Министерство общего и профессионального образования РФ

Ульяновский Государственный Университет

Институт Медицины Экологии и Валеологии

Медицинский факультет

Кафедра лучевой диагностикт и лучевой терапии

РЕФЕРАТ

На тему:

«Физические и биологические аспекты радионуклидных исследований.

Структура методов»

Реферат по дисциплине «Лучевая диагностика» на тему «Физические и биологические аспекты радиоизотопных исследований» студента группы Л-411, четвёртого курса Медицинского Факультета Института Медицины Экологии и Валеологии Ульяновского Государственного Университета, Мальцева Андрея Александровича.

Ульяновск, 2000

ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКИ.

СТРУКТУРА МЕТОДОВ.

Радионуклидные методы исследования это методы визуализации функционального и, отчасти, анатомического состояния органов и тканей, при помощи излучения, полученного от введенного внутрь радиофармацевтического препарата. Таким образом, отличие этой группы методов от остальных методов лучевой диагностики состоит в том, что для визуализации используется не проходящее через тело (трансмиссионное) пациента (рентгеновские методы) и не отраженное от тканей (ультразвуковые методы), а исходящее изнутри (эмиссионное) излучение.

Радиофармацевтические препараты – это химические вещества, содержащие в составе своей молекулы радиоактивные изотопы, т.н. «меченые» изотопом вещества. В зависимости от цели исследования применяют либо метаболические радиофармацевтические препараты (т.е. молекула РФП является одним и звеньев того или иного метаболического процесса) – для изучения метаболизма, либо радиофармацевтические препараты перфузионного типа распределения (молекула РФП не является частью метаболической цепочки, и имеет определённые размерные характеристики, т.е. распределение РФП зависит большей частью от перфузии того или иного органа; как правило, применяются меченные макроагрегаты альбумина). Так-же, в лабораторной практике исспользуют меченные антитела для проведения радиоиммунных анализов. Используют, как правило, препараты для внутривенного введения. Для исследования функции лёгких применяют газообразный РФП для ингаляции (Xe¹³³). Идеальный радиофармацевтический препарат должен распространяться только в пределах заинтересованной анатомической области, период полураспада радиоактивного компонента РФП должен быть равен примерно 1/3 продолжительности исследования, период полувыведения препарата должен быть минимальным, энергия испускаемого излучения должна быть достаточна для получения читабельной картины, но не слишком большой, что-бы не накладывать на больного чрезмерную лучевую нагрузку, и для наиболее оптимальной детекции (излучение очень высокой энергии проходит через сцинтиляционный кристалл без поглощения). Наиболее оптимальная энергия излучения – 50 – 300 кэВ (150 кэВ). Используются изотопы, испускающие при распаде γ-кванты, т.к. это излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Для позитронной эмиссионной томографии используются изотопы с α- и β-распадом, т.к. регистрируется аннигиляционное γ-излучение, т.е. получающееся в результате столкновения α- и β-частиц.

Физические аспекты. В основе всех радионуклидных методов исследования лежит явление радиоактивности. Радиоактивность – это способность ядер атомов радиоактивных изотопов распадаться с излучением освободившейся при распаде энергии в виде α-, β- или γ- частиц. α-излучение – это поток ядер Гелия, т.е. частиц, имеющих положительный заряд. Характкризуется наименьшей проникающей способностью. β-излучение – это поток электронов, отрицательно заряженных частиц. γ-излучение – это волновое излучение, не имеющее никакого заряда. Характеризуется наибольшей энергией, проникающей способностью и следовательно, максимальным повреждающим действием на живое. В радионуклидной диагностике используется большей частью, γ-излучение. Для регистрации излучения используют газоразрядные (счётчик Гейгера) или сцинтиляционные (сцинтиляционная пластина; гамма-камера) датчики с последующей компьютерной обработкой информации.

Биологические аспекты. Как уже было сказано, основу радионуклидной диагностики в клинике составляет способность радиофармацевтического препарата накапливаться в разных тканях в разной степени. Более того, степень накопления РФП зависит еще и от функционального состояния ткани, перфузии ткани, антигенных свойств. Так-же, некоторые радиофармацевтические препараты способны накапливаться в фагоцитирующих клетках (клетках ретикулоэндотелиальной системы, макрофагах и т.п.). Соответственно, картину того или иного состояния, полученную с помощью какого-либо метода радионуклидной диагностики будут определять: тропность РФП к ткани (характер ткани, состав ткани), перфузия участка ткани, функциональное состояние ткани. Например, на сцинтиграмме печени обнаружено т.н. «холодное» пятно, свидетельствующее о недостаточном накоплении РФП в данном участке печёночной паренхимы. Это наталкивает на мысль об отсутствии Купферовских клеток в этом очаге. Локальное отсутствие клеток Фон-Купфера характерно для опухолевого процесса. Другой пример: на перфузионной сцинтиграмме лёгких обнаружено «холодное» пятно в области верхней доли правого лёгкого. Клинически у больного – острое лёгочное сердце. В данном случае недостаточное накопление РФП в верхней доле правого лёгкого связано с тромбоэмболией верхнедолевой ветви лёгочной артерии.

Классификация методов.

1. Радиометрия

• Лабораторная

• In vivo

• In vitro

• Клиническая

2. Гамма-хронометрия

3. Гамма-топография

   • Статическая γ-топография

   • Динамическая γ-топография

   • Эмиссионная компьютерная томография

• Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

• Позитронная (двухфотонная) эмиссионная компьютерная томография

Краткая характеристика методов.

Лабораторная радиометрия – измерение концентрации РФП в том или ином веществе по его излучению. Это может быть анализ какой-либо физиологической жидкости, полученной после введения РФП больному (in vivo), либо чисто лабораторное исследование (in vitro), без контакта между РФП и больным (радиоиммунные анализы и т.п.). Для регистрации излучения (подсчёта сцинтиляций) может быть исспользован простейший детектор (счётчик Гейгера).

Клиническая радиометрия – непосредственное измерение интенсивности излучения над тем или иным участком тела в статике. Позволяет судить лишь о степени накопления РФП в той или иной анатомической области, при низкой скорости изменения концентрации РФП.

Гамма-хронометрия – развёрнутая по времени клиническая радиометрия, т.е. радиометрия в динамике. Показывает не только концентрацию РФП в той или иной области в разные периоды времени, но и степень прироста и уменьшения этой концентрации. Этот метод позволяет визуализировать быстро – протекающие процессы.

Статическая гамма-топография – позволяет получить изображение органа и исследовать однородность заполнения РФП, если есть «холодные» или «горячие» пятна – характер этих пятен, их гомогенность, характер границ, соответствие анатомическим долям органа.

Динамическая гамма-топография – последовательность статических сцинтиграмм. Метод обладает всеми преимуществами статической гамма-топографии, плюс к этому, позволяет проследить динамичность изменения концентрации РФП в том или ином очаге.

Эмиссионная компьютерная томография – получение томографического среза путём компьютерной реконструкции изображения, полученного при вращении детектора (гамма-камеры). Выделяют одно- и двухфотонную (позитронную) ЭКТ. При однофотонной ЭКТ регистрируют гамма-излучение РФП. Регистрация излучения производится на вращающуюся одну гамма-камеру. Далее производится дигитальная реконструкция изображения.

При позитронной ЭКТ регистрируют γ-излучение полученное в результате аннигиляции протона и электрона. При аннигиляции частиц образуются два γ-фотона с энергией по 511 кэВ, «разлетающихся» в противоположные стороны. Энергия этих фотонов слишком велика для использования обычных вращающихся гамма-камер. Используют два специальных вращающихся детектора, расположенных друг напротив друга.

Таким образом, для этого исследования необходим РФП, в состав которого входил-бы позитронно-эмитирующий изотоп (¹¹C, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁸F). Это представляет собой наибольшее неудобство, т.к. эти изотопы имеют очень короткие периоды полураспада (¹⁵O – 2 мин., ¹⁸F – 110 мин.), для их производства нужны очень дорогие циклотроны. Кроме того, необходимо что-бы циклотрон находился в непосредственной близости от радио-изотопной лаборатории.