученых-физиков и инженеров
в медицине (ACPSEM), Европейской федерацией организаций медицинской
физики (EFOMP), Федерацией африканских организаций медицинской физики
(FAMPO) и Всемирной федерацией ядерной медицины и биологии (WFNMB).
Выражаем благодарность следующим международным экспертам,
внёсшим значительный вклад в подготовку данного руководства в качестве
технических редакторов: Д. Л. Бейли (Австралия), Дж. Л. Хамму (Соединённые
Штаты Америки), А. Тодд-Покропеку (Соединённое Королевство) и А. ван
Асвегену (Южная Африка). Ответственными за эту публикацию были
сотрудники МАГАТЭ С. Палм и Г. Л. Поли из Отдела здоровья человека.
https://t.me/med1917
РЕДАКЦИОННОЕ ПРИМЕЧАНИЕ
Хотя для соблюдения точности информации, содержащейся в настоящей
публикации, были приложены большие усилия, ни МАГАТЭ, ни его государствачлены не несут ответственности за последствия, которые могут возникнуть
в результате её использования.
Использование тех или иных названий стран или территорий не означает
какого-либо суждения со стороны издателя — МАГАТЭ — относительно
правового статуса таких стран или территорий, их органов и учреждений либо
относительно определения их границ.
Упоминание названий конкретных компаний или продуктов (независимо
от того, указаны ли они как зарегистрированные) не означает какого-либо
намерения нарушить права собственности и не должно рассматриваться как
одобрение или рекомендация со стороны МАГАТЭ.
МАГАТЭ не несет ответственности за сохранность или точность URLадресов внешних или сторонних веб-сайтов в интернете, упоминаемых в данной
книге, и не гарантирует, что какой-либо контент на таких веб-сайтах является
или будет оставаться достоверным или уместным.
https://t.me/med1917
ВВЕДЕНИЕ
Ядерная медицина занимается исследованием и применением
радиоактивных соединений в медицине для получения изображений и лечения
заболеваний человека. В ее основе лежит «метод изотопных индикаторов»,
впервые предложенный Георгом Карлом фон Хевези в начале 1920-х годов.
Метод изотопных индикаторов заключается в исследовании соединений in vivo с
использованием ничтожных количеств радиоактивных индикаторов, которые не
вызывают никакой фармакологической реакции организма. В настоящее время
этот метод используется для изучения многих аспектов физиологии, таких как
клеточный метаболизм, пролиферация ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота),
кровоток в органах, функции органов, экспрессия рецепторов и аномальная
физиология, с помощью внешних чувствительных устройств визуализации.
Большие количества радионуклидов также применяются для лечения пациентов
с помощью радионуклидной терапии, особенно при распространённых
заболеваниях, таких как прогрессирующий метастатический рак, поскольку эта
форма терапии позволяет воздействовать на аномальные клетки для лечения
заболеваний в любой части организма.
Ядерная медицина опирается на функциональность. По этой причине её
называют «функциональной визуализацией». Вместо того, чтобы просто
визуализировать часть тела, в которой, предположительно, есть какая-либо
патология, как это делается при рентгеновской визуализации в радиологии, при
сканировании в ядерной медицине часто отображается распределение
радиоактивного соединения по всему телу, нередко получаемое в виде
последовательности изображений во времени, показывающих временное
течение радиоактивного индикатора в организме.
Существует два основных вида излучения, представляющих интерес для
визуализации в ядерной медицине: γ-излучение, испускаемое возбуждёнными
ядрами и аннигиляционное (или совпадающее) излучение (γ), возникающее
после испускания позитронов из ядер, богатых протонами. Гамма-фотоны
регистрируются с помощью гамма-камеры в виде плоскостных (двумерных)
изображений или томографически в трёхмерном пространстве с помощью
однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Аннигиляционные
фотоны позитронного излучения регистрируются с помощью камеры
позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Последней крупной разработкой в
этой области является комбинация гамма-камер или ПЭТ-камер с устройствами
структурной визуализации высокого разрешения — рентгеновскими
компьютерными томографами (КТ) или, всё чаще, магнитно-резонансными
томографами (МРТ) — в одном устройстве для получения изображений.
Комбинированный ПЭТ/КТ (или ПЭТ/МРТ) сканер представляет собой один из
самых сложных и эффективных способов визуализации нормальной и
изменённой физиологии организма.
Именно в этих сложных условиях медицинский физик, наряду с врачами
ядерной медицины и технологами/рентгенологами, играет важную роль в
многопрофильной команде, необходимой для медицинской диагностики. Физик
https://t.me/med1917
несёт ответственность за работу приборов, дозиметрию излучения для лечения
пациентов, радиационную защиту персонала и точность анализа данных. Физик
опирается на подготовку в области радиационных и ядерных наук, а также на
научную строгость и внимание к деталям при проведении экспериментов и
измерений, чтобы вместе с другими членами многопрофильной команды
предоставить оптимальную медицинскую помощь. Лечение пациентов часто
основывается на результатах полученных ими сканирований, и поэтому они
должны быть самого высокого качества.
Данное пособие было задумано и составлено физиками и предназначено в
первую очередь для физиков, однако оно может быть полезно для
заинтересованных читателей из медицинских, смежных с медициной и других
научных и инженерных кругов. Уровень понимания рассматриваемого
материала будет различаться в зависимости от уровня подготовки читателя.
Читателям предлагается посетить связанный со здоровьем человека веб-сайт
МАГАТЭ (http://www-naweb.iaea.org/NAHU/index.html), чтобы ознакомиться с
большим количеством доступных ресурсов.
Технические редакторы и авторы, отобранные с учётом их опыта и в знак
признания их вклада в развитие данной области, были приглашены из разных
стран мира, и, таким образом, эта книга представляет собой реальное
международное сотрудничество. В течение трех лет технические редакторы
четыре раза приезжали в Центральные учреждения МАГАТЭ в Вене, чтобы
довести этот проект до конца. Мы хотели бы поблагодарить всех авторов за их
большой вклад.
Д. Л. Бейли, Дж. Л. Хамм
А. Тодд-Покропек, А. ван Асвеген
https://t.me/med1917
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ФИЗИКИ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ ..................................... 1
1.1. ВСТУПЛЕНИЕ ..................................................................................................... 1
1.1.1. Фундаментальные физические константы ..................................... 1
1.1.2. Физические величины и единицы измерения ................................ 2
1.1.3. Классификация излучений ............................................................... 4
1.1.4. Классификация ионизирующих излучений.................................... 4
1.1.5. Классификация косвенно ионизирующих фотонных излучений 4
1.1.6. Характеристическое рентгеновское излучение ............................. 5
1.1.7. Тормозное излучение ........................................................................ 5
1.1.8. Гамма-излучение ............................................................................... 6
1.1.9. Аннигиляционные кванты ............................................................... 6
1.1.10. Величины и единицы измерения излучения ................................ 7
1.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРЫ АТОМА .............................. 8
1.2.1. Модель атома Резерфорда ................................................................ 9
1.2.2. Боровская модель атома водорода ................................................ 10
1.3. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНОЙ СТРУКТУРЫ ........................ 10
1.3.1. Радиус ядра ...................................................................................... 11
1.3.2. Энергия связи ядра .......................................................................... 12
1.3.3. Ядерный синтез и деление ............................................................. 13
1.3.4. Столкновение двух частиц и ядерные реакции ........................... 13
1.4. РАДИОАКТИВНОСТЬ .................................................................................... 15
1.4.1. Распад радиоактивного материнского ядра на стабильное или
нестабильное дочернее ............................................................................. 16
1.4.2. Радиоактивный последовательный распад ................................... 19
1.4.3. Равновесие активностей материнских и дочерних ядер ............. 20
1.4.4. Получение радионуклидов (ядерная активация) ......................... 21
1.4.5. Виды радиоактивного распада ....................................................... 22
1.4.6. Альфа-распад ................................................................................... 24
1.4.7. Бета-минус-распад .......................................................................... 25
1.4.8. Бета-плюс-распад ............................................................................ 25
1.4.9. Электронный захват ........................................................................ 25
1.4.10. Гамма-распад и внутренняя конверсия ....................................... 26
1.4.11. Характеристическое (флуоресцентное) рентгеновское
излучение и оже-электроны ..................................................................... 27
1.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ .......................... 27
1.5.1. Электронно-орбитальные взаимодействия .................................. 28
1.5.2. Электронно-ядерные взаимодействия .......................................... 28
1.6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФОТОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ ................................. 28
1.6.1. Экспоненциальное поглощение пучка фотонов в поглотителе . 28
1.6.2. Особенности слоёв поглотителя .................................................... 30
1.6.3. Коэффициенты ослабления ............................................................ 32
1.6.4. Взаимодействие фотонов в микроскопическом масштабе ......... 33
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана