Главная / Медицинская визуализация / Радионуклиидные методы (диагностическа ядерная медицина) / Основы диагностической ядерной медицины

Основы диагностической ядерной медицины

Введение

В диагностической ядерной медицине используются радиоактивные вещества, которые называются радиофармпрепараты, которые вводятся в организм для его обследования. Радиофармпрепараты содержат радиоизотопы. Энергия, излучаемая радиозотопами при их распаде, детектируется для построения трёхмерного изображения, показывающего распределение радиформпрепарата в организме. Это изображение затем используется для диагностики.

Процесс диагностирования в ядерной медицине

Диагностическая ядерная медицина основана использует неинвазивные способы визуализации, основанные на использовании радиоактивных веществ.

Важным компонентом является радиофармпрепарат, который состоит из радиоизотопа и фармацевтического препарата. Радиофармпрепарат вводится в организм орально или внутривенно.

После введения радиофармпрепарат распределяется по организму, а излучаемая им в процессе распада энергия, позволяет визуализировать внутренние органы.

Процесс обследования методами ядерной медицины состоит из нескольких этапов, он дововльно сложный и требует привлечения многих специалистов и наличия инфраструктуры, поэтому достаточно дорогой по сравнению с другими методами медицинской визуализации. Процесс состоит из следующих этапов:

  1. Производство радиоизотопа. Это может быть сделано с помощью ускорителя заряженных частиц, как циклотрон, или генератора радиоизотопов.
  2. Подготовка радиофармпрепарата. В зависисмости от типа препарата (это в свою очередь зависит от завиист от диагностируемой болезни), этот процесс может быть достаточно сложным и использовать специальные модули для синтезирования.
  3. Контроль качества. Этот этап необходим для того. Чтобы убедиться, что препарат безопасен и удовлетворяет потребностям.
  4. Введение препарата в организм. Чаще всего это делается с помощью внутривенной инъекции иногда орально.
  5. Сканирование. После введения препарата пациент помещается в сканер. Чаще всего в ядерной медицине используется два типа сканеров: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) (англ. Single-photon emission computed tomography, SPECT) и позитронно-эмиссионная томограафия (ПЭТ) (англ. positron emission tomography, PET), она же двухфотонная эмиссионная томография. Также используют гибридные сканеры, которые используют комбинацию с компьютерной томографией: ОФЭКТ-КТ или ПЭТ-КТ.
  6. Реконструкция изображения. После получения данных в процессе сканирования, они обрабатываются с помощью специального программного обеспечения для получения результирующего изображения. Также могут использоваться различные методы постобработки, как, например, сегментация. В случае с гибридным сканером реконструируется два изображения, которые затем объединяются в одно.

Радиофармпрепараты

адифармпрепараты это лекарственные средства, которые содержат радиоактивный изотоп (радионуклид). Обычно они вводятся в организм в очень низкой концентрации, поэтому не вызывают фармокологического действия. Доза радиации, получаемая пациентом от введённого радиоизотопа является очень маленькой и безопасной. Чтобы лучше понять, что представляют собой радифармпрепараты необходимо вспомнить несколько химических терминов.


Химический элемент

Химические элементы характеризуются двумя числами:

Атомный номер Z (син.: зарядовое число, атомное число, иногда также называют порядковым номером, поскольку в периодической системе химических элементов порядковый номер элемента соответствует атомному) — количество протонов в атомном ядре.

Массовое число A – суммарное количество протонов и нейтронов (общее название - нуклоны) в ядре элемента.


Изотоп

Изотопами называют элементы, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Т.е. количество протонов у изотопов одного элемента одинаково, а количество нейтронов — разное.


Радиоизотоп

В некоторых изотопох количество протонов и нейтронов не сбалансировано, что приводит к их нестабильности. Вследствие нестабильности такие изотопы подвергаются радиоактивному распаду. Такие изотопы называют радиоизотопами.


Радиоактивный распад

Радиоактивные изотопы (иногда называют родительскими) распадаются, превращаясь в стабильные (иногда называют дочерние). Дочерние и родительские не всегда являются изотопами одного вещества. Существует пять форм распада, приводящих к стабильному соотношению нейтронов и протонов.


Альфа-распад (α)

Альфа-распад обычно наблюдается у элементов с большим атомным номером, например, уран (238U) и радий (226Ra). При альфа-распаде ядро излучает альфа частицу: два протона и два нейтрона. Поскольку теряется два протона, вещество превращается в радиозотоп другого вещества (с другим атомным номером). Радиоизотопы, излучающие альфа-частицы, также могут излучать гамма-частицы.


Бета-распад

Радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся испусканием электрона и антинейтрино (бета-минус-распад) либо позитрона и нейтрино (бета-плюс-распад или позитронная эмиссия или позитронный распад). При бета-распаде меняется заряд ядра.

Бета-минус-распад происходит в радиоизотопах, у которых отношение количества нейтронов к протонам больше, чем в стабильных ядрах. При таком распаде нейтрон превращаются в протон, а излучаются электрон e- и антинейтрино. Дочерний элемент имеет атомный номер Z+1 при неизменном массовом числе.

Бета-плюс-распад (позитронная эмиссия) происходит в радиоизотопах, у которых отношение количества нейтронов к протонам меньше, чем в стабильных ядрах. При таком распаде протон превращается в нейтрон, а излучается позитрон (e+) и нейтрино. Дочерний элемент имеет атомный номер Z-1 при неизменном массовом числе.


Электронный захват

Нестабильные радиоизотопы, у которых избытком протонов, При электронном захвате один из протонов ядра захватывает электрон с орбиты и превращается в нейтрон. При электронном захвате излучается нейтрино. Дочерний элемент имеет атомный номер Z-1 при неизменном массовом числе. Поскольку один электрон был захвачен, образуется дырка, которая заполняется электронами с более высоких орбит. Энергия, выделяющаяся при этом, уносится одним или несколькими фотонами рентгеновского излучения и/или одним или несколькими Оже-электронами.


Изомерный переход

Если вещество находится в матастабильном состоянии, может происходить радиоактивный распад атомного ядра с излучением одного или нескольких гамма-квантов. При таком распаде атомный номер и массовое число остаются неизменными.


Период полураспада (Half-life)

Каждый радиоизотоп характеризуется периодом полураспада. Это промежуток времени, за который излучаемая энергия уменьшается в два раза.


Единицы измерения радиоактивности

Существует несколько единиц измерения радиоактивности. В ядерной медицине наиболее часто используются Беккерель (Бк, международное Bq) и Кюри (Ки, международное Ci).

Беккерель характеризует количество распадоа в секунду.

Кюри определяется как активность радия весом один грамм.

Производство радиоизотопов

В ядерной медицине используется два способа получения радиоизотопов: ускоритель заряженных частиц (в частности циклотрон) и генератор радиоизотопов.

При производстве радиоизотопов с помощью циклотрона ускоренные заряженные частицы направляются на материал в котором ускоренные частицы сталкиваются с ядрами, выбивая нейтроны или протоны и, т.о. превращая в другое вещество. От ускоряемых частиц и материала, подвергаемого бомблению, зависит результат. Материал должен быть достаточно чистым, поскольку при наличии примесей из них может образоваться нежелательный изотоп. Циклотроны достаточно громоздки (могут весить 20 тонн) и требуют квалифицированных специалистов для производства радиоизотопа. Кроме того должна существовать система доставки радиоизотопа в отделения больниц для инъекций пациентам. Особенно высоки требования к системам доставки в случае с короткоживущими изотопами. Современные разработки направлены на уменьшения размеров циклотронов для производства портативных приборов.

Циклотрон используется для ускорения, заряженных частиц электрическим полем неизменной частоты. Частицы находятся в вакууме под воздействием постоянного магнитного поля и двигаются по спиральной траектории. Электрическое поле, пульсируя с определённой частотой (циклотронной частотой), разгоняет инжектированные в циклотрон заряженные частицы. Кинетическая энергия частиц увеличивается с каждым витком и при достижении определённого значения радиус увеличивается настолько, что частицы достигают максимального радиуса траектории в циклотроне. Поток заряженных частиц может быть направлен для облучения циклотронной мишени для получения радиоизотопа.

Циклотронная мишень это вещество. Которое подвергается облучению с помощью разогнанных в циклотроне заряженных частиц, провоцируя ядерную реакцию. Молекулы мишени переходят в возбуждённое состояние и начинают её терять, излучая частицы (например нейтроны) и гамма-лучи. Для производства конкретного изотопа необходимо подобрать комбинацию трёх элементов: тип разгоняемых частиц, их энергию и материал мишени.

Радиоизотопный генератор предназначен для производства изотопов, которые получаются в результате распада родительского радиоизотопа. Дочерний радиоизотоп извлекается из генератора, а родительский остаётся для дальнейшей работы. Поскольку генераторы компакты и могут использоваться непосредственно рядом с томографическим сканером, их используют для производства короткоживущих изотопов, со временем жизни исключающим возможность доставки препарата. Причём пациенту может вводится радиоизотоп непосредственно из генератора во время процедуры, которая длится больше, чем время жизни радиозотопа.

Генератор технеция-99m один из самых востребованных, поскольку технеций используется для производства радиофармпрепаратов, используемых в ОФЭКТ. В качестве родительского вещества используется молибден-99, имеющий период полураспада 66 часов. Дочерний технеций имеет период полураспада 6 часов.

Ромашка
 
   Яндекс.Метрика