4 курс / Лучевая диагностика / Учебно_методическое_пособие_по_радионуклидной_диагностике_и_лучевой

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Смоленская Государственная Медицинская Академия

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПО РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКЕ

И ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

СМОЛЕНСК

2007

1

УДК 615.849 (071)

Л.С. Мелехова, В.М. Фетисов, М.Г. Ильин, А.А. Косова Учебно-методическое пособие по радионуклидной диагностике и лучевой терапии. Под редакцией В.М. Фетисова – Смоленск, издание СГМА, 2007 г., 62 с.

Методическое пособие предназначено для студентов лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов и содержит краткое изложение основных положений радионулидной диагностики и лучевой терапии с современных позиций.

Данное пособие поможет студентам лучше усвоить учебный материал. Каждый раздел содержит тему, цель, место, оснащение и план проведения занятия. В конце темы даны контрольные вопросы и литература, приводятся тестовые задания.

Рецензент – профессор В.С. Забросаев

Пособие рекомендовано к изданию Центральной методической комиссией Смоленской государственной медицинской академии.

Смоленская государственная медицинская академия, 2007 г.

2

Оглавление

Структура и организация работы радионуклидной лаборатории. Радионуклидное исследование щитовидной железы________________________________________стр.4

Радиоренография. Гамма-камерная визуализация органов и систем____________стр.11 Виды ионизирующего излучения. Радиобиологические основы лучевой терапии.

Методы лучевой терапии_______________________________________________ стр.19 Лучевые реакции и повреждения________________________________________ стр.27

Лучевая терапия неопухолевых заболеваний______________________________ стр.30 Лучевая терапия некоторых нозологических форм ЗНО_____________________ стр.31

Тестовый контроль по лучевой терапии__________________________________ стр. 37

Тестовый контроль по радионуклидной диагностике_______________________ стр. 53

3

РАДИОНУКЛИДНАЯ ДИАГНОСТИКА

Тема:

«Физика ионизирующих излучений, используемых в радиодиагностике. Структура и организация работы радионуклидной лаборатории. Радионуклидное исследование поверхностно

расположенных новообразований и щитовидной железы».

Цель занятия:

а) повторить со студентами основы радиоактивности, ее виды, свойства альфа-, бета- и гамма-лучей;

б) познакомить со структурой радионуклидной лаборатории, используемой в ней радиодиагностической аппаратурой, средствами защиты персонала в блоке открытых источников;

в) ознакомить студентов с методами радионуклидного исследования щитовидной железы, бета-фосфорной диагностикой, показаниями и противопоказаниями и диагностическими возможностями используемых методик;

г) научить студентов интерпретации данных радиофункуционального и топоморфологического исследования щитовидной железы, поверхностно расположенных новообразований.

Место занятия: учебная комната, кабинеты радионуклидной лаборатории. Оснащение: оборудование радиодиагностических кабинетов, таблицы,

сканограммы, сцинтиграмммы щитовидной железы.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

1.В учебной комнате практическое занятие начинается с опроса студентов с целью выяснения их теоретической подготовки.

2.Под руководством преподавателя студенты знакомятся с техническим оснащением радионуклидной лаборатории и организацией ее работы, со структурными подразделениями блока открытых источников, с защитой персонала при работе с РФП.

3.В учебной комнате преподаватель знакомит студентов с методикой чтения данных радиометрии и сканирования щитовидной железы, исследованиями in vitro и контактной бета-фосфорной диагностикой, а далее студенты самостоятельно расшифровывают эти данные у здоровых лиц и больных с узловыми поражениями щитовидной железы и другой патологии. В конце занятий проводится текущий контроль знаний студентов на I – II уровне усвоения.

МАТЕРИАЛ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ

Методы ядерно-медицинских исследований основаны на использовании явлений, происходящих в глубинах атомов, т.е. в атомных ядрах. По радиоактивному излучению с помощью приборов удается обнаруживать ничтожно малые количества радиоактивных веществ. Таким образом, применяя в качестве индикаторов соответствующие химические соединения, содержащие радиоактивные атомы, изучают процессы, происходящие в живом организме(in vivo), практически не влияя на ход самих процессов, или определяют содержание чрезвычайно малых количеств веществ в образцах биологических сред(in

4

vitro). Разумеется, что в рамках представленной учебной программы нельзя подробно изложить все основные положения радионуклидной диагностики. Наша задача состоит в том, чтобы в краткой, но по возможности систематизированной форме обсудить лишь те понятия этой науки, которые необходимы в практической врачебной деятельности.

Радионуклидная диагностика, как один из видов лучевой диагностики, основана на принципе контактной и дистанционной сцинтилляционной радиометрии. Из этого следует, что вся аппаратура, применяемая в радионуклидной диагностике, в отличие от других методов лучевой диагностики (рентгеновского, УЗИ, ЯМР), использующих различные виды излучений, фиксирует и обрабатывает излучение, исходящее от органов и тканей исследуемого пациента.

Следующим принципом радионуклидной диагностики является применение РФП (радиофармпрепаратов), отличительная черта которых – способность накапливаться и распределяться в исследуемом органе в зависимости от наличия функционирующей ткани.

Аппаратура, которая используется в радионуклидной диагностике, воспринимает излучение, исходящие от пациента, и состоит, независимо от сложности, из следующих основных блоков:

1.Коллиматор – свинцовые пластины разнообразной формы и величины служащие, как для ограничения площади восприятия излучения, так и для визуализации исследуемого органа;

2.Сцинтиляционный кристалл – монокристалл Na или Tl различных размеров, обычно круглой или прямоугольной формы, в котором при прохождении гамма-квантов возникает свечение, точечные вспышки – сцинтилляции. Изображения, полученные в результате этого эффекта, получили название сцинтиграмм.

3.ФЭУ – фотоэлектронный умножитель, который усиливает и преобразует световую информацию в электронные импульсы;

4.Блок математической обработки получаемой информации представлен различными видами компьютеров в зависимости от объема и сложности исследования;

5.Регистрирующий блок – самописцы, печатающие устройства, мониторы с выдачей информации в виде цифр, графиков, сканограмм, сцинтиграмм.

Приступая к изучению некоторых вопросов радионуклидной диагностики, необходимо иметь представление об основах ядерной физики.

Атомы химических элементов имеют сложную структуру. Они состоят из более простых частиц: электронов, протонов, нейтронов, фотонов (кванты электромагнитного излучения), нейтрино, антинейтрино и др. Согласно модели Резерфорда-Бора, электроны, входящие в состав атома, находятся вне ядра и двигаются вокруг него, так как связаны силами электростатического притяжения их отрицательных зарядов к положительно заряженному ядру. Всего на Земле существует около 330 различных нуклидов. Большинство представляют стабильные изотопы. Среди естественных нуклидов имеются нестабильные.

Радиоактивность – это способность некоторых ядер химических элементов превращаться (распадаться) в ядра других химических элементов с испусканием ионизирующего излучения. Такое самопроизвольное превращение называют радиоактивным, а нуклиды, обладающие этим свойством – радионуклидами.

Ионизирующее излучение подразделяется на два типа: корпускулярное и квантовое. К корпускулярному виду радиоактивных превращений относятся: α - распад, β¯ - распад, β+ - распад, e - захват. При α - распаде радиоактивное ядро излучает ядро атома гелия. β¯ - распад, или электронный распад, происходит в результате превращения внутри ядра одного из нейтронов в протон и антинейтрино. Антинейтрино почти не взаимодействует с веществом, поэтому при β¯ - распаде непосредственно обнаруживается лишь быстрый электрон – так называемая β¯ - частица. При β+ - распаде, или позитронном распаде, один из протонов атомного ядра превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино.

5

Нейтрон, так же как и при β¯ - распаде, остается внутри ядра, а позитрон и нейтрино покидают его. Позитрон - это элементарная частица, по свойствам подобная электрону, но отличающаяся от него знаком электрического заряда: позитрон заряжен положительно.

e – захват в известном смысле - это процесс, противоположный β¯ - распаду. При e – захвате атомное ядро захватывает один из электронов с внутренних оболочек атома и испускает нейтрино. В результате захвата электрона один из протонов ядра превращается в нейтрон. Через весьма короткий промежуток времени на место захваченного ядром электрона переходит один из электронов, находящихся на более удаленной оболочке. Этот процесс сопровождается испусканием квантов характеристического рентгеновского излучения.

Гамма-излучение. Радиоактивные превращения многих нуклидов, кроме выше перечисленных, сопровождаются испусканием квантов (фотонов) электромагнитного излучения высокой энергии – так называемого квантового излучения. Если кванты испускаются ядрами атомов, то говорят о ϒ- излучении, а сами кванты называются ϒ- квантами, в отличие от рентгеновского (характеристического или тормозного) излучения, имеющего другое происхождение.

Наиболее краткая характеристика видов распада (излучений) представлена в следующей таблице.

Таблица N1.

Существует два вида радиоактивности – естественная и искусственная. К естественной радиоактивности относится радиоактивность, обусловленная способностью природных элементов (естественных радиоактивных семейств) – урана, радия, тория, радона, актиния, америция и др., а так же солнечной и космической радиации. Все выше перечисленное и составляет так называемый, естественный гамма - фон, который в норме не должен превышать 30 мкр/час. Очевидно, что уровень естественного гамма - фона тесно связан с местными условиями окружающей среды, т.е., в регионах с наличием ископаемых урана, высокогорных районах (снижение озонового слоя), промышленных зонах, использующих в своем производстве переработку и производство радиоактивных материалов радиоацонный гамма фон приближается к максимально допустимому. Что касается местных условий, показатели естественного гамма - фона, как правило, не превышают 12-15 мкр/час. Действие естественного радиоактивного гамма - фона на организм человека положительное, поскольку он вызывает ионизацию, необходимую для нормального развития организма.

Открытие искусственной радиоактивности (1934 г.) связано с именами супругов Жолио-Кюри и получением ими искусственных радиоизотопов (с 1975 г. – новое название

– радионуклиды). Рассмотрим этот вид радиоактивности с практической точки зрения для радионуклидной диагностики. В естественных условиях наличие радионуклидов, необходимых для проведения исследований весьма ограничено, и для того чтобы получить их в достаточном количестве, необходимо прибегнуть к искусственному их получению, которое происходит путем бомбардировки атомов стабильных элементов, например нейтронами, быстрыми заряженными частицами, фотонами высоких энергий и

6

получением при этом не только устойчивых – стабильных, но и неустойчивых (радиоактивных) веществ.

Продуктами таких превращений атомных ядер – ядерных реакций – в большинстве случаев являются радиоактивные нуклиды, которые или совсем не встречаются, или содержатся на Земле в исчезающее малых концентрациях.

Р а д и о н у к л и д ы - это атомы одного и того же химического элемента, имеющие один порядковый номер, но отличающиеся атомной массой. ( Например: 13153 I и 125 53I, 90 38Sr и 87 53Sr). Естественное состояние радионуклидов - это распад. Закон радиоактивного распада – в единицу времени распадается определенное количество ядер атомов данного химического элемента, независимо от первоначальной массы. Время, за которое распадается половина ядер атомов, называется физическим периодом полураспада (Т – физическое). Следовательно, за два периода полураспада распадается 75% ядер атомов. Теоретически распад продолжается бесконечно. В практике учитывают 10 периодов полураспада. По времени полураспада обычно выделяют следующие группы радионуклидов:

долгоживущие – с периодом полураспада свыше года. Например: 90Cr – 28 лет,

137Сs – 30 лет;

среднеживущие – с периодом полураспада свыше суток. Например: 131I - 8 суток,

125I – 60 суток;

короткоживущие – с периодом полураспада, измеряемым в часах. Например:99mTc

– период полураспада 6 часов, 24Na – 15 часов, 87Сr – 2,8 часа.

ультрокороткоживущие – с периодом полураспада, измеряемым в минутах: 11С –

20,3 мин., 15О – 2 мин., 13N – 10 мин.

Время, за которое активность препарата, введенного в организм, уменьшается вдвое в результате выведения, называют периодом биологического полувыведения (Т биологическое).

Время, в течение которого активность введенного препарата уменьшается за счет обоих процессов, называют активным периодом полувыведения – Т эффективное ( Т- эф.).

В практике применяют радионуклиды с коротким периодом Тэфф. Помимо этого, для уменьшения лучевой нагрузки небходимо учитывать «чистоту» излучения, т.к. основным информационным излучением является гамма-излучение. Например, 125I, 99mTc

– являются «чистыми» – 100% гамма-излучателями, 131I - только10% . Существует прямая зависимость энергии (измеряется кило-электрон-вольтах КЭВ) и способности ионизации тканей, о чем надо знать при выборе соответствующего радионуклида: 99mTc – 141 КЭВ,

131I – 364 КЭВ, 125I – 27 КЭВ, 198Au – 412 КЭВ и т.д.

Радионуклиды поставляются в лабораторию в виде готовых к применению РФП относящихся к среднеживущим, например натрия о-йодгиппурат 131 I, применяемый при исследовании функции почек. Короткоживущие радионуклиды поставляются в виде генераторов. Так генератор технеция 99m состоит из свинцового защитного контейнера цилиндрической формы, в верхней части которого расположены два углубления с иглами для элюирования. Внутри контейнера помещена ампула с материнским нуклидом 99Мо период полураспада, которого равен 66,7 часа. Распад молибдена в 86% случаев приводит к образованию ядер 99Тс в возбужденном метастабильном состоянии, т.е. к изомеру 99mТс. Непосредственное получение технеция из генератора происходит при применении двух стерильных флаконов, в одном содержится 5 мл физиологического раствора, другой - флакон ваакумированный.

7

Радиофармпрепараты (РФП).

Радиофармпрепараты - это химические соединения, состоящие их двух частей: радиоактиной – метки и нерадиоактивной – носитель. Например: РФП технефит+99mTc. Технефит является носителем, 99mTcметкой.

Требования, предъявляемые к РФП:

1. Органотропность – способность избирательно накапливаться в тканях отдельных органов. Существует несколько видов тропности:

а) Специфическая и направленная тропность. Например: 131I обладает свойствами тиреотропности, РФП – бромезида + 99mТс тропен к гепатоцитам, технефит +99mТс – к клеткам ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) в печени, селезенке, красном костном мозге. Технифор +99mТс - к костной ткани. Пентатех +99mТс – клубочковая фильтрация в почках. Натрия о-йодгиппурат 131I – канальцевая секреция.

б) Патологическая или туморотропность – 75 34Se-метионин – тропен к опухолевым клеткам поджелудочной железы.

в) Тропность без выраженной избирательности – 24 11Na используется для исследования кровотока и лимфообращения.

г) Косвенная тропность – временная концентрация РФП в органе на пути его прохождения и выведения из организма (временная локализация РФП при исследовании костной системы в почках и мочевом пузыре).

2.Прочность соединения носителя и метки.

3.РФП должны давать минимальную лучевую нагрузку, т.е. иметь наиболее короткое Т- эфф.

Следует подчеркнуть, что интенсивность накопления препарата в функционирующей ткани исследуемого органа или системы прямо пропорциональна объему и ее состоянию. Например, при УЗИ почек выявлены выраженные структурные изменения одной из почек. При радионуклидном исследовании, в случае отсутствия функционирующей ткани, визуализация данной почки невозможна. И, наоборот, при атипичном расположении исследуемого органа, радионуклидная диагностика позволяет определить его расположение при наличии функционирующей ткани (загрудинный зоб, выраженная тазовая дистопия почек и др.), что практически невозможно при других методах исследований.

Организация работы в радионуклидной лаборатории.

Радионуклидная лаборатория – специально оборудованное помещение лечебнопрофилактического учреждения соответствующая нормам радиоактивной безопасности. Проект строительства лаборатории разрабатывается с учетом характера производимых исследований и утверждается органами санитарного и атомнадзора. РФП применяемые с диагностической целью представлены в виде растворов, т.е. они испаряются. Поэтому работа в лаборатории происходит с открытыми источниками излучения. Необходимо помнить, что после введения РФП пациент становится источником радиоактивного излучения. Лаборатория должна быть оснащена знаками радиационной опасности с указанием класса работ. Существуют три класса работ. Класс работ зависит от величины применяемой активности. Так, если после проведения исследования из-за введенной активности пациент представляет опасность для окружающих, такие лаборатории относят к 1 классу. Они должны включать в свой состав санпропускник, отдельные изолированные палаты со специальной системой канализации, не позволяющей радионуклидам загрязнять окружающую среду. В таких палатах пациенты находятся до снижения излучения до нормы. Обычно лаборатории 1 класса организовываются в НИИ и онкологических, кардиологических центрах и др. К блоку открытых источников относятся:

8

-хранилище – предназначенное для хранения РФП и радионуклидов применяемых для диагностических исследований, находящиеся в специальных сейфах. В таких же свинцовых сейфах хранятся использованные шприцы, иглы, флаконы, прошедшие предварительную дезактивацию после проведенных исследований до полного их распада.

Вхранилище, как и других подразделениях радионуклидной лаборатории, применяется защита от радиоактивного излучения экранированием, приточно-вытяжной вентиляцией. Кроме этого при работе персонала важную роль играет защита временем и расстоянием.

-из хранилища радионуклиды при помощи транспортера передаются в фасовочную, где происходит приготовление и расфасовка РФП в зависимости от проводимых в данный момент диагностических исследований. Все флаконы с полученными РФП маркируются, в обязательным указанием на этикетке названия препарата, дозы активности, даты приготовления и срока годности.

-моечная предназначена для предварительной дезактивации посуды и инструментов.

-комната ожидания исследований. В радионуклидной диагностике выделяют два метода регистрации накопления РФП – статический и динамический. При статическом методе информация представляется в виде сцинтиграмм определяющих положение, размеры, форму исследуемого органа, интенсивность накопления и распределения РФП. Для получения таких сцинтиграмм РФП вводится пациенту в процедурной, а затем необходим определенный период времени, чтобы произошло достаточное накопление его в исследуемом органе или системе. Так, например, для сканирования щитовидной железы 15-20 мин., статической сцинтиграфии печени – 30 мин., остеосцинтиграфии – 3 часа. Как уже упоминалось выше, после введения РФП пациент является источником ионизирующего излучения, следовательно, на этот период его необходимо изолировать.

-радиодиагностические кабинеты.

В лабораториях 2 класса работ пациенты после проведения диагностических исследований не представляют опасности для окружающих, следовательно, не имеют санпропускника и палат.

Лаборатории 3 класса работ в своей практике используют радионуклиды, излучение которых близко к фоновым величинам.

После окончания работы в лаборатории проводится ежедневный дозиметрический контроль во всех кабинетах.

СТАНДАРТНЫЕ МЕТОДЫ РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКИ.

Сначала ознакомимся с рутинными методами диагностики, представляющие скорее исторический интерес, но без них будет сложно разобраться в современных методах. Перед изучением данного материала следует напомнить, что постановка диагноза производится врачом-клиницистом на основании разнообразных методов исследований. Радионуклидная диагностика на основании полученных результатов исследований может выявлять сцинтиграфические признаки того или иного функционального поражения исследуемого органа, системы. (Это относится и к другим методам исследования).

Контактная бетта-фосфорная диагностика применяется для дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных новообразований расположенных поверхностно на коже. Для проведения исследования необходим раствор 32Р, являющийся 100% бета-излучателем с длиной пробега в мягких тканях до 8 мм, который дается пациенту per os. Подсчет импульсов проводится на пораженном и здоровом участках кожи контактным способом при помощи обычного радиометра через 24, 48, 72 и 96 часов. В клетках злокачественной меланомы кожи минимальное накопление 32Р более 300% по сравнению со здоровым участком кожи, выведение препарата происходит медленно. Высокий процент накопления препарата в первые сутки и быстрое выведение являются признаками воспалительного процесса. Современным методом использования бета-

9

излучений является использование позитронных эмиссионных томографов – ПЭТ, позволяющий не только получать числовую информацию, но и визуализировать пораженный участок, определять его положение, форму, размеры и т.д.

Исследование функции щитовидной железы при помощи дистанционной радиометрии проводится с применением раствора йодида натрия 131I, который дается пациенту строго натощак per os. Данный метод основан на тиреотропности йода. Радиометрия проводится с помощью импульсной счетной установки на расстоянии 30 см от пациента (см. рис. 1)

Результаты представлены на таблице.

При проведении исследования, чтобы избежать ложных результатов, необходимо учитывать, что щитовидная железа накапливает и простой йод. Так при обработке кожи йодом, приеме с пищей продуктов содержащих йод (морская капуста) происходит так называемая «блокада» щитовидной железы. В таком случае исследование функции щитовидной железы необходимо отложить минимум на один месяц, при условиях, исключающих использование йодсодержащих веществ. Помимо этого, применение лекарственных препаратов, таких как бромсодержащих, антибиотиков, современных гипотензивных и др. зачастую приводит к медикаментозной блокаде щитовидной железы. Данный вид исследования противопоказан пациентам до 16 лет, беременным (беременность является противопоказанием для всех видов радионуклидных исследований), матерям в период лактации. Альтернативным методом является определение содержания гормонов щитовидной железы в плазме крови in vitro.

Сканирование щитовидной железы. Этот метод относится к статической форме регистрации распределения РФП. В настоящее время показанием для сканирования щитовидной железы является, в основном, узловой зоб. Цель исследования – определение функционального состояния пораженного участка, что невозможно при других методах исследования (УЗИ). РФП аналогичен препарату, применяемому для определения функции щитовидной железы. Вводится внуривенно в процедурном кабинете. После экспозиции в течение 15 – 20 мин. производится сканирование. В заключении описывается положение щитовидной железы (в норме между перстневидным хрящом и вырезкой грудины), форма (состоит из двух долей и перешейка), контуры, размеры (площадь 2530 см2), интенсивность накопления и равномерность распределения РФП (в норме определяется равномерный переход цветовой гаммы от серого, кирпичного, светло- и темно-зеленого цвета на периферии до голубого, фиолетового, желтого, красного, малинового в центре, см. рис. № 2). При узловом зобе описывается его локализация, размеры, состояние функционирующей ткани. Возможны два варианта: интенсивное накопление в узле РФП - так называемый «горячий» очаг (см. рис. № 3), чаще являющийся сканографическим признаком токсической аденомы щитовидной железы, или отсутствие накопления – «холодный» очаг (см. рис. № 4), сканографический признак рака щитовидной железы.

10