Курс лекций ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА

Профессор И.Н.Бекман

Курс лекций ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА

Лекция 3. РАДИОНУКЛИДНАЯ ДИАГНОСТИКА

Содержание.

1. ОСОБЕННОСТИ РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКИ

2. РАДИОАКТИВНЫЕ НУКЛИДЫ И РАДИОФАРМПРЕПАРАТЫ
2.1 Критерии выбора радионуклида
2.2. Изотопы и радиофармпрепараты для радионуклидной диагностики
2.3 Изотопы и препараты для позитронной эмиссионной томографии.

3. ПРОИЗВОДСТВО РАДИОИЗОТОПОВ
3.1 Изотопные генераторы
3.2 Циклотрон
3.3 Биосинтез радипрепаратов

4. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ РАДИОИЗОТОПОВ

5. АППАРАТУРА ДЛЯ РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКИ
5.1 Сцинтилляционные детекторы
5.2 Гамма-камера

6. ЯДЕРНО-МЕДИЦИНСКИЕ АППАРАТЫ

В последнее время значительное развитие получила клиническая диагностика заболеваний человека с помощью введения в его организм радиоизотопов в индикаторных количествах. Эта область медицины называется ядерной медициной. Визуализация с помощью радиоизотопов включает в себя ряд методов получения изображения, отражающих распределение в организме меченных радионуклидами веществ. Эти вещества называются радиофармпрепаратами (РФП) и предназначены для наблюдения и оценки физиологических функций отдельных внутренних органов. Характер распределения РФП в организме определяется способами его введения, а также такими факторами, как величина кровотока объёма циркулирующей крови и наличием того или иного метаболического процесса.

В данной лекции мы рассмотрим фундаментальные основы метода радионуклидной диагностики.

Радиоактивные нуклиды и радиофармпрепараты

Критерии выбора радионуклида

· Оптимальным нуклидом для радиофармпрепарата является тот, который позволяет получить максимум диагностической информации при минимальной лучевой нагрузке на больного. Желательно выбирать такой РФП, который быстро поступает в исследуемый орган и быстро выводится из организма, тем самым снижая лучевую нагрузку.

· По физическим характеристикам он должен обладать коротким периодом полураспада. Быстрый распад нуклида также обеспечивает безопасность исследования.

· К числу основных требований следует отнести наличие у нуклида g-излучения; удобного для наружной регистрации.

· Пригодность РФП обуславливается еще и биологической характеристикой отражения функций организма или отдельного органа (например, избирательное поглощение ¹³¹I щитовидной железой). Однако этот критерий не является первостепенным, т. к. в настоящее время стало возможным включать радионуклиды в состав различных химических соединений, биологические свойства которых резко отличаются от используемого нуклида (например, распределение в организме ⁹⁹Тс в соединении с технефитом, пентатехом, броммезидой и др. совершенно иное, чем собственно ⁹⁹Тс).

· РФП, вводимые внутрь организма, не должны содержать токсических примесей или радиоактивных веществ, которые в процессе распада образуют долгоживущие дочерние нуклиды.

Производство радиоизотопов.

Короткоживущие радионуклиды эффективно используются в препаратах с высокой удельной активностью, оказывающих малую дозовую нагрузку на органы пациента. Их производят либо на специальных генераторах, представляющих собой долгоживущий радионуклид, из которого образуется короткоживущий радионуклид – действующее начало фармпрепарата, либо на ускорителях ионов, например, циклотронах.

Изотопные генераторы

Радионуклидные генераторы предназначены для получения короткоживущих радионуклидов. Их работа основана на принципе образования дочернего короткоживущего радионуклида в результате распада долгоживущего родительского радионуклида. Так как существует различие между химическими свойствами дочернего и родительского нуклидами, то возможно их разделение в генераторной установке, и получение продукта с оптимальными характеристиками.

Важность радионуклидных генераторов состоит в том, что получение короткоживущих радионуклидов является задачей несложной и безопасной для персонала, генераторы легко транспортабельны, что дает возможность наработки изотопа непосредственно в медицинских клиниках вдали от ядерного реактора и циклотронных установок.

В качестве типичного радионуклидного генератора остановимся на конструкции генератора индия-113m.

Генератор индия-113m предназначен для получения растворов хлоридных комплексов индия-113m ([^113m(H₂06^-nCl_n]^(3-n)+, где n = 0, 1, 2, 3 в растворе 0,05н соляной кислоты), которые применяются в ядерной медицине в диагностических целях при сканировании печени, легких, кровеносных сосудов, а также при идентификации опухолевых образований. Интерес к индию-113m вызван главным образом его благоприятными ядерно-физическими свойствами (период полураспада T=99,3 мин; энергия гамма-излучения Е=392 кэВ), а также тем, что материнский изотоп олово-113 имеет период полураспада (T = 115 суток), благодаря чему генератор индия-113m можно использовать в течение длительного времени.

Получение исходного радионуклида для генератора индия-113m - олова-113, проводят в ядерном реакторе путем радиационного захвата нейтронов ядрами олова-112. В связи с малым значением сечения реакции радиационного захвата, получение препарата Sn-ПЗ высокой удельной активности возможно лишь в облучательных каналах с большой плотностью потока тепловых нейтронов. Этому требованию удовлетворяют реакторы типа СМ-3 (г.Мелекесс, НИИАР).

В качестве стартового материала используется металлическое олово, обогащенное по изотопу Sn-112 до 98,93% , навеска которого запаяна в кварцевую ампулу. Облучение производится в реакторе со значением флюенса тепловых нейтронов 4·10¹⁴ н/см²сек. Удельная активность облученного материала составляет при этом не менее 30 Ки/г.

Действие генератора индия-113m основано на цепочке радиоактивных превращений:

Олово-113 претерпевает b-превращения (позитронный распад и К-захват) в результате которых получается дочерний метастабильный индий-113m. Период полураспада олова 113-115 дней

Индий-113m за счет изомерного перехода (Т = 99,3 мин) превращается в стабильный изотоп индия -¹¹³Iп. Изомерный переход сопровождается испусканием g-квантов с энергией 329 кэВ, а также рентгеновского излучения с энергией 24-28 кэВ и электронов конверсии с энергией 365-392 кэВ.

Таким образом, в процессе распада олова-113 в генераторе нарабатывается индий 113т. Накопление индия-113т описывается уравнением:

Индий-113m слабо удерживается на применяемом сорбенте и может быть вымыт (элюирован) из колонки соответствующим раствором (элюентом).

В основе разделения родительского олова-113 и дочернего индия-113т лежит метод хроматографии. В качестве адсорбентов в индиевом генераторе используют различные вещества - силикагели, активированные угли, гидратированный гидроксид циркония.

На Рис. 1 изображена принципиальная схема генераторной установки.

Органические сорбенты обладают более высокой сорбционной способностью, по сравнению с неорганическими, однако органические смолы допускают значительные проскоки радиоактивного олова вместе с нерадиоактивным в готовом ^113mIn-элюате, а в неорганических сорбентах подобного не наблюдается. Кроме того, при использовании органических сорбентов для завершения процесса элюирования требуются большие объемы 0,05н НСL, что фактически снижает активность индия -113m до уровня, неподходящего для диагностического применения.

Рис. 1. Общий вид генератора индия-113m: 1. Колонка; 2. Радиационная защита; 3. Корпус генератора; 4. Линия элюента; 5. Линия элюата; 6. Пробка защитная; 7. Фильтр; 8. Фланец генератора; 9. Транспортная ручка; 10. Крышка; 11. Вкладыш предохранительный; 12. Флакон с бензиновым спиртом

Наиболее оптимальными характеристиками обладает сорбент ZrO₂·nH₂O. Он обладает средними сорбционными возможностями, но при этом достаточно сравнительно небольшого объема элюента для полного вымывания ^113mIn, так же в продукте отсутствуют радиоактивные примеси. Кроме того, используются силикагели различного состава и структуры. Они наряду с хорошими сорбционными показателями обладают относительной дешевизной, по сравнению с гидроксидом циркония.

Для улучшения адсорбционных свойств к сорбирующему материалу добавляют соли тяжелых металлов таких, как церий, титан, марганец, хром. При прокаливании на воздухе соли этих металлов образуют оксиды типа МеО₂. Эти соединения улучшают значения поверхностного потенциала сорбирующего материала и его структуру, что приводит к повышению сорбционной способности сорбента. Для генераторов индия наиболее оптимальными свойствами (в качестве модифицирующего материала) обладает церий.

Для контроля качества элюатов из радиоизотопных генераторов используют такие методы анализа, как радионуклидный, физико-химический, атомно-эмиссионный (спектральный), биологический (включая контроль стерильности).

Рис.2 Аппаратура для производства фармацевтических радионуклидов на циклотроне, состоящая из трех блоков: циклотрона, биологического синтезатора, в котором радиоизотопы присоединяются к биологическим молекулам и компьютера, управляющего всеми процессами.

Циклотрон

Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых дуантами), которые расположены между полюсами большого электромагнита (не показан на рисунке). Дуанты разделены между собой узким зазором. Вблизи от центра дуантов располагается источник ионов (как правило электрическая дуга в газе), который служит в качестве генератора заряженных частиц.

Рис. 3. Схема циклотрона (показаны дуанты и источник ионов)

В момент работы, частицы, например ионы водорода - протоны (как показано на рисунке) импульсно генерируются источником ионов. Нить накала, расположенная в источнике ионов создает отрицательный заряд на ионах водорода путем присоединения двух электронов к водороду (на последующих иллюстрациях электроны изображены желтым цветом).

По мере того как отрицательно заряженные ионы влетают в вакуумную камеру они приобретают энергию благодаря высокочастотному переменному электрическому полю, индуцированному на дуантах.

По мере движения отрицательных ионов от источника, они подвергаются воздействию описанного электрического поля и сильного магнитного поля, генерируемого двумя магнитными полюсами (сверху и снизу от вакуумной камеры). Так как они являются заряженными частицами в магнитном поле, негативные ионы двигаются по циркулярной траектории.

Когда отрицательно заряженные ионы долетают до края дуанта и влетают в зазор, РЧ-осциллятор меняет полярность на дуантах. Отрицательно заряженные ионы отталкиваются по мере входа в ранее положительно, а теперь отрицательно заряженный дуант. С каждым проходом зазора, энергия частиц увеличивается, таким образом постепенно увеличивается орбитальный радиус и частицы двигаются по траектории расширяющейся к наружи спирали. Частицы отталкиваются от одного дуанта, двигаются по циркулярной траектории пока не начинают притягиваться другим дуантом заряд которого стал положительным. В результате, отрицательно заряженные ионы циркулярно двигаются по спирали к наружи.

Рис.4. Перезарядка дуантов

Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между ускорителями и камерой мишени А. Карусели состоят из тонких угольных пластин, которые оделяют оба электрона от иона Н-. Когда отрицательные ионы теряют два электрона, они становятся ионами Н+ или протонами (на иллюстрации это показано утратой двух электронов желтого цвета).

Рис.5. Карусель

Путем перемещения экстрактора, управление которым реализуется при помощи компьютера, пучок протонов может быть разделен и направлен к двум различным мишеням. Разделяющая пластина располагается частично на пути пучка, таким образом, часть пучка экстрагируется. Оставшиеся частицы продолжают циркулярно двигаться, завершая дополнительный оборот.

Рис.6.Система разделения ионов водорода. Carbon stripping foil - отделяющая угольная пластина ion beam - пучок ионов

В системах отрицательных ионов, протонный пучок разделяется путем пропускания его (Н-) через тонкую угольную пластину, расположенную на одной из четырех каруселях. Разделяющие пластины отделяют оба электрона от каждого атома Н^-.

Рис.8. Камера мишени

Когда отрицательно заряженные ионы водорода теряют оба электрона, они становятся ионами Н⁺ или протонами. Протоны проходят через пластину. Однако, несмотря на то, что их заряд сменился на противоположный, они все еще находятся под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной орбите, по касательной к своей прежней траектории, от центра циклотрона. Этот поток протонов направляется к камере мишени. Разделяющие пластины имеют толщину от 5 до 25 микрон и имеют срок службы порядка 100 часов.

Камеры мишени интегрированы в общую систему производства радиоизотопов для оптимизации производительности обоих мишеней и других частей системы (циклотрона, линии переноса пучка, защиты и компьютерной системы управления). Камеры мишени компактны, что упрощает экранирование, установку и деинсталляцию для обслуживания и имеют простую и надежную конструкцию.

При подготовке к бомбардировке, внутрь камеры мишени помещают стабильный химический изотоп. Протонный пучок из циклотрона влетает в камеру мишени и путем ядерной реакции преобразует стабильный материал мишени в радиоактивный изотоп. Радиоизотопы нестабильны и распадаются, вызывая при этом эмиссию позитронов. Эта особенность и используется при визуализирующих исследованиях позитронно-эмиссионной томографии.

Вся работа системы производства радиоизотопов, включая циклотрон и биосинтезатор, управляется компьютером. Производство изотопа реализуется путем прохождения через серии меню на консоли управления. Оператор выбирает из меню требуемый для производства изотоп. Все остальные процессы проводятся автоматически. Управление системой производства радиоизотопов направлено на получение конечного продукта, а не на промежуточный ввод параметров для ускорителя. Существует отдельный режим технического обслуживания, предназначенный для мониторирования и контроля каждого компонента системы в отдельности. Полностью компьютерное управление позволяет значительно снизить требования к персоналу, оставляя больше времени для более важных задач.

Биосинтез радипрепаратов

Рис.9. Биосинтезатор

Показанный на иллюстрации биосинтезатор применяется для производства множества фармпрепаратов. Произведенные на циклотроне радиоизотопы переносятся в биосинтезатор, где они присоединяются к используемым в клинике биологическим маркерам.

Сцинтилляционные детекторы

В основе сцинтилляционных детекторов лежат вещества, излучающие свет в видимом диапазоне (или вблизи него) при поглощении энергии ионизирующего излучения. Они используются как для регистрации (счёта) частиц, так и для визуализации с помощью радиоизотопов. В Табл.1 представлены неорганические сцинтиляторы с большим атомным номером Z и, следовательно, с хорошей тормозной способностью для фотонов. Если световые эмиссионные характеристики сцинтиллятора согласуются со спектральной чувствительностью фотоумножителя (ФЭУ) и сцинтилятор прозрачен для излучаемого им света, то детекторы ионизирующего излучения, использующие комбинацию “сцинтиллятор – ФЭУ”, обеспечивают высокую чувствительность.

Табл. 1. Физические свойства неорганических материалов для сцинтиляторов

Материал сцинтиллятора	Плотность, г/см3	Эффективный атомный номер Z	Относительный световой выход	Постоянная времени распада, нс	Длина волны излучения, нм
Иодистый натрий (NaI)	3,67
Германат висмута (BGO)	7,13
Фторид бария (BaF2)	4,89		5 15	0,7 620	195, 200, 310

Световой выход для большинства неорганических сцинтилляторов пропорционален поглощаемой ими энергии. Следовательно, при этом можно не только регистрировать g -кванты, используя сцинтилляционный счётчик, но также и определять их энергию. Разрешающая способность по энергии в диапазоне 100 – 200 кэВ для этих счётчиков составляет обычно 10 – 15%, благодаря чему сцинтилляционный счётчик позволяет отделять g-кванты, излучаемые организмом без рассеяния, от тех квантов, которые претерпели рассеяние с потерей энергии. Ограничения в применении сцинтилляторов для целей визуализации связаны в основном с их размерами.

Более распространены монокристаллы малого диаметра (10 см) и малой толщины (10 см); монокристаллы же большого диаметра (40 – 50 см) и толщиной более чем 1– 1,5 см трудны в изготовлении.

Сцинтилляционные счётчики можно использовать в качестве детекторов для визуализации с помощью радиоизотопов в области энергий 50 – 100 кэВ.

Гамма-камера

Гамма-камера – основной инструмент современной радионуклидной диагностики. Гамма-камеры предназначены для визуализации и исследования кинетики радиофармпрепаратов во внутренних органах и физиологических системах организма пациента с целью ранней диагностики онкологических, сердечно-сосудистых и других заболеваний человека. Гамма-камеры применяются в лабораториях радиоизотопной диагностики городских клинических больниц, научно-исследовательских медицинских институтов, онкодиспансерах и других медицинских учреждений.

Помимо диагностических исследований щитовидной железы, почек, печени и желчного пузыря, головного мозга, легких, сердца и др., современные гамма-камеры должны обеспечивать сканирование всего тела пациента (скелета) и компьютерную томографию внутренних органов для получения трехмерной информации.

Современная гамма-камера содержит многоканальный коллиматор, кристалл NaI(Tl) с большой площадью поверхности, световод для оптической связи кристалла с гексагональной матрицей ФЭУ и блока аналоговых электронных устройств, обеспечивающих определение координат и амплитуд сигналов. Все указанный компоненты заключены в свинцовый экран достаточной толщины, чтобы свести к минимуму фон от источников радиации, находящихся вне поля зрения камеры.

Коллиматор служит для селекции по направлению g -квантов, падающих на камеру. В коллиматоре с параллельными отверстиями (каналами) на сцинтиллятор попадают лишь те g-кванты, которые движутся перпендикулярно поверхности коллиматора. Коллиматор определяет также геометрическое поле зрения камеры и обусловливает пространственное разрешение и чувствительность всей системы. Для построения распределений радионуклидов с различной энергией g -излучения и достижения приемлемого компромисса между пространственным разрешением и чувствительностью применяют набор из коллиматоров нескольких типов. Помимо коллимоторов с параллельными отверстиями существуют и коллиматоры с единственным отверстием малого размера, предназначенные для визуализации малых, приповерхностных органов, а также коллиматоры со сходящимися или расходящимися отверстиями для получения изображений всего тела и органов средних размеров.

Пространственное разрешение и эффективность конструкции коллиматора с параллельными отверстиями можно связать с размерами коллиматора. Если L – длина отверстия, d – его диаметр, а z – расстояние от источника до коллиматора, то пространственное разрешение коллиматора R_c даётся выражением

(1)

Отсюда следует, что пространственное разрешение улучшается с увеличением длины отверстий или их числа на единицу площади коллиматора при оптимальной толщине септы. Таким образом, чем большее число отверстий меньшего диаметра можно разместить на одной и той же площади, тем выше разрешение. Кроме того, весьма существенно то, что пространственное разрешение можно повысить, если уменьшить расстояние между источником и поверхностью коллиматора.

Геометрическая эффективность g коллиматора определяется выражением

(2)

где t – толщина свинцовой септы между отверстиями, K – постоянная, зависящая от формы отверстия (например, для шестигранных отверстий, расположенных в узлах гексагональной матрицы, К = 0,26). Следует заметить, что в случае точечного источника, находящегося в воздухе, величина g не зависит от расстояния между источником и коллиматором, поскольку квадратичная зависимость в знаменателе (2) компенсируется ростом экспонированной площади детектора.

Собирающий коллиматор с большим числом отверстий даёт наилучшее сочетание высокого разрешения и чувствительности, достигаемое за счёт уменьшения поля зрения системы, а также, ценой определённых искажений изображения. Рассеивающий коллиматор с большим числом отверстий обеспечивает большое поле зрения, особенно при работе с гамма-камерой с малой площадью детектора. Однако в этой конструкции как пространственное разрешение, так и чувствительность снижены, а наличие зависимости увеличения от глубины приводит к искажениям в изображении.

Сцинтилляционные кристаллы.В большинстве гамма-камер применяются тонкие (толщиной 6 – 12 мм) одиночные сцинтилляционные кристаллы иодистого натрия, активированого таллием NaI(Tl). Эти кристаллы большого диаметра (до 50 см) излучаю свет в сине-зелёной области спектра (в близи длины волны 415 нм), что согласуется со спектральной характеристикой стандартных бищелочных ФЭУ. Они характеризуются большим атомным номером и высокой плотностью, причём их линейный коэффициент поглощения излучения при энергии 150 кэВ составляет 2,22 см -1. Таким образом в кристалле толщиной около 10 мм поглощается 90% g -квантов с энергией 150 кэВ. Время высвечивания для кристалла равно 230 нс, что позволяет достичь скоростей счёта порядка нескольких десятков тысяч отсчётов в секунду без изменения свойств сцинтиллятора. Кристалл NaI(Tl) имеет наибольший световой выход из всех наиболее известных неорганических сцинтилляторов (табл.1) и хорошо пропускает собственное излучение. Несмотря на гигроскопичность и, следовательно, необходимость герметизации, этот кристалл практически незаменим при энергиях g -излучения около 100 кэВ. Разрешение по энергии для тонких кристаллов NaI(Tl) составляет 10 – 12% при энергии 150 кэВ.

Световод. Из-за высокого коэффициента преломления кристалла NaI(Tl) равного 1,85, для оптического сопряжения сцинтиллятора и ФЭУ необходимо применять световод. Это уменьшает потери света при его прохождении к ФЭУ, поскольку световоды изготавливают из прозрачной пластмассы с коэффициентом преломления, близким к 1,85, а его форму тщательно подбирают в соответствии с конфигурацией фотокатода ФЭУ. Кроме того, применение световода позволяет уменьшить флуктуации в эффективности съёма света по поверхности сцинтилятора. В последнее время вместо световода стали применять микропроцессорную систему коррекции изобрадения.

Фотоумножитель. Оптимальной конфигурациец с точки зрения плотной упаковки фотоумножительных трубок (с круглым или гексагональным сечением) на поверхности круглого сцинтилляционного кристалла является гексагональная матрица, состоящая из 7, 19, 37, 61 и т.д. ФЭУ. Спектральная характеристика фотокатода ФЭУ согласуется со спектром светового излучения сцинтиллятора путём введения бищелочных материалов (таких, как SbK₂Cs). Фотоумножительные трубки тщательно подбираются по коэффициенту усиления с тем, чтобы упростить регулировку ФЭУ для получения однородного распределения чувствительности по поверхности сцинтиллятора при приложении высокого напряжения и регулировке усиления ФЭУ.

Блок аналоговых электронных устройств. Для получения позиционной информации от аналоговых выходных устройств фотоумножительных трубок используется емкостная (а в последнее время и резистивная) схема. По относительной интенсивности выходных сигналов определяют координаты x и y сцинтилляционного события и создаю четыре сигнала (x+, x–, y+, y–) для формирования изображения на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и (или) на запоминающем осциллографе. Полная интенсивность сигнала z (её не следует путать с пространственной координатой) даётся выражением

z = x++ x–+ y++ y– ,

(3)

А координаты x и y записываются в виде

(4)

(5)

где k – постоянная. Эти выражения иногда называют логическими соотношениями Энгера.

Сигнал z подаётся на одноканальный амплитудный анализатор импульсов (ОАА), который имеет два уровня ограничения с тем, чтобы определить, соответствует ли пришедший сигнал ожидаемому сигналу от зарегистрированного g -кванта. Современные гамма-камеры оснащены двумя или тремя ОАА, что позволяет одновременно регистрировать несколько световых импульсов. При высоких скоростях счёта квантов аналоговые устройства могут перегружаться из-за взаимного положения сцинтилляционных сигналов от детектора. Кроме того, в системе начинают возникать сбои (пропуски импульсов) из-за наличия собственного времени восстановления электронных устройств гамма-камеры. Истинная скорость счёта (N) системы связана с наблюдаемой скоростью счёта (n) выражением

(6)

где t – постоянная времени восстановления, которая приблизительно равна 4 мкс.

Свинцовый экран. Чтобы свести к минимуму регистрацию паразитного излучения из областей вне поля зрения коллиматора, сцинтилляционный кристалл и электронные устройства гамма-камеры помещают в массивный свинцовый экран. При разработке гамма-камер для уменьшения массы вращающихся частей приходится значительно уменьшать габариты защитного экрана. многие гамма-камеры снабжены экранами, которые достаточны лишь для минимальной защиты от низкоэнергетических g -квантов (с энергией менее 250 кэВ), и это вместе с использованием тонких кристаллов позволяет применять лишь низкоэнергетические радионуклиды (⁹⁹Tc^m, ¹¹¹In, ¹²³I, ²⁰¹Tl). Основная современная тенденция развития гамма-камер – увеличение потока информации без повышения дозы радиофармпрепаратов, вводимых пациенту. Это позволяет сократить время исследования, улучшить качество изображения, а в ряде случаев – расширить функциональные возможности. Технически это достигается за счет увеличения площади поля зрения детектора, перехода от детекторов с полем зрения круглой формы к прямоугольной и увеличения числа детекторов. В настоящее время все ведущие производители и поставщики гамма-камер: Siemens, General Electric, Toshiba, Sopha Medical освоили производство и поставляют модели гамма-камер с двумя детекторами прямоугольной формы с размерами поля зрения не менее 350 - 510 мм. Цена этих гамма-камер – от 600 тыс.долларов и выше.

Ядерно-медицинские аппараты

В зависимости от способа и типа регистрации излучений все приборы делят на шесть групп:

· медицинские радиометры - для регистрации относительной радиоактивности в органе или в пробах биологических сред (радиометрия щитовидной железы, радиометрия гормонов в крови и др.);

· медицинские радиографы - для регистрации динамики перемещения РФП в организме с представлением информации в виде кривых (ренография, гепатография, кардиография и др.);

· дозкалибраторы - для измерения абсолютной величины активности РФП, вводимой пациенту;

· счетчики всего тела - для измерения общей активности РФП в теле пациента (определение эффективного периода полураспада нуклида, оценка тканевого этапа йодного обмена и др.)

· скеннеры, профильные скеннеры - для регистрации распределения РФП в органе или теле больного с представлением данных в виде рисунка (скеннограм) или кривых (определение участка повышенного накопления РФП при профильном сканировании);

· сцинтилляционная g-камера, оснащенная ЭВМ - для регистрации динамики перемещения и распределения РФП с одновременным получением на дисплее ЭВМ изображения органа и кривых, отражающих его функцию. По своим функциональным возможностям заменяет радиограф и сканер.

Принципиальная схема устройства всех типов ядерно-медицинских приборов одинакова и позволяет выделить три части:

· детектор - воспринимающая часть прибора, обращенная непосредственно к источнику излучения - пациенту, которому введен РФП. Сцинтилляционный детектор в качестве основных элементов имеет коллиматор, кристалл йодида натрия (сцинтиллятор), фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). g-кванты РФП, попадая на детектор, вызывают в кристалле образование световых вспышек (сцинтилляций) низкой интенсивности. Преобразование слабого светового сигнала в электрический осуществляется ФЭУ;

· электронная схема усиления сигналов от детектора;

· регистрирующее устройство позволяет получить информацию на фотобумаге, цифровую или графическую запись на бумаге или дисплее ЭВМ.

Радионуклидная диагностика (синоним радиоизотопная диагностика) — лучевое исследование, основанное на использовании соединений, меченных радионуклидами. В качестве таких соединений применяют разрешенные для введения человеку с диагностической и лечебной целями радиофармацевтические препараты (РФП) — химические соединения, в молекуле которых содержится определенный радионуклид. Наиболее часто используют короткоживущий радионуклид технеция.

В клинической практике применяют следующие виды радионуклидных исследований: визуализацию органов, т.е. получение их радионуклидных изображений; измерение накопления РФП в организме и его выведения; измерение радиоактивности биологических проб жидкостей и тканей человеческого организма, тесты in vitro.

Визуализацию органов осуществляют путем сцинтиграфии и сканирования. В основе сцинтиграфии лежит избирательное накопление и выведение РФП исследуемым органом. Она позволяет изучить топографию органа, выявить в нем морфологические, функциональные и метаболические нарушения (см.Сцинтиграфия).

Сканирование, выполняемое для получения статических радионуклидных изображений, так же как и сцинтиграфия, отображает распределение РФП в органе, характеризуя величину органа, его топографию, наличие патологических очагов. Однако, в отличие от сцинтиграфии, этот метод не позволяет провести анализ функциональных нарушений. Отрицательными свойствами данного метода являются большая продолжительность получения сканограммы (несколько десятков минут), а также невозможность обработать полученные данные на ЭВМ, что также снижает информативность исследования (см. Сканирование).

Измерение накопления РФП в организме и его выведения, предназначенное в основном для получения информации о функциональном состоянии органа, осуществляют с помощью радиометрии и радиографии. Радиометрия заключается в определении с помощью радиометра величины накопления данного РФП в интересующем органе или патологическом очаге. Результаты исследования выражают в относительных величинах, чаще всего в процентах, по отношению к количеству РФП, введенного в организм пациента, либо по сравнению с симметричным участком тела больного или окружающими тканями. Типичным примером данного вида радионуклидного исследования является изучение функции щитовидной железы методом радиометрии накопленного в ней радиоактивного йода. Радиография, выполняемая на одно- и многоканальных радиографах, позволяет изучить динамику концентрации (накопления и/или выведения) РФП в органе либо прохождения РФП по органу с током жидкости (крови, мочи и др.). Результаты выражаются в виде кривой (или серии кривых), на оси абсцисс которой откладывают временные интервалы (в секундах, минутах), на оси ординат — величину радиоактивности (в импульсах в 1 с, в импульсах в 1 мин). Информация, получаемая с помощью радиографии, идентична полученной при динамической сцинтиграфии, однако точность ее значительно ниже, чем при исследовании в гамма-камере. Преимуществом радиографии являются невысокая стоимость метода и простота исследования. Наиболее широко ее применяют при исследовании почек.

Измерение радиоактивности биологических проб (крови, мочи, цереброспинальной жидкости, фекалий и др.) производят для определения функционального состояния систем пищеварения, кроветворения, мочевыделения и др. С этой целью больному различными способами (в вену, внутрь) вводят радиофармацевтический препарат, который благодаря метаболическим превращениям или путем механического переноса может оказаться в той или иной биологической среде. Затем с помощью радиометра определяют активность стандартного количества биологического материала. Таким методом, например, исследуют всасываемость в кишечнике меченых радиоактивных жиров.

Тесты in vitro предназначены для определения в биологических жидкостях, чаще всего в крови, биологически активных веществ (гормонов, ферментов, лекарственных препаратов и др.). Метод отличается исключительно высокой точностью. Для выполнения теста in vitro у больного производят забор около 1 мл исследуемой жидкости (плазмы, сыворотки, мочи), которая должна быть использована для анализа немедленно либо быстро заморожена. В последнем случае при соблюдении необходимых условий (температура хранения не выше минус 20°) материал может храниться до 2 мес. Тесты in vitro проводят с помощью специально выпускаемых стандартных наборов реагентов (см. Радиоиммунный анализ).

Все медицинские исследования, связанные с использованием радионуклидов, проводят в специальных лабораториях радиоиммунной диагностики. Лаборатории оснащаются средствами и оборудованием, обеспечивающими защиту персонала от излучения и предотвращение загрязнения радиоактивными веществами. Проведение радиодиагностических процедур регламентируется нормами радиационной безопасности для пациентов при использовании радиоактивных веществ с диагностической целью. В соответствии с этими нормами выделены 3 группы обследуемых лиц — АД, БД и ВД. К категории АД относятся лица, которым радионуклидная диагностическая процедура назначается в связи с онкологическим заболеванием или подозрением на него, к категории БД — лица, которым диагностическая процедура проводится в связи с заболеваниями неонкологического характера, к категории ВД — лица. подлежащие обследованию, например с профилактической целью, по специальным таблицам лучевых нагрузок врач-радиолог определяет допустимость с точки зрения радиационной безопасности выполнения того и иного радионуклидного диагностического исследования. При этом доза облучения, полученная пациентом, обязательно вносится историю болезни или амбулаторную карту. Показания к радионуклидному диагностическому исследованию определяются лечащим врачом, а объем и характер диагностических процедур — врачом-радиологом.

&nbs