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(invivo), практически не влияя на ход самих процессов, или определяют содержание чрезвычайно малых количеств веществ в образцах биологических сред(invitro). 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 NaилиTlразличных 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. 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.Радиоактивныепревращениямногих нуклидов, кроме выше перечисленных, сопровождаются испусканием квантов (фотонов) электромагнитного излучения высокой энергии – так называемогоквантового излучения.Если кванты испускаются ядрами атомов, то говорят о- излучении, а сами кванты называются¡- квантами, в отличие от рентгеновского (характеристического или тормозного) излучения, имеющего другое происхождение.

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

Таблица N1.

Вид, природа Излучения	Скорость	Энергия	Заряд	Длина пробега воздух |ткани		Плотность ионизации в тканях
α – ядра гелия	15-20 тыс. км/сек	До 9 МЭВ	+	3-7 см	50 мк	3-4 тыс. пар ионов на 1 мк
β- поток электронов, позитронов	87-298 тыс. км/сек	До 3 МЭВ	_ +	До 20 мм	До 10 Мм	50-70 пар ионов на 1 мк
 - кванты	300 тыс. км/сек	До 3 МЭВ	0	До 0,6 км	До 30 См	3 тыс. пар ионов на всём пути

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 радиационный 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 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: ¹³¹₅₃I и¹²⁵ ₅₃I,⁹⁰ ₃₈Srи⁸⁷ ₃₈Sr). 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: ⁹⁰Sr– 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,⁸⁷Sr– 2,8 часа.

ультракороткоживущие – 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 необходимо 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 99^m состоит из свинцового защитного контейнера цилиндрической формы, в верхней части которого расположены два углубления с иглами для элюирования. Внутри контейнера помещена ампула с материнским нуклидом⁹⁹Мо период полураспада, которого равен 66,7 часа. Распад молибдена в 86% случаев приводит к образованию ядер⁹⁹Тс 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 вакуумированный.

Радиофармпрепараты (РФП).

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

Требования, предъявляемые к РФП:

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

а) Специфическая и направленная тропность. Например: ¹³¹Iобладает 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.

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

в) Тропность без выраженной избирательности – ²⁴ ₁₁Naиспользуется 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.