Реферат: Радионуклидные методы исследования
Радиометрию всего тела проводят для определения величины активности и распределения в отдельных органах введенного в организм РФП. Для этой цели разработаны различные системы детекторов, укрепленных на значительном расстоянии от пациента и в совокупности обладающих большим «полем зрения». Это позволяет регистрировать излучение сразу над всем телом. В таких детекторах используют кристаллы больших размеров. Если во время радиометрии прикрыть свинцовой пластиной какую-либо часть тела (орган), то можно оценить вклад именно этой части тела в общую радиоактивность организма. Многократные повторные исследования дают возможность устанавливать эффективный период полувыведения радионуклида из организма и клиренс (срок очищения) отдельных тканей. Радиометрию всего тела в динамике производят при изучении метаболизма белков, витаминов, железа, для определения объема внеклеточной воды. Ее применяют также для измерения активности находящихся в организме радионуклидов, например 40 К. В этом случае радиометр всего тела вместе с пациентом помещают в низкофоновой стальной камере, защищающей прибор от внешнего радиационного фона.
Для лабораторной радиометрии применяют автоматизированные радиометры (счетчики) проб. В них на конвейере располагаются пробы с радиоактивным материалом. Под управлением микропроцессора пробирки с радиоактивностью автоматически подают к окну колодезного счетчика; производят их радиометрию, после чего совершается автоматическая смена пробирок. Результаты измерения подсчитывают в микрокомпьютере и после соответствующей обработки выдают печатающим устройством в виде ленты. Современные радиометры позволяют производить в автоматизированном режиме сложные расчеты, представляя врачу готовую информацию, например концентрацию в крови гормонов, ферментов и т. д. с указанием точности произведенных измерений, отклонений от среднего значения и других статистических показателей. Если объем работы по лабораторной радиометрии невелик, применяют радиометры более простого типа с ручным перемещением пробирок и выполнением радиометрии в ручном, неавтоматическом режиме.
4. Радиография
Клиническая радиометрия предназначена для однократного или нескольких повторных измерений радиоактивности организма или его части. С ее помощью невозможно получить представление о быстро протекающих процессах, например о кровотоке в различных органах, о вентиляции легких, о функции почек и т. д. Для регистрации подобных функциональных параметров необходимо получить сведения о динамике транспорта радионуклида. Это осуществляют посредством радиографа.
Радиография — метод непрерывной или дискретной регистрации процессов накопления, перераспределения и выведения РФП из организма или отдельных органов. Для этих целей применяют радиографы — радиометры, в которых измеритель скорости счета соединен с самописцем, вычерчивающим кривую. В составе радиографа может быть один или несколько детекторов, причем каждый из них ведет измерение излучения независимо от другого.
Типичным примером радиографии является исследование накопления и выведения РФП из легких — так называемая радиопульмонография. Над разными отделами обоих легких устанавливают коллимированные сцинтилляционные детекторы. К вдыхаемой пациентом смеси добавляют радиоактивный ксенон (133 Хе). Это инертный газ, который быстро выводится из организма и не создает в нем сколько-нибудь значительную дозу радиации. Динамику радиоактивности над каждым отделом легких радиограф регистрирует в виде кривой. Полученные кривые позволяют судить о поступлении и выведении газа, т. е. о вентиляции всех отделов легких.
Радиографический метод отличается простотой выполнения. Но он уступает по точности исследованию на гамме-камере. Главный его недостаток — неконтролируемая «геометрия счета», т. е. отсутствие возможности точно установить детектор над исследуемым органом, строго охватив его границы. Не дает радиограф и изображения органа. Трактовка результатов затруднена, если в состав радиографа не введен компьютер.
5. Радионуклидная визуализация
Термин «визуализация» образован от английского слова vision (зрение). Им обозначают получение изображения. Радионуклидная визуализация — создание картины пространственного распределения в органах РФП, введенного в организм (гамма-топография). Для визуализации распределенного в организме РФП в современных радиологических центрах и лабораториях применяют 4 радиодиагностических прибора: сканер, гамма-камеру, однофотонный эмиссионный томограф и двухфотонный (позитронный) эмиссионный томограф.
Соответственно различают 4 вида гамма-топографических исследований: сканирование, сцинтиграфию, однофотонную эмиссионную томографию и позитронную эмиссионную томографию.
6. Радионуклидное сканирование и сцинтиграфия
Радионуклидное сканирование - метод визуализации органов и тканей с помощью введения в организм РФП. Гамма-излучение распределенного в теле человека радионуклида регистрируют посредством движущегося над телом сцинтилляционного детектора. Прибор для радионуклидного сканирования называется сканер.
Сканер состоит из коллимированного сцинтилляционного детектора, приспособления для его перемещения над исследуемым, пересчетной схемы и маркера, жестко связанного с подвижным детектором и отмечающего на бумаге штрихами, цифрами или цветом зарегистрированную радиоактивность. Детектор построчно обходит исследуемую часть тела с заранее установленными скоростью и шагом. Когда детектор дошел до конца изучаемого участка, каретка сканера перемещается на заданное расстояние («шаг») и детектор вновь совершает движение по прямой, но уже к другому краю этого участка. Скорость движения устанавливают с учетом интенсивности излучения. Чем больше импульсов регистрирует прибор, тем быстрее можно перемещать детектор. Получаемое изображение называют сканограммой .
К сожалению, у сканирования есть определенные ограничения. Главное из них - большая продолжительность исследования. Она достигает порой нескольких десятков минут. Это обременительно для пациента, который должен лежать неподвижно. Кроме того, за такой срок меняется распределение РФП в ряде органов и нет возможности получать изображения органов с быстрым прохождением по ним РФП. Эти ограничения были сняты путем создания другого прибора для радионуклидной визуализации — гамма-камеры. Исследования на гамма-камере получили название сцинтиграфии.
Сцинтиграфия — получение изображения органов и тканей посредством регистрации на гамма-камере излучения инкорпорированных в теле человека радионуклидов. Сцинтиграфия — основной способ радионуклидной визуализации в современной клинике. Он позволяет изучать быстро протекающие процессы распределения вводимых в организм радиоактивных соединений.
В отличие от сканера гамма-камера имеет сцинтилляционный кристалл больших размеров — до 53 см в диаметре. Это обеспечивает регистрацию излучения одномоментно из всей исследуемой части тела. Исходящие из органа гамма-фотоны вызывают световые вспышки в кристалле. Эти вспышки регистрируются несколькими десятками фотоэлектронных умножителей, равномерно расположенных над поверхностью кристалла. Электрические импульсы из ФЭУ через усилитель и дискриминатор передаются в блок анализатора, который формирует сигнал на экране электронно-лучевой трубки. При этом координаты светящейся на экране точки точно соответствуют координатам световой вспышки в сцинтилляторе и, следовательно, расположению распавшегося ядра атома радионуклида в органе. Так создается радионуклидное изображение — сцинтиграмма.
Принято различать статическую и динамическую сцинтиграфию. Под статической визуализацией имеют в виду изготовление небольшого числа изображений органа с преимущественной задачей изучить его морфологию и выявить в нем участки с повышенным или пониженным накоплением радионуклида («горячие» и «холодные» очаги, зоны).
При динамической сцинтиграфии информацию записывают непрерывно или через короткие промежутки времени и отражают на целой серии кадров. Интервалы между кадрами выбирают с учетом скорости изучаемых процессов. РФП для динамического исследования обычно вводят в кровь в малом концентрированном объеме («болюсе»).
В принципе каждая сцинтиграмма в той или иной степени характеризует функцию органа - ведь РФП накапливается и выделяется преимущественно нормальными и активно функционирующими клетками. Поэтому сцинтиграмма — это функционально-анатомическое изображение. Этим оно отличается от рентгеновского и ультразвукового изображения. Но, тем не менее, когда врача интересуют главным образом морфологические и топографические параметры органа, он прибегает к статической сцинтиграфии. Когда же необходимо исследовать быстро протекающие процессы, используют динамическую регистрацию изображений.
Некоторые гамма-камеры снабжены движущимся столом. Находясь на нем во время исследования, пациент «просматривается» детектором камеры с головы до ног. Накапливающаяся в результате такой процедуры информация отражает распределение РФП во всем организме. Данный метод особенно эффективен при поиске скрытых метастазов в скелете или случайно инкорпорированных радиоактивных веществ.
Качественный скачок в радионуклидной визуализации был сделан в результате введения в структуру гамма-камеры специализированного компьютера. Стало возможным проводить компьютерную обработку изображений, переносить их на магнитные носители. При анализе сцинтиграмм начали широко применять математические методы, системный анализ, камерное моделирование физиологических и патологических процессов.
Все нарастающее значение приобретает сцинтиграфия в диагностике злокачественных опухолей. Первоначально эта диагностика основывалась на том, что опухолевая ткань утрачивает способность захватывать из крови РФП, 
который поглощают здоровые окружающие клетки. Например, раковый узел в печени не концентрирует 99 m Тс - коллоид, хотя окружающая его ткань по-прежнему улавливает РФП из крови. В подобных случаях опухоль может быть выявлена как очаг пониженной радиоактивности («холодный» узел). Но этот симптом неспецифичен, так как любой процесс, ведущий к замещению функционирующей паренхимы органа, тоже обусловливает участок пониженной радиоактивности. Скажем, в печени к этому ведет развитие абсцесса, кисты, очагового склероза.
Гораздо привлекательнее выглядит другая идея: вводить в организм туморотропный препарат, т. е. РФП, который включается главным образом в клетки с высокой степенью митотической и метаболической активности. Благодаря повышенной концентрации РФП опухоль будет вырисовываться на сцинтиграммах как очаг высокой радиоактивности («горячий» очаг). Такую методику выявления опухолей назвали позитивной сцинтиграфией . Подсчитано, что для уверенной диагностики необходимо, чтобы в опухоли накопилось не менее 30% введенной в организм активности. При этом соотношение радиоактивности опухоли и окружающей ткани должно быть не менее 3:1.
Позитивную сцинтиграфию производят для выявления первичных злокачественных опухолей, обнаружения метастазов и установления рецидивов после хирургическог или лучевого лечения.
Весьма заманчивой кажется новая идея позитивной сцинтиграфии - введение в организм больного химических соединений, меченных моноклональными антителами. Эта методика получила наименование радиоиммуносцинтиграфии . Первые публикации, касающиеся ее применения при колоректальном раке и опухолях молочных желез, обнадеживают. Развитию позитивной сцинтиграфии опухолей способствуют также новые способы визуализации органов - одно- и двухфотонная эмиссионная томография.
7. Радионуклидная эмиссионная томография
Радионуклидная эмиссионная томография принадлежит к относительно новым способам радионуклидного исследования. Как и при обычной сцинтиграфии, при эмиссионной томографии производят регистрацию гамма-излучения введенных в организм РФП, но сбор информации осуществляют с помощью многих детекторов, расположенных вокруг больного, или одного - двух вращающихся вокруг него детекторов. Как и при рентгеновской компьютерной томографии, исследуемый объект рассматривают как совокупность тонких параллельных слоев. По характеру излучения используемого радионуклида все эмиссионные томографы разделяют на однофотонные и позитронные (двухфотонные).
Выбор РФП осуществляют при однофотонной томографии таким же образом, как и при обычной сцинтиграфии. В ротационной томокамере детекторы укреплены на вращающейся вокруг пациента раме. Компьютерная обработка данных позволяет получать изображение распределения радионуклида в различных слоях тела и количественно проанализировать изменения этого распределения во времени. При наличии достаточного числа поперечных «срезов» можно с помощью алгоритмов реорганизации данных отобразить распределение радионуклида в виде набора продольных и косых томограмм. Эмиссионная томография предоставляет врачу более точную информацию о распределении РФП, чем обычная сцинтиграфия, и позволяет изучать нарушения физиологических, биохимических и транспортных процессов, что важно для ранней диагностики патологических состояний.
Для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) в организм пациента вводят позитронизлучающий радионуклид. К позитронно-активным радионуклидам относятся короткоживущие изотопы углерода (период полураспада 20,4 мин), азота (10 мин), кислорода (2,03 мин), фтора (110 мин). Испускаемые этими нуклидами позитроны аннигилируют вблизи атомов с электронами. При аннигиляции пара позитрон — электрон исчезает, образуя два гамма-кванта, разлетающиеся в строго противоположном направлении. Каждый из этих квантов имеет энергию 511 кэВ. Эти два кванта регистрируются двумя противоположно расположенными детекторами. Одновременное появление в обоих детекторах сигналов приводит к срабатыванию схемы совпадений. Компьютерная обработка сигналов с большого числа детекторов, расположенных вокруг больного кольцом диаметром 45—65 см, или же с детекторов, совершающих движение вокруг больного, приводит к восстановлению изображения объекта. Чтобы представить себе сложность и красоту метода, достаточно указать, что для объекта диаметром 20 см необходимо получить 4000 проекций для компьютерной обработки. Но в этом случае возможно воссоздание объемного и цветного изображения объекта на дисплее.