РАДИОНУКЛИДНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Введение
В конце 19 века сама мысль о возможности использования ядерно-физических феноменов для исследования больных могла показаться если не сумасбродной, то сказочной. Но именно такая идея родилась в опытах венгерского ученого Д. Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 г. Э. Резерфорд показал ему груду хлористого свинца, валявшуюся в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, займитесь этой кучей. Постарайтесь из соли свинца выделить радий D».
После долгих опытов, проведенных Д. Хевеши совместно с австрийским химиком А. Панетом, стало ясно, что химическим способом разделить свинец и радий D невозможно, так как это не отдельные элементы, а изотопы одного и того же элемента — свинца! Они отличаются только тем, что один из них радиоактивен. Распадаясь, он испускает ионизирующее излучение. Значит, радиоактивный изотоп — радионуклид — можно применять как метку при изучении поведения его нерадиоактивного близнеца.
Перед врачами открылись заманчивые перспективы: вводя в организм больного радионуклиды, наблюдать за их местонахождением с помощью радиометрических приборов. За сравнительно короткий срок радионуклидная диагностика превратилась в самостоятельную медицинскую дисциплину. Ее основным методом является радиометрия, или метод радиоактивной индикации.
Радионуклидный метод - это способ исследования функционального и морфологического состояния органов и систем с помощью радиоактивных нуклидов и меченных ими индикаторов. Эти индикаторы - их называют радиофармацевтическими препаратами (РФП) - вводят в организм больного, а затем посредством различных приборов определяют скорость и характер перемещения, фиксации и выведения их из органов и тканей. Кроме того, для радиометрии могут быть использованы кусочки тканей, кровь и выделения больного. Несмотря на введение лишь ничтожно малых количеств индикатора (сотые и тысячные доли микрограмма), не оказывающих влияния на нормальное течение жизненных процессов, метод обладает исключительной чувствительностью.
Типичная радионуклидная диагностическая система состоит из источника излучения (РФП), объекта исследования, приемника излучения и врача (радиолога-диагноста). Приемник излучения включает в себя детектор, электронный блок для преобразования электрических сигналов от детектора и блок индикации, т. е. систему представления данных исследования.
1. Радиофармацевтические препараты
Радиофармацевтическим препаратом называется химическое соединение, содержащее в своей молекуле радионуклид, которое разрешено для введения человеку с диагностической целью. Радионуклид должен обладать спектром излучения определенной энергии, обусловливать минимальную лучевую нагрузку и отражать состояние исследуемого органа. Поэтому выбор РФП осуществляют с учетом его фармакодинамических (поведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамику определяет то химическое соединение, на основе которого синтезирован РФП. Возможности же регистрации РФП зависят от типа распада радионуклида, которым помечен РФП. Выбирая РФП для исследования, врач, прежде всего, должен учесть его физиологическую направленность, его фармакодинамику. Рассмотрим это на примере введения РФП в кровь. После инъекции в вену РФП первоначально равномерно распределяется в крови и транспортируется по всем органам и тканям. Если врача интересует гемодинамика и кровенаполнение органов, то он выберет индикатор (например, альбумин человеческой сыворотки), который длительное время циркулирует в кровеносном русле, не выходя за пределы стенок сосудов в окружающие ткани. Если же врач наметил исследование печени, то он предпочтет химическое соединение, которое избирательно улавливается этим органом. Некоторые вещества захватываются из крови почками и выделяются с мочой - они служат для изучения почек и мочевых путей. Третьи РФП тропны к костной ткани - они незаменимы при исследовании костно-суставного аппарата.
Изучая сроки транспортировки и характер распределения и выведения РФП из организма, врачи судят о функциональном состоянии и структурно-топографических особенностях этих органов.
Но недостаточно учитывать только фармакодинамику РФП, надо обязательно принять во внимание ядерно-физические свойства входящего в него радионуклида. Прежде всего, он должен иметь определенный спектр излучения. Для получения изображения органов применяют только радионуклиды, испускающие гамма-излучение или характеристическое рентгеновское излучение, так как эти излучения можно регистрировать при наружной детекции. Чем больше образуется гамма-квантов или рентгеновских квантов при радиоактивном распаде, тем эффективнее данный РФП в диагностическом отношении. В то же время у радионуклида должно быть, по возможности, меньше корпускулярного излучения - электронов, которые поглощаются в теле пациента и не участвуют в изображении органов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядерным превращением.
Принято считать радионуклиды с физическим периодом полураспада в несколько десятков дней долгоживущими, в несколько дней - среднеживущими, в несколько часов - короткоживущими, в несколько минут - ультракороткоживущими. По понятным причинам стремятся использовать короткоживущие нуклиды.
Применение среднеживущих и тем более долгоживущих нуклидов связано с повышенной лучевой нагрузкой, использование ультракороткоживущих нуклидов затруднено по техническим причинам.
Существует несколько способов получения радионуклидов. Часть из них образуется в реакторах (йод 131 и 125, фосфор 32,кесенон 133), часть — в ускорителях (галлий 67, индий 111, йод 123, фтор 18, кислород 15, углерод 11, азот 13). Однако наиболее распространенным способом получения радионуклидов является теперь генераторный, т. е. изготовление радионуклидов непосредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генераторов. Таким образом получают технеций 99 m, индий 113 m.
Очень важный физический фактор радионуклида - энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, следовательно, не попадают на детектор радиометрического прибора. Кванты же очень высоких энергий частично пролетают детектор насквозь; эффективность их регистрации невысока. Поэтому для радионуклидной диагностики выбирают нуклиды с энергией квантов в диапазоне 70—200 кэВ.
Важным требованием к РФП является минимальная лучевая нагрузка при его введении. Известно, что активность примененного радионуклида уменьшается вследствие двух факторов: распада его атомов, т. е. физического процесса, и выведения его из организма — биологического процесса. Время распада половины атомов нуклида называется физическим периодом полураспада (Тфиз). Время, за которое активность препарата, введенного в организм, снижается наполовину за счет выведения, называется периодом биологического полувыведения (Тбиол). Время, в течение которого активность введенного в организм РФП уменьшается наполовину за счет физического распада и за счет выведения, называется эффективным периодом полувыведения (Т эфф).
Для радионуклидных диагностических исследований стремятся выбрать РФП с наименее продолжительным Тэфф. Это понятно: ведь от данного параметра зависит лучевая нагрузка на больного. Но очень короткий физический период полураспада также неудобен: нужно успеть доставить РФП в лабораторию, провести исследование. Общее же правило таково: Тэфф препарата должен приближаться к продолжительности диагностической процедуры.
Как уже указывалось, в лабораториях преобладает ныне генераторный способ получения радионуклидов. Но часть РФП доставляют в лабораторию в плановом порядке специальным транспортом и в специальной упаковке - в контейнерах разных типов. В прилагаемом паспорте должны быть указаны: название радионуклида (соединения), общий объем, общая активность, удельная активность, наличие примесей и количество стабильного элемента. Контейнеры заносят через специальную дверь или люк в специальное помещение - хранилище и помещают в защитные сейфы, разделенные на секции.
Все радионуклидные диагностические исследования разделяют на две большие группы: исследования, при которых РФП вводят в организм пациента (исследования invivo), и исследования крови, кусочков ткани и выделений больного (исследования invitro). Исследования invitro в свою очередь бывают двух типов. Первый тип - регистрация радиоактивности крови, испражнений, мочи или кусочков ткани, взятых у больного, в организм которого был предварительно введен РФП. Второй тип — изучение реакции крови больного, не получавшего РФП, со стандартными радиофармацевтическими реактивами.
При любом радионуклидном исследовании требуется психологическая подготовка пациента. Ему необходимо разъяснить цель процедуры, ее значение для диагностики, порядок ее проведения. Особенно важно отметить безопасность исследования. Специальной подготовки, как правило, не нужно. Следует лишь предупредить пациента о режиме его поведения во время исследования, в частности при процедурах, связанных с повторным забором крови или выделений. При исследованиях invivo применяют различные способы введения РФП в зависимости от задач процедуры. Большинство методик требует инъекции РФП преимущественно в вену, гораздо реже в артерию, в паренхиму органа, в другие ткани. РФП применяют путем вдыхания и перорально.
Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, оно проводится после других клинических, лабораторных и неинвазивных лучевых процедур, когда становится ясной необходимость радионуклидных данных о функции и морфологии того или иного органа. Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, имеются лишь ограничения, предусмотренные инструкциями Министерства здравоохранения.