1.下列何種放射性同位素之物理半衰期最短? (A)13N (B)18F (C)11C (D)82Rb

題目所列出來的放射性同位素剛好都是會進行β+ decay的核種,它們的半衰期及一些簡單的資料我列在下面的表格裡頭,其中(A)13N的物理半衰期為9.9 min;(B)18F為109.7 min;(C)11C為20.4 min;(D)82Rb為75 sec,因此物理半衰期最短的就是(D)82Rb-75 sec,在這裡除了要提醒大家一定要記熟這幾個核種的半衰期和最大能量的大小外,我想物理半衰期它到底是有多重要,為什麼考試要一直考呢?事實上這些正子核種除了Rb-82是因為跟鉀離子很類似而能夠直接拿來作心臟檢查外,其餘的幾乎都必需與一些設計好的藥物結合後才有臨床的使用價值,以目前的化學技術來說,要將這些原子結合在藥物上並非難事,可是只要有合成的動作,就需要一定的反應時間,這時候半衰期短的核種就很吃虧了,很有可能光是化學反應的過程就超過了半衰期的時間,這時候藥物的時間耗損就很驚人了,接下來的時間競賽更殘酷,如果醫院本身沒有迴旋加速器以及化學合成的實驗室,那麼從外地運送最終成品所浪費的時間成本,就真的適用於『寸金寸光陰』這句成語了,最後也是最難的部份,就是放射藥物在進入人體後,到底要多久才能到達最終的目標位置,以及週邊組織排除背景活性所需要的時間,這一切的一切都是在跟時間競賽,也因此目前國際上在設計藥物時,會因為F-18的的半衰期相對的長了許多,而且因為所產生β+的能量又低,影像的品質就會比較好,而特別的偏愛F-18。

核種
半衰期
最大能量
最大直線行進距離
平均距離
C-11
20.4 min
0.96 MeV
5 mm
0.3 mm
N-13
9.9 min
1.19 MeV
5.4 mm
1.4 mm
O-15
122.2 sec
1.72 MeV
8.2 mm
1.5 mm
F-18
109.7 min
0.64 MeV
2.4 mm
0.2 mm
Rb-82
75 sec
3.35 MeV
15.6 mm
2.6 mm


2.下列何者與親電子氟化反應(electrophilic fluorination)無關? (A)18F-FDOPA (B)18F-F2 (C)18F-acetylhypofluorite (D)18F-fluoride

這題其實是在考有機化學的部份,真的有點難。首先在以F-18來標幟藥物時,通常會採用兩種類型的合成方式,一種稱之為親核性,另一種則是親電性,也就是題目所說的『親電子氟化反應』,這兩種標標幟方式最大的不同就是親核性反應是用F-18負離子來進行,這些F-18的負離子會取代反應物中的OH基,因此反應前都必須將不想被反應的OH基用一些化合物保護起來,寫到這裡大家有沒有一點熟悉的感覺?F-18 FDG就是用這種反應方式製造的。而親電性反應是用F-18氣體來進行,由於F-18氣體的化學活性非常的強,被取代的原子通常是氫原子,但不一定是氫原子,也有可能是一個原子團。
98年第1次高考第75題97年第1次高考第14題中有稍微對這些反應做了極為基本的介紹,這些標幟產物中採親核性反應較有名的是F-18 FDG及F-18 FMISO,而親電性反應較有名的是F-18 FDOPA。接下來我們可以開始來檢視替目所給的四個選項,(A)18F-FDOPA是親電性反應的產物,所以沒有問題;(B)18F-F2是反應物也OK;(C)18F-acetylhypofluorite我查了一下,這個藥物是製造18F-FDOPA時的反應物之一,因此的確跟親電性反應有關;因此只有(D)18F-fluoride因為是親核性反應的反應物,所以當然無關。


3.下列何者是帕金森氏症之正子斷層造影核醫檢查藥物? (A)18F-FDG (B)13N-NH3 (C)11C-acetate (D)18F-DOPA

帕金森氏症(或者說應該是帕金森氏病)患者與腦中多巴胺神經傳導系統失常有絕對的關係,核醫對這個神經傳導系統所能做的檢查請參考99年第2次高考第1題以及97年第1次高考第23題,在正子方面主要使用的藥物就是(D)18F-DOPA;至於(A)18F-FDG目前多用於癌細胞的掃描以及心肌存活度的檢查;(B)13N-NH3請參考93年第2次高考第30題;(C)11C-acetate是PET所使用蠻早期的藥物,主要是跟TCA能量代謝循環有關,有用於評估心肌的氧化代謝活性等等的研究,不過目前漸漸脫離主流的檢查藥物了。


4.下列何種放射製劑,不宜用來偵測心肌神經活性? (A)11C-hydroxyephedrine (B)18F-fluorocarazolol (C)13N-ammonia (D)123I-MIBG

偵測心肌神經活性,這是個相當陌生的檢查,它是一項在評估移植後心臟功能的檢查。在心臟移植的過程裡,所要承擔的風險其實非常的高,因為捐贈者有限,而且往往時間相當緊迫,這使得移植心臟與受贈者之間會出現一些排斥的反應,雖然說目前已經有藥物可以解決排斥的問題,不過移植心臟只能把該縫合的血管縫合,心臟在運送、手術的過程裡,它裡面的一些交感神經以及副交感神經元可能會受損,導致在移植手術後,心臟沒有辦法接受來自腎上腺所分泌的賀爾蒙調控,能夠在緊急的時候,或者是需要心輸出增加的時候來加快心跳。移植心臟裡的神經重建速度很慢,一般來說都得花上兩年以上的時間,心肌細胞才逐漸能夠接受腎上腺賀爾蒙的調控。曾有學者研究移植心臟患者在心臟內的交感神經元逐步重建後,先用adenosine(心肌灌注掃描所用的血管擴張劑)讓血管擴張,再刺激交感神經元,此時心臟神經元重建成功的部位,該處的心肌細胞所受到的血流供應就會增加,這代表該處的心肌細胞能受到交感神經元的控制,準備要做較強力的收縮。
目前可用於評估心肌細胞神經活性的藥物包括(A)11C-hydroxyephedrine(HED)、(D)123I-MIBG、18F-fluorometaraminol、11C-phenylephrine以及11C-epinephrine等等,不過這些正子類的藥物目前都只是在實驗的階段、只有(D)123I-MIBG能真正被臨床所使用(原理請參考98年第2次高考第75題)。檢查所需的劑量如果說只要平面造影,需要5 mCi,要作SPECT則要10 mCi,在注射藥物後3-4小時後開始造影。至於(B)18F-fluorocarazolol這個藥物,坦白講就和我所列出來的這堆正子藥物一樣,其實都十分的陌生,我查到相關的資料顯示它是一種會與腎上腺素接受器receptor相結合的藥物,這種藥物在注射後主要是分布在腦部,接下來則是心臟及肺臟,所以可以用來評估該處細胞的神經活性。
看了這麼多複雜的藥物,其實主考官並沒有想考那麼難,只是要測試一下大家對於(C)13N-ammonia的藥理作用了不了解,這部分的資料請參考93年第2次高考第30題,主要的用途是作PET的心肌灌注掃描,


5.下列何種放射性藥物,最適合用來測定腎絲球過濾率(glomerular filtration rate)? (A)99mTc-DMSA (B)99mTc-MDP (C)99mTc-MIBI (D)99mTc-DTPA

核醫在腎臟這一系列檢查及藥物的比較請參考97年第2次高考第11題以及94年第1次高考第49題,(D)Tc-99m DTPA是最適合用來做腎絲球過濾率(GFR)評估的藥劑,(A)99mTc-DMSA用於腎皮質攝影(97年第2次高考第13題),是用來檢查腎發炎的藥物,(B)99mTc-MDP是骨骼掃描的藥物, (C)99mTc-MIBI的用途較廣(99年第2次高考第10題),可用於心肌灌注掃描、副甲狀腺以及乳房腫瘤等等的檢查。


6.下列有關99mTc-DTPA中Tc的氧化態(oxidation state)的敘述何者正確? (A)恆為+5價 (B)+3價出現於酸性製備溶液 (C)+2價出現於鹼性製備溶液 (D)+1價出現於中性製備溶液

Tc-99m是個很有趣的過渡元素,它有非常多種的氧化態,我把常見各種不同氧化態的Tc-99m核醫藥物列在下面:
Tc(VII) :Tc-99mO4-(甲狀腺) ;sulfur collid(肝脾)
Tc(V) :DMSA(high pH甲狀腺髓質);ECD(腦血流);gluceptate(GH腎);HMPAO(腦血流);MAG3(腎臟); tetrofosmin(心肌灌注掃描的藥,類似MIBI);TRODAT-1(巴金森氏病)
Tc(IV) :DTPA(腎);EHDP(骨);HDP(骨);MDP(骨);PYP(急性心肌梗塞);TCO2(雜質)
Tc(III) :DMSA(low pH腎皮質);HIDA(膽道);furifosmin(心肌灌注掃描的藥,類似MIBI);teboroxime(心肌灌注掃描的藥,類似MIBI)
Tc(I) :sestamibi(MIBI心肌灌注)

在正常的情況下,Tc-99m DTPA裡Tc-99m是正4價的,我查了數種廠牌DTPA的配方資料,裡面的主要成分除了DTPA外共通的部分就是氯化亞錫以及填充用的氮氣,除此外各廠家都還有添加自己的獨立配方,目的不外乎是增加標幟的效率以及防止Tc-99m DTPA崩解,不過效果其實都差不多,因為DTPA本身就是個極為穩定的藥物,在以Tc-99m來標幟DTPA的時候,藥瓶裡的pH值落在3.8~7.5之間,也就是說是酸~中性的範圍,這時候藥瓶中的氯化亞錫就會已下述的反應方程式來將Tc-99mO4-(從generator中取出時的型態),還原成正4價的Tc-99m:
2TcO4- + 3Sn2+ +12 H+ --> 2TcO2+ + 3Sn4+ + 6H2O
主要的反應式是如此,不過因為Tc-99m本身就具有非常多的氧化態,因此也會出現一小部分的Tc(I)、Tc(III)以及Tc(V),這時候正4價的TcO2+就會與DTPA發生鍵結來形成Tc-99m DTPA,不過因為反應的標幟效率並非百分之百,所以會有TcO4-以及TcO2這類的不純物產生。
在上面的反應式中,每兩個Tc-99mO4-就需要12個氫離子,這代表反應環境必須要在酸性的環境下才行,不然氫離子的數量會不足,導致反應不完全,正7價的Tc-99m的氧化數會無法下降到+4價,可能會停留在正6或正5價,甚至是維持在原本的正7價,最有名的例子就是Tc-99m DMSA,如果反應的環境是鹼性,就會生成正5價的Tc-99m(V) DMSA,如果是酸性的環境下,就會生成正3價的Tc-99m DMSA,詳細的情況請參考99年第2次高考第9題。因此以相同的觀念來思考,如果反應環境過酸,那麼Tc-99m被還原成正3價的比例就會比較高,如果是鹼性的環境下,產生正5價的比例就會比較高。
不過廠商在設計藥瓶裡的成分時,既然最終產物Tc-99m DTPA裡的Tc-99m是以正4價來和DTPA結合,那麼整個標幟反應在進行的時候,就必須把藥瓶內的pH值以及其他輔助成份控制好,儘可能的讓Tc-99m最後都是維持在正4價,才能達到到最佳的標幟效率。
現在就題目所問的方向來思考,(A)應該是恆為+4價;(B)+3價出現於酸性製備溶液是對的;(C)改成+5價出現於鹼性製備溶液比較好;至於(D)+1價出現於中性製備溶液,這部分照理來說應該是要處於酸性的環境下才有可能,這種正1價的化合物最有名的就是Tc-99m MIBI,就我手邊現有的資料並沒有說明反應所處的pH值為何,它的反應方式比較特別,必需在沸水下反應10分鐘才能完成,反應式如下:
Tc99mO4- + citrate -->Tc99m-citrate(這部分需要Sn2+來當還原劑)
[Cu(+1)(MIBI4)]+ + Tc99m-citrate --> [Tc(+1)(MIBI6)]+ (此步驟反應要加熱)
反應中既然有citrate(檸檬酸)那麼一定是在酸性的環境,所以這個選項應該是錯誤的。


7.131I-MIBG可以檢查何種腫瘤? (A)腎臟皮質 (B)輸尿管 (C)腎上腺皮質 (D)腎上腺髓質

這題可以參考97年第一次高考第66題98年第2次高考第75題99年第2次高考第69題中的敘述,I-131 MIBG目前國外在臨床上可以用來檢查腎上腺髓質腫瘤、嗜鉻細胞瘤(pheochromocytoma)、副神經節瘤(paraganglioma)、神經母細胞瘤(neuroblastoma以及甲狀腺髓質癌和類癌,因此這題的答案是(D)腎上腺髓質。


8.和131I-OIH比較,下列有關99mTc-MAG3的敘述何者正確? (A)不與血漿蛋白質結合 (B)較低的血漿蛋白質結合率 (C)較高的血漿蛋白質結合率 (D)只與血漿蛋白質結合

這兩種藥物I-131 OIH與Tc-99m MAG3都是核醫拿來測量ERPF的藥物,這部分的說明請參考99年第2次高考第13題,另外我節錄97年第2次高考第11題中的部分敘述:『
Tc-99m MAG3
這是一個Tc-99m為+5價的藥物,在經由靜脈注射後,大約有90%的Tc-99m MAG3會和血漿中的蛋白質結合,也因為蛋白質的結合率如此之高,便限制了其經由腎絲球過濾的比例,不過和蛋白質結合的現象是可逆的,因為我們可以見到Tc-99m MAG3是可以經由腎小管的分泌作用而迅速的被排泄掉,在比較Tc-99m MAG3和I-131 OIH的血漿排除曲線中,Tc-99m MAG3在血漿的濃度較高,約為I-131 OIH的1.5倍,但是兩者在血漿中消失的速率差不多。Tc-99m MAG3在人體中的平均血漿清除率約為I-131 OIH的55~65%,不過排泄至在尿液的比例則差不多,在注射後30分鐘約有70%的藥劑會排泄至尿液中,在180分鐘則超過90%,儘管Tc-99m MAG3因為腎臟細胞攝取的效率較差,造成血漿中的濃度較高而導致血漿清除率會比I-131 OIH低,不過因為I-131 OIH和紅血球的結合率較高,造成其分佈在體內的總體積增加,在綜合這兩因素所造成的影響,最終兩藥物在尿中的總排泄量倒是不分上下。Tc-99m MAG3和I-131 OIH的腎圖曲線很類似,曲線達到最高處的時間皆為3~5分鐘,Tc-99m MAG3並不會結合在腎臟上,也沒有明顯的紅血球結合情況,也因為Tc-99m MAG3的排泄機制是經由腎小管分泌,所以用於觀察腎臟集尿系統、評估泌尿系統阻塞以及評估腎小管功能時就是一個極佳的藥劑,另外在評估腎功能時,由於Tc-99m MAG3的排泄率(約50%)遠比Tc-99m DTPA(約20%)來的高,因此在一些腎功能不佳的病患,使用Tc-99m MAG3能獲取更優質的影像。

I-131 OIH
在經由靜脈注射之後,I-131 OIH很快的就被腎臟自血液中清除,它並不會被身體所代謝,因此被排泄到尿液中的時候它的化學結構也不會發生變化,它不會結合在腎小管的細胞,在正常的情況下,在注射後30分鐘約有70%的劑量會被排泄至尿液中。I-131 OIH在腎臟的排泄主要是經由腎小管的分泌,不過也有一部份是經由腎絲球所過濾,實際的比例目前還不確定,不過理論上來說如果I-131 OIH不會和蛋白質結合而且可以完全被腎臟排泄的話,應該是20%是經由腎絲球過濾,而80%則是經由腎小管分泌,不過I-131 OIH和血漿中蛋白質的結合比例約為70%,經由腎臟排泄的比例也非百分之百,大約在65~85%之間。I-131 OIH除了和蛋白質結合外,同時它和紅血球也有一定比例的結合,這些都導致腎臟能將其排泄的比例降低,此外由於藥物標幟的效率並非百分之百,有一些游離的碘會被腎臟過濾後而被再吸收回來,因此會降低血中的清除率,所以使用I-131 OIH會低估ERPF有效腎實質血流的數值。』
在裡面還有一堆比較的表格,有些數據因為是引用不同的參考文獻而有兩組數值來供參考,總之呢,Tc-99m MAG3與I-131 OIH在與血漿蛋白質的結合率方面,Tc-99m MAG3的結合率是(C)較高的。


9.將放射性碘標幟於化合物時,所使用的藥劑chloramine-T,其主要功用為: (A)將放射性碘由+1價,還原為-1價 (B)將放射性碘由-1價,氧化為+1價 (C)將放射性碘由-1價,氧化為+3價 (D)將放射性碘由-1價,氧化為+5價

這一題在98年第1次高考第67題中有相當詳細的解釋,簡單的來說,碘是在元素週期表上是屬於7A族,平常的穩定狀態為-1價,如果說我們今天要將放射性碘標幟在抗體上或者是其它的化合物上,就必須先將碘原子由原先的穩定狀態變成較不穩定的狀態,這樣才能夠與我們預定的目標物發生化學反應而結合在一起。我們會選擇使用碘分子來進行反應,因為碘分子的結構為(I+-I-)的型態,在這種情況下可以藉由一些方式來將碘分子拆開變成I+和I-,如此一來才能得到化學性質活潑的I+。那為什麼一定要將碘拆開來?直接用碘分子去反應可以嗎?其實也不是不行,只是說碘雖然是7A族的元素,可是因為原子團太大,化學的活性已經沒那麼強,所以為了增加標幟產物的效率,就必須藉助一些方式來增加反應的效率,讓碘分子拆開變成I+和I-分開的情況,例如氧化劑法,電解法,酵素法等等。相類似的題目在99年第1次高考第58題以及99年第2次高考第60題也都考過,答案是(B)將放射性碘由-1價,氧化為+1價。


10.67Ga在生物體內的特性和下列何者類似? (A)銅離子 (B)鐵離子 (C)銀離子 (D)碳離子

Ga-67在體內的生理活性和(B)鐵離子相同,因此就可以與體內負責運送以及儲存鐵的蛋白質結合,因此核醫就利用Ga-67的這種特性來開發出了發炎以及腫瘤的掃描,其中發炎組織會聚積Ga-67的原因可以參考97年第2次高考第30題,而腫瘤細胞攝取的原理則參考核醫導讀中的2.5.5.1.3擴散及增加微血管壁和細胞膜的通透性、2.5.5.5以接收器為媒介的胞飲作用Receprot mediated Endocytosis以及2.5.7組織缺氧Tissue Hypoxia。
除了Ga-67外,Tl-201與Rb-82也和鉀離子類似,心肌細胞因為不斷受到神經訊號來收縮,因此細胞表面的鈉鉀幫浦非常的多,所以這種類似鉀離子的特性,就可以被運送至心肌細胞內而能應用在心肌灌注方面的檢查,核醫好玩的地方就是可以用這些藥物來欺騙身體,藉此來檢查身體的各部位器官,在
核醫導讀的這個部分,有描述了部分藥物的檢查原理,雖然內容有點多,不過最好能找時間仔細的看過一遍,這樣對於核醫的種種檢查會比較有概念。