Излучение в медицине
Медицинская радиология является разделом медицинской науки, в котором используются излучения в диагностике и лечении болезней. Несмотря на риск, использование ионизирующих излучений в медицинских исследованиях, диагностике и терапии неоценимо. Радионуклиды, используемые в медицинской радиологии, получают в реакторах и акселераторах.
Радионуклиды в медицинских исследованиях
В настоящее время синтезируется большое число различных биологических смесей, которые содержат радионуклиды водорода, углерода, фосфора, серы и т.п. Их вводят в организм экспериментальных животных для того, чтобы исследовать биохимические и физиологические процессы. Радиоактивные изотопы, применяемые для изучения метаболизма нерадиоактивных веществ, называются следящими устройствами. Радиоактивный препарат готовится нейтронной бомбардировкой стабильного элемента, который захватывает нейтроны с образованием тяжелых радиоактивных нестабильных изотопов.
Радиоактивность этих следящих устройств делает возможным проследить их магистрали и метаболизм очень точно качественно и количественно. Активный и пассивный транспорт натрия и калия, метаболизм сахаров и липидов, синтез белков и нуклеиновых кислот являются примерами фундаментальных биологических процессов, которые изучены с помощью радиоактивных следящих устройств.
Радионуклиды в диагностике
Радиоактивные следящие устройства поглощаются исследуемым органом. Детектор излучения находится за пределами органа на протяжение какого-то времени и в различных положениях. Для того чтобы минимизировать дозу, выбирают недолговечные радионуклиды. Эти радионуклиды испускают гамма-лучи с энергией, которую обнаруживают с помощью детектора. Для этого часто пригоден недолговечный радиоактивный технеций, который разрушается до стабильного состояния, испуская гамма-лучи с периодом полураспада, равным шесть часов. В составе соответствующих химических смесей радиоактивный технеций может быть направлен в различные органы.
Введение радиоактивных следящих устройств позволяет изучать скорость поглощения и выведения определенных веществ сердцем, почками, печенью, мозгом, щитовидной железой и другими органами. Например, когда мочегонные средства, содержащие следящее устройство, поступают в почки, о возможных аномалиях почек могут сигнализировать изменения стандартных количеств поглощения и выделения.
Сканирование щитовидной железы проводят с помощью следящего устройства сложного состава. Поскольку нефункционирующая ткань щитовидной железы не поглощает такое вещество, она образует менее радиоактивную область в щитовидной железе, что регистрируют с помощью поверхностно расположенных детекторов излучения.
Для формирования изображения гамма-лучей при сканировании различных органов необходимо устройство, обнаруживающее радиоактивность поглощенного следящего устройства. Излучение из небольших областей обнаруживают специальными счетчиками. Счетчик медленно перемещают или располагают неподвижно над исследуемой областью тела, и генерирующиеся импульсы записывают на дисплее или листе бумаги.
Эмиссионная позитронная томография - один из наиболее ценных методов диагностики, в котором используют радионуклиды. Этот метод основан на феномене аннигиляции, возникающем при взаимодействии позитрона с электроном, в результате чего образуются фотоны гамма излучения. Короткоживущие радионуклиды производят посредством циклотрона или другого типа акселераторов. Чаще всего используют радиоактивные изотопы кислорода, углерода или азота. Все он способны к позитронному β - распаду.
Определенные химические составы, содержащие радионуклиды, вводят в интересующий орган, например, в мозг. Здесь они подвергаются метаболизму и испускают позитроны. При взаимодействии позитронов и атомных электронов происходит их взаимоуничтожение, сопровождающееся гамма излучением. Этот метод дает возможность получать точную информацию относительно метаболизма клетки в нормальном и патологическом состояниях.
Терапевтическая радиология
Делящиеся клетки наиболее чувствительны к действию ионизирующего излучения. Клетки злокачественных опухолей делятся более часто, чем клетки нормальных тканей. Быстро делящиеся раковые клетки и клетки саркомы очень чувствительны к ионизирующим излучениям. Нормальные ткани имеют большую способность восстанавливаться от эффектов ионизирующих излучений, чем клетки злокачественных опухолей. Таким образом, доза излучения достаточная, чтобы уничтожить раковые клетки, только незначительно и временно повреждает смежные нормальные клетки.
Наиболее часто излучение применяют для лечения раковых пациентов совместно с хирургическим вмешательством и лечением противораковыми препаратами. Используют внешнее облучение с помощью специальных приборов – рентгеновских аппаратов; устройств, содержащих радиоактивный кобальт, или электронных акселераторов. Поверхностное облучение (по большей части посредством рентгеновских лучей) используют при лечении злокачественных болезней кожи и глаз. Гамма-лучи, испускаемые радиоактивным кобальтом, обеспечивают большую эффективную дозу облучения опухолей глубоких тканей тела. Кроме того, в опухоль могут быть имплантированы заполненные радием иглы, небольшие семена, содержащие газ радон, или провода, содержащие искусственные радионуклиды. Также используют лучи акселератора, представляющие собой поток высокоэнергетических электронов, которые депонируют большинство своей энергии в небольшую область около места их воздействия.