60. Методи и апарати за радионуклидна образна диагностика.
60.1. Радиофармацевтици
Радиофармацевтик е химично съединение, чиито молекули съдържат радионуклид, който участва в обменните процеси в организма и се задържа в тях определено време. Натрупването и отделянето на тези съединения зависят от активността на съответните органи и системи. Чрез измерване на активността на радионуклида може да се определи количеството и локализацията му.
Радиофармацевтикът трябва да се извежда бързо от организма, за да се намали риска от вътрешно облъчване. Времето, за което активността на радиофармацевтика намалява наполовина вследствие на биологичното извеждане от организма, без да се отчита радиоактивното превръщане, се нарича биологичен период на полуизвеждане Тb. Той зависи от химичната форма на радионуклида и от функционалното състояние на органа или системата, където се натрупва селективно. По аналогия с радиоактивното разпадане, може да се въведе величината константа на биологичното извеждане lb, която показва вероятността за това извеждане за единица време. Общото намаление на активността на радиофармацевтика в резултат на двата процеса – биологичното отделяне от организма и радиоактивното разпадане, може да се характеризира с константа на ефективно намаление λeff = l + lb и ефективен период на полунамаление Teff.
В зависимост от начина на получаване радиофармацевтиците се делят на три вида – реакторни, генераторни и циклотронни. Реакторните радионуклиди се получават в резултат на ядрени реакции с топлинни неутрони или са продукти от делението на урана. Такива са например 32Р с период на полуразпадане Т1/2=14.3 дни, 60Со (Т1/2=5.3 години), 131I (Т1/2=8 дни), 198Au (Т1/2=2.8 дни) и др. Те са сравнително дългоживеещи. Циклотронните радионуклиди се получават при ядрени реакции, които протичат в ускорители при бомбандиране на ядра с ускорени заредени частици. Такива са 201Tl (Т1/2=3 дни), натрупван в мускулите 67Ga (Т1/2=78 h), натрупван избирателно в ракова тъкан и 123I (Т1/2=13.2 h).
60.2. Апарати за радионуклидна образна диагностика
Разпределението на радиофармацевтика в човешкото тяло може да се установи по два начина:
- чрез сканиране на пространството над изследваната част от тялото с подвижен детектор, който се премества електромеханично;
- чрез неподвижен детектор с голяма площ, която да съответства на площта на изследвания обект.
Апаратите от първия тип се наричат линейни скенери или сцинтиграфи, а от втория тип – гама-камери.
60.2.1. Линеен скенер (сцинтиграф)
Главните части на сцинтиграфа са сцинтилационна сонда (детектор), електромеханично устройство за преместване на детектора, електронен усилвател, преброител на импулси и печатащо устройство (фиг. 60.1).
Фиг. 60.1.
Визуализирането става чрез отпечатване върху хартия на щрихи, цифри, цветове. Гъстотата на знаците е мярка за степента на натрупване на радиофармацевтика. Така полученият запис на разпределение на радиофармацевтика в изследвания орган се нарича щрихова сцинтиграма.
Сцинтиграфията е много добър метод за функционални изследвания, но същевременно има един основен недостатък. Това е сравнително дългото време за изследване – десетки минути. През това време може да настъпи преразпределение на радиофармацевтика или пациента да промени позата си.
60.2.2.Гама камера
Гама-камерата има предимство пред сцинтиграфа със значително по-късото време за изследване, с възможността да се изследва пациента в различни положения и за получаване на образи от произволен брой проекции. Състои се от колиматори, детектори, свързани с фотоелектронни умножители (ФЕУ), електронна схема за определяне на местоположение и компютър за обработка и представяне на данните (фиг. 60.2).
Фиг. 60.2.
Визуализирането става при аналоговите гама-камери чрез осцилоскоп, а в цифровите гама-камери – чрез компютър върху монитор (фиг. 60.3). С помощта на гама-камерата може да се получи информация за изменението с времето на разпределението на активността в изследвания обект, т.е. локализационното изследване да се съчетае с функционалното. Чрез получаване на серия на последователни образи в различни моменти от време може да се изобрази движението на радионуклида. Например такова изследване се използва за определяне на скоростта на филтрация на бъбреците.
Фиг. 62.3. Стационарен гама-детектор с голяма чувствителна повърхнина, “гледащ” едновременно цялата изследвана част от тялото.
Гама-камерата има и някои недостатъци. При нея се получава двумерен образ на тримерното разпределение на активността в тялото. Това води до препокриване на структурите и от там на загуба на информация за дълбочината на структурите.
60.2.3.Еднофотонна емисионна компютърна томография (Single-Photon Emission Computed Tomography)
За получаване на томографски образ се идползва еднофотонна емисионна компютърна томография (ЕФЕКТ или SPECT на английски). Въведена в практиката през 1966 г. Първата комерсиална SPECT гама-камера е въведена през 1978 г. При този метод се използва една или няколко гама-камери (Фиг. 60.4). Когато камерата е една, тя се върти около пациента на ъгъл 3600. Използването на повече камери намалява времето за изследване. Получените с ЕФЕКТ камерата данни за много проекции при различни ъгли на камерата след това се обработват подобно на образите при рентгеновата компютърна томография и се получават образи за съответните срезове и пространственото разпределение на радионуклида. Диагностичният образ при SPECT е с увеличен контраст, поради липсата на препокриване на анатомични структури. Позволява да се получат 10 - 20 сцинтиграми в секунда и това позволява да се изследват бързи процеси, например на сърдечната дейност.
Фиг. 60.4. Еднофотонен емисионен компютърен томограф.
60.2.4. Позитронна емисионна томография (Positron-Еmission Тomography)
Позитронната емисионна томография (ПЕТ или PET на английски) се основава на явлението анихилация. Позитрон, излъчен от радиофармацевтик, среща в тялото на пациента електрон, двете частици анихилират и отделят два фотона с енергия 511 keV (фиг. 60.5).
Фиг. 60.5. Принцип на действие на ПЕТ.
Фотоните излитат в противоположни посоки и се регистрират едновременно от детектори, включени в схема за съвпадения (фиг. 60.6). За ПЕТ се използват радионуклиди на C, O, N и на F с позитронна b-радиоактивност и малък период на полуразпадане, които при разпадането си отделят позитрони.
Фиг. 60.6.
ПЕТ се прилага клинично от 60-те години на 20-ти век. Все още не е достъпна масово поради сложно приготвяне и висока цена на радиофармацевтиците. Разделителната и способност е по-добра от 5 mm в съвременните уредби.
ПЕТ дава възможност да се оценят химичните или физиологични промени, свързани с метаболизма. ПЕТ използва за получаване на образи на радиофармацевтици, включени в съединения, които участват в обменните процеси и имитират поведението на естествените захари, белтъци и кислорода в тялото. Инжектирани в пациент, те се натрупват в различни тъкани и органи и дават образи на биологичната активност на клетките. По тези образи може да се определи скоростта на захарния метаболизъм и кръвния поток, използването на кислорода в кръвта и др.
ПЕТ е по-ефективна от ЕФЕКТ и дава по-добра разделителна способност.
Големи надежди се възлагат на ПЕТ за ранна диагностика на злокачествените тумори, за скрининг на коронарната болест, за неинвазивно изследване на функцията на мозъка, за диагностика на менталните състояния, шизофренията, епилепсията, болестите на Алцхаймер и Паркинсон, синдрома на Даун, за локализиране на епилептични огнища, и др.
