放射性核素已廣泛應用于核醫學診斷和治療的各個方面,為醫學研究開辟了新途徑,對認識生命現象的本質,揭示疾病的病因及藥物作用機理,特別是對腫瘤的診斷和治療方面具有重要的意義。與其他醫學方法一樣,核醫學中使用放射性核素的療效和風險必須得到評估。輻射吸收劑量就是核醫學和放射醫學中用來量化人體所受輻射大小,評估診斷風險,預測治療效果的基本參數之一。輻射對機體的作用是以細胞損傷的形式表現出來,細胞的放射損傷是機體輻射損傷的根本原因。因而輻射在單個細胞或細胞組分中的劑量沉積,以及由此產生的輻射生物效應越來越受到人們的重視。為了對核醫學中使用的放射性核素在細胞、亞細胞水平的微小靶區內的劑量沉積規律進行理論研究,我們首先使用快速冰凍超薄切片放射自顯影技術觀察了放射性核素在細胞水平上的分布。結果發現放射性核素在細胞水平上的分布是不均勻的。隨后,我們基于放射自顯影實驗結果,使用Visual Basic編程語言,建立了一套核醫學微劑量估算系統。該系統一方面改進了MIRD微劑量學解析公式,不僅可以快速計算放射性核素在細胞水平均勻分布時不同條件下的細胞S因子,也能計算放射性核素幾種理論非均勻微觀分布時(線性遞增、線性遞減、指數遞增和指數遞減)不同條件下的細胞S因子;另一方面基于Monte Carlo單事件模擬,我們可以得到不同條件下靶區比能的概率分布,這能更有效的幫助我們理解放射性核素衰變產生的輻射與靶區相互作用發生劑量沉積的隨機性本質。我們計算了核醫學臨床實踐和理論研究中所使用的大多數放射性核素在不同靶源組合、不同細胞幾何條件、不同分布條件下的細胞S因子和比能分布結果。通過比較放射性核素的衰變能譜數據、輻射類型、在源區內的分布類型、細胞幾何條件、靶區填充物質等因素對單位累積活度在靶區平均吸收劑量和單次輻射在靶區內比能沉積概率分布的影響,我們發現:在微劑量學計算中,所研究的各種填充物質對靶區微劑量結果參數的影響不大。使用填充單位密度的液態水的細胞模型,不僅便于進行計算,所得結果也能較好的反映組織中細胞的劑量沉積情況。其次,采用詳細能譜對提高細胞S因子或比能分布計算的準確性具有重要意義。在微劑量計算中,β連續能譜的平均值并不能很好的近似β連續能譜;N層和O層躍遷產生的大量低能俄歇電子對靶區的劑量貢獻同樣不能忽視。放射性核素的輻射類型也同樣顯著影響靶區內的吸收劑量沉積。高傳能線密度的α核素在細胞靶區內的自吸收劑量貢獻遠遠大于俄歇電子核素,更大于低傳能線密度的β核素。但α粒子和俄歇電子較短的射程限制了α核素和俄歇電子核素對周圍細胞的交互作用。這提示α核素和俄歇電子核素較為適合用于彌散型小細胞腫瘤的放射免疫治療。它一方面能在靶細胞內產生較高的劑量沉積和較強的細胞殺傷效應,同時對周圍正常細胞的損傷較小。而β核素較為適用于實體瘤的治療。雖然其傳能線密度較低,但β射線較長的射程能保證尺寸較大的實體瘤內部同樣能受到相當劑量的照射。另外,在微劑量計算中,輻射在靶區內單位路徑能量沉積沿粒子行進距離的變化對細胞自吸收劑量的影響不大。細胞靶區的大小主要通過改變靶區體積和質量,并改變粒子在靶區內運動的平均弦長來影響靶區內的劑量沉積。放射性核素在源區內的分布類型也主要通過改變粒子在靶區內的平均運動弦長顯著影響靶區內的吸收劑量沉積。放射性核素越濃聚在細胞中心周圍,靶區內的自吸收劑量越大。對于衰變鏈中含有放射性子核的放射性核素,用細胞劑量轉換因子來描述靶區內細胞劑量的沉積更為合適。一般來說,對于血液循環系統等放射性核素廓清較快的系統,靶區劑量主要為放射性母核貢獻;對于實體瘤,應選擇較大的截止時間,充分考慮衰變鏈中放射性子核對靶區的劑量貢獻。從利用Monte Carlo單事件模擬方法估算得到的靶區內比能概率分布結果中我們發現,放射性核素衰變產生的輻射與靶區相互作用的高度隨機性使得靶區內比能存在一個很寬的概率分布。低于平均值的比能出現的概率較大,特別是對于β核素和俄歇電子核素。這說明靶細胞受到的照射劑量很可能小于理論計算得到的平均值。因而在臨床實際中,為了使靶區達到一定劑量的照射,可適當提高細胞內的放射性核素的濃度。通過對兩種方法所得結果及文獻報道結果的比較,我們發現,該系統計算結果準確。同時操作簡便,界面友好,容錯功能強大,計算迅速。