Радионуклидное исследование

История открытия радионуклидная диагностика

Удручающе длинной казалась дистанция между физическими лабораториями, где ученые регистрировали треки ядерных частиц, и будничной клинической практикой. Сама мысль о возможности использования ядерно-физических феноменов для обследования больных могла показаться если не сумасбродной, то сказочной. Однако именно такая идея родилась в опытах венгерского ученого Д.Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 г. Э.Резерфорд показал ему груду хлорида свинца, валявшуюся в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, займитесь этой кучей. Постарайтесь из соли свинца выделить радий D».

После множества опытов, проведенных Д.Хевеши совместно с австрийским химиком А.Панетом, стало ясно, что химическим способом разделить свинец и радий D невозможно, так как это не отдельные элементы, а изотопы одного элемента - свинца. Они различаются только тем, что один из них радиоактивный. Распадаясь, он испускает ионизируюшее излучение. Значит, радиоактивный изотоп - радионуклид - можно применять как метку при изучении поведения его нерадиоактивного близнеца.

Перед врачами открылись заманчивые перспективы: вводя в организм больного радионуклиды, наблюдать за их местонахождением с помощью радиометрических приборов. За сравнительно короткий срок радионуклидная диагностика превратилась в самостоятельную медицинскую дисциплину. За рубежом радионуклидную диагностику в сочетании с лечебным применением радионуклидов называют ядерной медициной.

Радионуклидный метод - это способ исследования функционального и морфологического состояния органов и систем с помощью радионуклидов и меченных ими индикаторов. Эти индикаторы - их называют радиофармацевтическими препаратами (РФП) - вводят в организм больного, а затем с помощью различных приборов определяют скорость и характер перемещения, фиксации и выведения их из органов и тканей.

Кроме того, для радиометрии могут быть использованы кусочки тканей, кровь и выделения больного. Несмотря на введение ничтожно малых количеств индикатора (сотые и тысячные доли микрограмма) не оказывающих влияния на нормальное течение жизненных процессов, метод обладает исключительно высокой чувствительностью.

Радиофармацевтическим препаратом называют разрешенное для введения человеку с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид. Радионуютд должен обладать спектром излучения определенной энергии, обусловливать минимальную лучевую нагрузку и отражать состояние исследуемого органа.

В связи с этим радиофармацевтический препарат выбирают с учетом его фармакодинамических (поведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамику радиофармацевтического препарата определяет то химическое соединение, на основе которого он синтезирован. Возможности же регистрации РФП зависят от типа распада радионуклида, которым он помечен.

Выбирая радиофармацевтический препарат для исследования, врач должен прежде всего учесть его физиологическую направленность и фармакодинамику. Рассмотрим это на примере введения РФП в кровь. После инъекции в вену радиофармацевтический препарат первоначально равномерно распределяется в крови и транспортируется по всем органам и тканям. Если врача интересуют гемодинамика и кровенаполнение органов, то он выберет индикатор, который длительное время циркулирует в кровеносном русле, не выходя за пределы стенок сосудов в окружающие ткани (например, альбумин человеческой сыворотки). При исследовании печени врач предпочтет химическое соединение, которое избирательно улавливается этим органом. Некоторые вещества захватываются из крови почками и выделяются с мочой, поэтому они служат для исследования почек и мочевых путей. Отдельные радиофармацевтические препараты тропны к костной ткани, в связи с чем они незаменимы при исследовании костно-суставного аппарата. Изучая сроки транспортировки и характер распределения и выведения радиофармацевтического препарата из организма, врач судит о функциональном состоянии и структурно-топографических особенностях этих органов.

Однако недостаточно учитывать лишь фармакодинамику радиофармацевтического препарата. Нужно обязательно принимать во внимание ядерно-физические свойства входящего в его состав радионуклида. Прежде всего он должен иметь определенный спектр излучения. Для получения изображения органов применяют только радионуклиды, испускающие γ-лучи или характеристическое рентгеновское излучение, так как эти излучения можно регистрировать при наружной детекции. Чем больше γ-квантов или рентгеновских квантов образуется при радиоактивном распаде, тем эффективнее данный радиофармацевтический препарат в диагностическом отношении. В то же время радионуклид должен испускать по возможности меньше корпускулярного излучения - электронов, которые поглощаются в теле пациента и не участвуют в получении изображения органов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядерным превращением по типу изомерного перехода.

Радионуклиды, период полураспада которых - несколько десятков дней, принято считать долгоживущими, несколько дней - среднеживущими, несколько часов - короткоживущими, несколько минут - ультракороткоживущими. По понятным соображениям стремятся использовать короткоживущие радионуклиды. Применение среднеживуших и тем более долгоживущих радионуклидов связано с повышенной лучевой нагрузкой, использование ультракороткоживуших радионуклидов затруднено по техническим причинам.

Существует несколько способов получения радионуклидов. Часть из них образуется в реакторах, часть - в ускорителях. Однако наиболее распространенным способом получения радионуклидов является генераторный, т.е. изготовление радионуклидов непосредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генераторов.

Очень важный параметр радионуклида - энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, следовательно, не попадают на детектор радиометрического прибора. Кванты же очень высоких энергий частично пролетают детектор насквозь, поэтому эффективность их регистрации также невысока. Оптимальным диапазоном энергии квантов в радионуклидной диагностике считают 70-200 кэВ.

Важным требованием к радиофармацевтическому препарату является минимальная лучевая нагрузка при его введении. Известно, что активность примененного радионуклида уменьшается вследствие действия двух факторов: распада его атомов, т.е. физического процесса, и выведения его из организма - биологического процесса. Время распада половины атомов радионуклида называют физическим периодом полувыведения Т 1/2. Время, за которое активность препарата, введенного в организм, снижается наполовину за счет его выведения, именуют периодом биологического полувыведении. Время, в течение которого активность введенного в организм РФП уменьшается наполовину вследствие физического распада и выведения, называют эффективным периодом полувыведения (Теф)

Для радионуклидных диагностических исследований стремятся выбрать радиофармацевтический препарат с наименее продолжительным T 1/2. Это и понятно ведь от данного параметра зависит лучевая нагрузка на больного. Однако очень короткий физический период полураспада также неудобен: нужно успеть доставить РФП в лабораторию и провести исследование. Общее же правило таково: Тдар препарата должен приближаться к продолжительности диагностической процедуры.

Как уже отмечалось, в настоящее время в лабораториях чаще используют генераторный способ получения радионуклидов, причем в 90-95 % случаев - это радионуклид ^99mТс, которым метят подавляющее большинство радиофармацевтических препаратов. Кроме радиоактивного технеция, иногда применяют ¹³³Хе, ⁶⁷Ga, очень редко - другие радионуклиды.

РФП, наиболее часто используемые в клинической практике.

Для выполнения радионуклидных исследований разработаны разнообразные диагностические приборы. Независимо от их конкретного назначения все эти приборы устроены по единому принципу: в них есть детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы, блок электронной обработки и блок представления данных. Многие радиодиагностические приборы оснащены компьютерами и микропроцессорами.

В качестве детектора обычно используют сцинтилляторы или, реже, газовые счетчики. Сцинтиллятор - это вещество, в котором под действием быстро заряженных частиц или фотонов возникают световые вспышки - сцинтилляции. Эти сцинтилляции улавливаются фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), которые превращают световые вспышки в электрические сигналы. Сцинтилляцион-ный кристалл и ФЭУ помещают в защитный металлический кожух - коллиматор, ограничивающий «поле видения» кристалла размерами органа или изучаемой части тела пациента.

Обычно у радиодиагностического прибора имеется несколько сменных коллиматоров, которые подбирает врач в зависимости от задач исследования. В коллиматоре имеется одно большое или несколько мелких отверстий, через которые радиоактивное излучение проникает в детектор. В принципе, чем больше отверстие в коллиматоре, тем выше чувствительность детектора, т.е. его способность регистрировать ионизирующее излучение, но одновременно ниже его разрешающая способность, т.е. свойство раздельно различать мелкие источники излучения. В современных коллиматорах имеется несколько десятков мелких отверстий, положение которых выбрано с учетом оптимального «видения» объекта исследования! В приборах, предназначенных для определения радиоактивности биологических проб, применяют сцинтилляционные детекторы в виде так называемых колодезных счетчиков. Внутри кристалла имеется цилиндрический канал, в который помещают пробирку с исследуемым материалом. Такое устройство детектора значительно повышает его способность улавливать слабые излучения биологических проб. Для измерения радиоактивности биологических жидкостей, содержащих радионуклиды с мягким β-излучением, применяют жидкие сцинтилляторы.

Все радионуклидные диагностические исследования делят на две большие группы: исследования, при которых РФП вводят в организм пациента, - исследования in vivo, и исследования крови, кусочков ткани и выделений больного - исследования in vitro.

При выполнении любого исследования in vivo требуется психологическая подготовка пациента. Ему необходимо разъяснить цель процедуры, ее значение для диагностики, порядок проведения. Особенно важно подчеркнуть безопасность исследования. В специальной подготовке как правило, нет необходимости. Следует лишь предупредить пациента о его поведении во время исследования. При исследованиях in vivo применяют различные способы введения РФП в зависимости от задач процедуры В большинстве методик предусматривается проведение инъекции РФП преимущественно в вену, гораздо реже в артерию, паренхиму органа, другие ткани. РФП применяют также перорально и путем вдыхания (ингаляция).

Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, его проводят после других клинических, лабораторных и неинвазивных лучевых процедур, когда становится ясна необходимость радионуклидных данных о функции и морфологии того иди иного органа.

Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, имеются лишь ограничения, предусмотренные инструкциями Министерства здравоохранения.

Среди радионуклидных методов различают: методы радионуклидной визуализации, радиографию, клиническую и лабораторную радиометрию.

Термин «визуализация» образован от английского слова vision (зрение). Им обозначают получение изображения, в данном случае с помощью радиоактивных нуклидов. Радионуклидная визуализация - это создание картины пространственного распределения РФП в органах и тканях при введении его в организм пациента. Основным методом радионуклидной визуализации является гаммасцинтиграфия (или просто сцинтиграфия), которую проводят на аппарате, называемом гамма-камерой. Вариантом сцинтиграфии, выполняемой на специальной гамма-камере (с подвижным детектором), является послойная радионуклидная визуализация - однофотонная эмиссионная томография. Редко, главным образом из-за технической сложности получения ультракороткоживущих позитронизлучающих радионуклидов, проводят двухфотонную эмиссионную томографию также на специальной гамма-камере. Иногда применяют уже устаревший метод радионуклидной визуализации - сканирование; его выполняют на аппарате, называемом сканером.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7],