МАТЕРИАЛ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ. Методы ядерно-медицинских исследований основаны на использовании явлений, происходящих в глубинах атомов

ПО РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКЕ

 

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 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. 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 ¡- 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		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: ¹³¹₅₃ I и ¹²⁵ ₅₃I, ⁹⁰ ₃₈Sr и ⁸⁷ 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 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 вакуумированный.