1898年玛丽•居里与她的丈夫皮埃尔•居里共同发现了镭，他们从30吨沥青铀矿中提取了2毫克镭。
1930年美国加州大学的Berkeley校园里，物理学家劳伦斯生产出第一台回旋加速器，为人工生产短半衰期放射性核素创造了条件。
1957年安格研制出第一台γ照相机，称安格照相机，20世纪60-70年代广泛应用于临床。
——摘自《核医学》教材绪论章节
核医学是一门年轻的学科，至今不过百余年历史。作为专业的核医学从业人员，对于核医学的发展历程你了解多少？教科书上短短的需要在每次考试前反复记忆的一句话，却是先辈们为科学奋斗甚至献身的不平凡的一生。「辐射未来」系列巡讲是由中华医学会核医学分会青年学组发起的线上学术交流活动，4月9日的首期巡讲由北京大学肿瘤医院核医学科的刘辰教授带领我们回顾了核医学的历史以及背后的故事。本期让我们再次重温那“激情燃烧的岁月”……
透视生命的光
放射性示踪的“源与流”
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安托万·亨利·贝克勒尔
贝克勒尔验证天然放射性的照片
居里夫妇揭开“放射性”的面纱
贝克勒尔发现放射性的论文引起了居里夫妇极大的兴趣。依据1897年12⽉6⽇到1898年2⽉17⽇玛丽亚·斯克沃多夫斯卡·居里（Maria Skłodowska-Curie）和皮埃尔·居里（Pierre Curie）的实验笔记，他们使⽤石英晶体压电秤研究了铀射线，发现铀化合物的放射性程度只与铀的含量成正⽐，与化合物的组成无关。居里夫人并不满足于这一结论，她根据门捷列夫的元素周期表排列的元素逐⼀进⾏测定，很快发现钍元素的化合物也能发出射线。居⾥夫妇研究了各种天然矿物，他们出乎意料地发现，在从奥地利波希⽶亚的约希姆斯塔⽿铀矿运来的沥青铀矿中，存在着⽐铀的电离作用⼤得多的放射性物质。居里夫人由此推断，在沥青矿中必定有含量极微⽽放射性更强的新元素。
1898年7⽉，居⾥夫妇⽤光谱分析⽅法发现了⼀种放射性元素，命名为“钋”（Polonium，化学符号为Po，以波兰命名）；同年12月，他们又⽤同样的⽅法找到了另⼀种放射性元素，命名为“镭”（Radium，化学符号为Ra，以拉丁语“radius”命名，意为射线）。1898年居⾥夫⼈提出“radioactive”这⼀专有名词，从此揭开了核医学的神秘⾯纱。居⾥夫⼈经过45个⽉的艰苦努⼒，炼制了30多吨的铀沥青矿渣，1902年提炼出了0.1g微量氯化镭；1907年提炼出了纯氯化镭，测得镭的原子量为226，镭的存在得到公认；1910年提炼出了纯镭元素，并测定出它的各种理化性质。
因为他们在放射性上的研究，居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年的诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人又因为成功分离了镭元素而获得诺贝尔化学奖。居里夫人是历史上第一位获得诺贝尔奖的女性，也是唯一一位同时获得两个不同科学领域诺贝尔奖的人。在那个时代，居里夫人所遭受的性别偏见也让这些荣誉显得更来之不易。居里夫妇在工作中接受了大剂量的辐射，居里夫人自1899年至1902年在实验室中使用的笔记本目前仍具有放射性，并将持续1500年。诺贝尔奖官网称她为“现代科学界的偶像”。居里夫妇的研究不仅奠定了放射性物质的基础知识，也为后来的核物理学和医学研究奠定了基础。
核医学的建立——示踪原理
乔治·查尔斯·德·赫维西（George Charles de Hevesy）是一位匈牙利裔犹太裔物理化学家。1911年，赫维西在英国曼彻斯特研究学习，接受了从⾮放射性铅混合物中分离放射性铅（210Pb）的研究任务。经过两年的尝试，赫维西始终没有成功。他得出结论，从稳定的铅中分离210Pb是不可能的，但实验过程显示测量210Pb放射性的物理⽅法具有很⾼的灵敏度，可以使混合物中微量的210Pb成为一种极好的放射性示踪剂，在定性和定量过程中“代表”⾮放射性铅原子。示踪原理的雏形由此诞生。
基础核医学之父——乔治·查尔斯·德·赫维西
1913年初赫维西去维也纳镭研究所时，发现另⼀名博⼠弗⾥德⾥希·阿道夫·帕内斯（Friedrich Adolf Paneth）也在⾯对同⼀个难题。他们联合发表了关于210Pb与⾮放射性铅的化学不可分离性的发现。他们还共同发表了使⽤210Pb作为放射性示踪剂定量分析硫化铅和氯化铅的微溶解度的⽂章。赫维西关于“示踪原理”的发现于1923年发表，引起了人们极⼤的兴趣，尤其是在医学界。
赫维西与丹麦⽪肤科医⽣Lomholt和化学家Christiansen合作，寻找⼀种除210Pb外⽣物相容性好的替代品。Lomholt⼀直在研究⽤铋来治疗梅毒，但当时还不清楚铋治疗这种疾病的作用⽅式以及它是如何被⼈体吸收的。1924年，赫维西和Christiansen⾸次在活体动物⾝上应⽤放射性示踪剂追踪了⼀只兔⼦在肌⾁注射抗梅毒药物后的210Bi循环。1925年，美国波⼠顿内科医师赫尔曼·布卢姆加特（Hermann Blumgart）应用放射性氡计算了放射性物质从注射部位通过⼼脏和肺部到达另⼀只⼿臂所需的时间，开创了人体内示踪研究的先河，被誉为“临床核医学之父”。
在接下来的⼏⼗年⾥，随着越来越多的放射性核素被发现，示踪原理变得更加完善，从⽽建立了核医学学科。赫维西被后人尊称为“基础核医学之父”，并于1943年获得诺贝尔化学奖。他首先提出“示踪原理”的概念，为化学、生物学和医学研究提供了重要工具。
临床核医学之父——赫尔曼·布卢姆加特
改变人类科学进程——回旋加速器的发明
1919年，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）⽤天然α粒⼦从氮原⼦核中打出质⼦，标志着⼈类第⼀次实现了改变化学元素的⼈⼯核反应。1927年，卢瑟福提出⽤加速器提供⾜够的能量以实现原⼦核裂变的可能性。在卢瑟福的建议下，约翰·考克饶夫（Sir John Douglas Cockcroft）和欧内斯特·⽡尔顿（Ernest Thomas Sinton Walton）建造电压倍加器，实现了线性带电粒⼦加速。他们也因此获得了1951年的诺贝尔物理学奖，以表彰他们⽤⼈⼯加速原⼦性粒⼦的⽅法使原⼦核蜕变的先驱性⼯作。
欧内斯特·奥兰多·劳伦斯（Ernest Orlando Lawrence）是一位美国物理学家，早期工作主要集中在核物理学领域。1928年⼯程师R·维德罗（Rolf Widerøe）发表《关于产⽣⾼电压的新原理》，这篇文章解答了劳伦斯⼀直在寻找的加速正离⼦的技术问题。1930年春，劳伦斯的研究⽣爱德勒夫森做了两个结构简陋的回旋加速器模型，真空室的直径只有4英⼨，其中⼀个还真的显示了能⼯作的迹象。劳伦斯的另⼀名研究⽣利⽂斯顿⽤黄铜和封蜡作真空室，直径也只有4.5英⼨，但这个“⼩玩意⼉”已经具有正式回旋加速器的⼀切主要特征。1931年1⽉2⽇，在这个微型回旋加速器上加不到1kV的电压，可使质⼦加速到80keV。这次实验标志着回旋加速器的成功。
1. 欧内斯特·奥兰多·劳伦斯 2. 4英寸回旋加速器 3. 27英寸回旋加速器 4. 37英寸回旋加速器 5. 60英寸回旋加速器
诊疗一体化的起源——放射性碘治疗甲亢
1936年11⽉，在哈佛医学院举⾏的午餐会上，⿇省理⼯学院院长卡尔·泰勒·康普顿（Karl Taylor Compton）教授应邀作了题为“物理学可以为⽣物学和医学做些什么？”的演讲。参加午餐会的索尔·赫兹（Saul Hertz）问了⼀个⾮常关键的问题：“碘可以⼈⼯产⽣放射性吗？”康普顿对此表示不确定，他查阅文献后回信给赫兹，表示人工方法使碘具有放射性是可行的。这个问题改变了甲状腺疾病的治疗。
赫兹和麻省理工学院的物理学家亚瑟·罗伯茨（Arthur Roberts）合作，使用中子源生产了少量放射性碘（128I，半衰期25分钟），在兔⼦体内实验证实放射性碘富集在甲状腺。在这个阶段，赫兹就已经假设放射性碘可以⽤于治疗甲状腺癌。虽然少量的128I对于碘的⽣物分布研究是令⼈满意的，但是赫兹和罗伯茨意识到，放射性碘治疗需要⼤量的、长半衰期的碘。后来，麻省理工学院购买和安装了一个42英⼨的回旋加速器，可以生产130I（90%）和131I（10%）的混合物。1941年3月31日，赫兹⾸次使用放射性碘治疗一名甲状腺功能亢进症患者。1946年赫兹和罗伯茨发表了成功使⽤放射性碘治疗甲亢的文章。为了纪念赫兹的工作，每年的3月31日被定为World Theranostics Day。赫兹的工作不仅宣告了分子治疗的诞生，还为诊疗一体化的发展奠定了基础。如今，诊疗一体化已经扩展到包括神经内分泌肿瘤、前列腺癌在内的多种疾病，为无数患者带来新的希望。
1. 索尔·赫兹 2. 康普顿和赫兹的往来信件 3. 罗伯茨(左)和赫兹(右)在兔子体内进行放射性碘的生物分布研究 4. 赫兹医生实验室笔记本的复印件，展示了29名患者的治疗情况 5. World Theranostics Day
——核医学显像设备的发展
1950年，本尼迪克特·卡森（Benedict Cassen）发明第⼀个将成像引⼊核医学的设备——直线扫描仪。扫描仪通过在被成像物体上横向移动，逐行构建图像，在预定义位置检测和分析发射辐射的强度，从⽽获得数据。1950年起哈尔·安格尔（Hal Anger）发明了⼀系列核医学成像设备和同位素定量测量仪器。1956年，安格尔成功研制第⼀台γ照相机，比CT的诞⽣还要早⼗多年，是医学影像设备中当之⽆愧的“贵族”。γ照相机为核医学影像诊断开辟了全新的视角，实现了从静态显像到动态显像的跨越。1962年，David Kuhl和Roy Edwards开发了一台核医学断层成像设备，并提出了纵向和跨轴断层成像的概念。这台机器是现代SPECT和PET系统的前身，证明了断层成像在核医学中的作用。
哈尔·安格尔的核医学发明
1. 本尼迪克特·卡森(右)和哈尔·安格尔(左) 2. 直线扫描仪 3. 哈尔·安格尔和γ照相机 4. David Kuhl
放射性药物的足迹——核医学影像诊断
1963年，Henry Wagner首次应用131I标记的聚合白蛋白实现了健康志愿者肺组织及肺栓塞患者的肺灌注显像。1970年，W. Eckelman和P. Richards研发了第一个99mTc标记的“即时标记药盒”，当时标记的药物是99mTc-DTPA，这个显像剂至今仍在临床中广泛使用。1971年，Gopal Subramanian和John McAfee发明了99mTc标记的磷酸盐显像剂⽤于骨显像，这种显像⽅法⽬前在临床中仍⼴泛应⽤。1973年，H. William Strauss成功地采集到一位健康志愿者的运动负荷心肌灌注和静息心肌灌注显像的二维图像，当时使用的显像剂是43K。
1976年8月，宾夕法尼亚大学应用Mark IV扫描仪成功地获得了历史上第一幅18F-FDG PET人体脑部断层图像，同年宾夕法尼亚大学应用Ohio Nuclear rectilinear双探头扫描仪获得了第一幅18F-FDG PET人体全身图像。随着核医学设备的发展、放射性核素的临床应用，以及计算机广泛应用于核医学领域，核医学逐渐进入现代化阶段。
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勇于开拓
中国核医学的发展
1980年5⽉，中华医学会核医学分会第⼀届委员会成⽴
(左) 1981年第1卷第1期《中华核医学杂志》；(右) 最新一期《中华核医学与分⼦影像杂志》封面
不只是核医学，事实上，所有科学都是在不断传承与发展的过程中进步和壮大的。我们敬佩和感动于先辈们开创性的智慧和勇气，也激发起我们在当下的环境中继续开拓、善于思索、敢于创新的斗志。知道了核医学从哪里来，方知我们该往哪里去。最后，通过下面的短片再次回顾核医学发展历程中的那些闪闪发光的时刻。
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