Радіонуклідне дослідження

Історія відкриття радіонуклідної діагностики

Відстань між фізичними лабораторіями, де вчені фіксували сліди ядерних частинок, та повсякденною клінічною практикою здавалася гнітюче довгою. Сама ідея використання явищ ядерної фізики для обстеження пацієнтів могла здатися якщо не божевільною, то казковою. Однак саме ця ідея народилася в експериментах угорського вченого Д. Хевеші, який згодом отримав Нобелівську премію. Одного осіннього дня 1912 року Е. Резерфорд показав йому купу хлориду свинцю, що лежала в підвалі лабораторії, і сказав: «Ось, подбай про цю купу. Спробуй виділити радій D із солі свинцю».

Після численних експериментів, проведених Д. Хевеші разом з австрійським хіміком А. Панетом, стало зрозуміло, що хімічно розділити свинець і радій D неможливо, оскільки це не були окремі елементи, а ізотопи одного елемента – свинцю. Вони відрізняються лише тим, що один з них є радіоактивним. При розпаді він випромінює іонізуюче випромінювання. Це означає, що радіоактивний ізотоп – радіонуклід – може бути використаний як маркер при вивченні поведінки його нерадіоактивного двійника.

Перед лікарями відкрилися захопливі перспективи: введення радіонуклідів в організм пацієнта та моніторинг їхнього місцезнаходження за допомогою радіометричних приладів. За відносно короткий час радіонуклідна діагностика стала самостійною медичною дисципліною. За кордоном радіонуклідна діагностика в поєднанні з терапевтичним використанням радіонуклідів називається ядерною медициною.

Радіонуклідний метод – це метод вивчення функціонального та морфологічного стану органів і систем за допомогою радіонуклідів та індикаторів, позначених ними. Ці індикатори – їх називають радіофармацевтичними препаратами (РФП) – вводяться в організм пацієнта, а потім за допомогою різних приладів визначається швидкість і характер їх руху, фіксації та видалення з органів і тканин.

Крім того, для радіометрії можна використовувати зразки тканин, кров та виділення пацієнтів. Незважаючи на введення незначних кількостей індикатора (соті та тисячні частки мікрограма), які не впливають на нормальний перебіг життєвих процесів, метод має винятково високу чутливість.

Радіофармацевтичний препарат – це хімічна сполука, дозволена для застосування людям з діагностичною метою, яка містить радіонуклід у своїй молекулі. Радіонуклід повинен мати спектр випромінювання певної енергії, спричиняти мінімальне радіаційне навантаження та відображати стан органу, що досліджується.

У зв'язку з цим радіофармацевтичний препарат вибирають з урахуванням його фармакодинамічних (поведінки в організмі) та ядерно-фізичних властивостей. Фармакодинаміка радіофармацевтичного препарату визначається хімічною сполукою, на основі якої він синтезований. Можливості реєстрації РФП залежать від типу розпаду радіонукліда, яким його мічено.

Вибираючи радіофармпрепарат для дослідження, лікар повинен, перш за все, враховувати його фізіологічну спрямованість та фармакодинаміку. Розглянемо це на прикладі введення РФП у кров. Після введення у вену радіофармпрепарат спочатку рівномірно розподіляється в крові та транспортується до всіх органів і тканин. Якщо лікаря цікавить гемодинаміка та кровонаповнення органів, він обере індикатор, який тривалий час циркулює в кровотоці, не виходячи за стінки судин у навколишні тканини (наприклад, сироватковий альбумін людини). При дослідженні печінки лікар віддасть перевагу хімічній сполуці, яка вибірково захоплюється цим органом. Деякі речовини захоплюються з крові нирками та виводяться з сечею, тому їх використовують для дослідження нирок та сечовивідних шляхів. Деякі радіофармпрепарати тропні до кісткової тканини, що робить їх незамінними при дослідженні опорно-рухового апарату. Вивчаючи час транспортування та характер розподілу та виведення радіофармпрепарату з організму, лікар судить про функціональний стан та структурно-топографічні особливості цих органів.

Однак недостатньо розглядати лише фармакодинаміку радіофармацевтичного препарату. Необхідно враховувати ядерно-фізичні властивості радіонукліда, що входить до його складу. Перш за все, він повинен мати певний спектр випромінювання. Для отримання зображення органів використовуються лише радіонукліди, що випромінюють γ-промені або характеристичне рентгенівське випромінювання, оскільки ці випромінювання можна зареєструвати за допомогою зовнішньої детекції. Чим більше γ-квантів або рентгенівських квантів утворюється під час радіоактивного розпаду, тим ефективнішим є цей радіофармацевтичний препарат у діагностичному плані. Водночас радіонуклід повинен випромінювати якомога менше корпускулярного випромінювання – електронів, які поглинаються в організмі пацієнта та не беруть участі в отриманні зображення органів. З цієї точки зору, перевагу надають радіонуклідам з ядерним перетворенням типу ізомерного переходу.

Радіонукліди з періодом напіврозпаду кілька десятків днів вважаються довгоживучими, кілька днів - середньоживучими, кілька годин - короткоживучими, кілька хвилин - ультракороткоживучими. З очевидних причин схильні використовувати короткоживучі радіонукліди. Використання середньоживучих і особливо довгоживучих радіонуклідів пов'язане зі збільшенням радіаційного навантаження, використання ультракороткоживучих радіонуклідів ускладнене з технічних причин.

Існує кілька способів отримання радіонуклідів. Деякі з них утворюються в реакторах, деякі в прискорювачах. Однак найпоширенішим способом отримання радіонуклідів є генераторний метод, тобто виробництво радіонуклідів безпосередньо в лабораторії радіонуклідної діагностики за допомогою генераторів.

Дуже важливим параметром радіонукліда є енергія квантів електромагнітного випромінювання. Кванти дуже низьких енергій затримуються в тканинах і, отже, не досягають детектора радіометричного приладу. Кванти дуже високих енергій частково проходять через детектор, тому ефективність їх реєстрації також низька. Оптимальним діапазоном енергії квантів у радіонуклідній діагностиці вважається 70-200 кеВ.

Важливою вимогою до радіофармацевтичного препарату є мінімальне радіаційне навантаження під час його введення. Відомо, що активність застосованого радіонукліда знижується через два фактори: розпад його атомів, тобто фізичний процес, та його виведення з організму – біологічний процес. Час розпаду половини атомів радіонукліда називається фізичним періодом напіввиведення T 1/2. Час, протягом якого активність препарату, введеного в організм, зменшується вдвічі внаслідок його виведення, називається біологічним періодом напіввиведення. Час, протягом якого активність радіофармацевтичного препарату, введеного в організм, зменшується вдвічі внаслідок фізичного розпаду та виведення, називається ефективним періодом напіввиведення (Ef).

Для радіонуклідних діагностичних досліджень намагаються вибрати радіофармацевтичний препарат з найкоротшим T1/2. Це зрозуміло, оскільки променеве навантаження на пацієнта залежить від цього параметра. Однак дуже короткий фізичний період напіввиведення також є незручним: потрібно встигнути доставити радіофармацевтичний препарат до лабораторії та провести дослідження. Загальне правило: Tдар препарату має бути близьким до тривалості діагностичної процедури.

Як уже зазначалося, наразі лабораторії найчастіше використовують генераторний метод отримання радіонуклідів, і в 90-95% випадків це радіонуклід ^99mTc, який використовується для мічення переважної більшості радіофармацевтичних препаратів. Окрім радіоактивного технецію, використовуються ^133Xe, ^{67Ga та дуже рідко інші радіонукліди.}

Радіофармацевтичні препарати, які найчастіше використовуються в клінічній практиці.

Запит пропозицій	Сфера застосування
99mTc -альбумін	Дослідження кровотоку
99m'Tc -мічені еритроцити	Дослідження кровотоку
99m Tc-колоїд (Техніфіт)	Обстеження печінки
99m Tc-бутил-IDA (бромзид)	Обстеження біліарної системи
99m Tc-пірофосфат (техніфор)	Обстеження скелета
99 м Ts-MAA	Обстеження легень
133 Він	Обстеження легень
67 Ga-цитрат	Туморотропний препарат, обстеження серця
99 м Тс-сестамібі	Туморотропний препарат
99m Tc-моноклональні антитіла	Туморотропний препарат
201 Т1-хлорид	Дослідження серця, мозку, онкотропний препарат
99m Tc-DMSA (технемек)	Обстеження нирок
131 Т-гіпуран	Обстеження нирок
99 Tc-DTPA (пентатек)	Обстеження нирок та кровоносних судин
99m Tc-MAG-3 (технемаг)	Обстеження нирок
99mTc -пертехнетат	Обстеження щитовидної залози та слинних залоз
18 F-DG	Дослідження мозку та серця
123 I-MIBG	Обстеження надниркових залоз

Для проведення радіонуклідних досліджень розроблено різні діагностичні прилади. Незалежно від їхнього конкретного призначення, всі ці прилади сконструйовані за єдиним принципом: вони мають детектор, який перетворює іонізуюче випромінювання в електричні імпульси, електронний блок обробки та блок представлення даних. Багато радіодіагностичних приладів оснащені комп'ютерами та мікропроцесорами.

Як детектори зазвичай використовуються сцинтилятори або, рідше, газові лічильники. Сцинтилятор — це речовина, в якій спалахи світла, або сцинтиляції, виникають під дією швидко заряджених частинок або фотонів. Ці сцинтиляції фіксуються фотоелектронними помножувачами (ФЕП), які перетворюють спалахи світла на електричні сигнали. Сцинтиляційний кристал і ФЕП розміщені в захисному металевому корпусі — коліматорі, який обмежує «поле зору» кристала розміром досліджуваного органу або частини тіла.

Зазвичай, радіодіагностичний прилад має кілька змінних коліматорів, які підбираються лікарем залежно від цілей дослідження. Коліматор має один великий або кілька малих отворів, через які радіоактивне випромінювання проникає в детектор. В принципі, чим більший отвір у коліматорі, тим вища чутливість детектора, тобто його здатність реєструвати іонізуюче випромінювання, але водночас нижча його роздільна здатність, тобто здатність окремо розрізняти малі джерела випромінювання. Сучасні коліматори мають кілька десятків малих отворів, положення яких вибирається з урахуванням оптимального «бачення» об'єкта дослідження! У приладах, призначених для визначення радіоактивності біологічних зразків, використовуються сцинтиляційні детектори у вигляді так званих лункових лічильників. Всередині кристала є циліндричний канал, в який поміщається пробірка з досліджуваним матеріалом. Така конструкція детектора значно підвищує його здатність вловлювати слабке випромінювання від біологічних зразків. Рідинні сцинтилятори використовуються для вимірювання радіоактивності біологічних рідин, що містять радіонукліди, за допомогою м'якого β-випромінювання.

Усі радіонуклідні діагностичні дослідження поділяються на дві великі групи: дослідження, в яких радіофармацевтичний препарат вводиться в організм пацієнта – дослідження in vivo, та дослідження крові, шматочків тканин та виділень пацієнта – дослідження in vitro.

Будь-яке дослідження in vivo вимагає психологічної підготовки пацієнта. Йому слід пояснити мету процедури, її значення для діагностики та суть процедури. Особливо важливо наголосити на безпеці дослідження. Як правило, спеціальна підготовка не потрібна. Пацієнта слід лише попередити про його поведінку під час дослідження. У дослідженнях in vivo використовуються різні методи введення радіофармацевтичного препарату залежно від цілей процедури. Більшість методів передбачають введення радіофармацевтичного препарату переважно у вену, набагато рідше в артерію, паренхіму органу або інші тканини. Радіофармацевтичний препарат також застосовується перорально та інгаляційно (інгаляційно).

Показання до радіонуклідного дослідження визначає лікуючий лікар після консультації з рентгенологом. Як правило, його проводять після інших клінічних, лабораторних та неінвазивних променевих процедур, коли стає зрозумілою необхідність радіонуклідних даних про функцію та морфологію певного органу.

Протипоказань до радіонуклідної діагностики немає, є лише обмеження, передбачені інструкцією Міністерства охорони здоров'я.

Серед радіонуклідних методів виділяють такі: методи візуалізації радіонуклідів, рентгенографію, клінічну та лабораторну радіометрію.

Термін «візуалізація» походить від англійського слова «vision». Воно позначає отримання зображення, в даному випадку за допомогою радіоактивних нуклідів. Радіонуклідна візуалізація — це створення картини просторового розподілу радіофармацевтичного препарату в органах і тканинах при його введенні в організм пацієнта. Основним методом візуалізації радіонуклідів є гамма-сцинтиграфія (або просто сцинтиграфія), яка проводиться на приладі під назвою гамма-камера. Варіантом сцинтиграфії, що виконується на спеціальній гамма-камері (з рухомим детектором), є пошарова візуалізація радіонуклідів — однофотонна емісійна томографія. Рідко, головним чином через технічну складність отримання ультракороткоживучих позитронно-випромінюючих радіонуклідів, також проводиться двофотонна емісійна томографія на спеціальній гамма-камері. Іноді використовується застарілий метод візуалізації радіонуклідів — сканування; його виконують на приладі під назвою сканер.

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