Moeкoвe.i'.lltH:ocyдJpC'I:В_N!tN~ вм. мв. Ломовоеова,
.-::;: "'-./
..... -
~
~........
Q7 ~
........
~
р ..J
.
...
40 downloads
375 Views
3MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Moeкoвe.i'.lltH:ocyдJpC'I:В_N!tN~ вм. мв. Ломовоеова,
.-::;: "'-./
..... -
~
~........
Q7 ~
........
~
р ..J
.
о г
О
"'-./
..... -
(J ..-.-J~
~........
,--r-
..--J
..-~........
~
rJj
'-..--
.-::;: "'-./ ..... ..-.-J
rJJ г
О
1DJI1Iесквй-"ку.IIЬ-тerrъ==-=~
Московский Государcrвенный Университет им. М.В. Ломоносова Физический факультет Ассоциация Медицинских Физиков России
Наркевич Б-Я., Костылев В.А.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ учебное пособие
АМФ-Пресс москва
2001
С0ДЕРЖАНИЕ
Б.я.Наркевич, В.А.Костъшев
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ. Учебное пособие. -: М.: АМФ-Пресс,
2001.-: 60 с.
Учебное пособие является частью специального курса <<Введение в медицинскую физику». В нем проанализированы: ocHoBныe принципы, методы и средства для использования открытых радионуклидных ис
точников в целях диагностики и терапии. Рассмотрены физические ос новы радиофармацевтического, аппаратурно-технологического.
про
граммно-алгоритмического и радиациоино-гигиенического обеспече ния ядерной медицины, а также вопросы ее клинического значения, га
рантии качества и перспеIcrИВ дальнейшего развитИJI.
Учебное пособие предназначено для студентов физических фа культетов университетов и ВузОв lIНЖенерио-физического профиля,
специализирующихся в области медицинской физики; для студентов и ординаторов
медицинских
вузов,
специализирующихся
по
медицин
ской радиологии; для дипломироваинwi спеЦИaJIИСтов того же профиля
в рамках последипломного образов8ния. Предложения
~ведение ........................................... :.............. " ..............4 I<раТICая история развития ядерНОЙ медицины•...•••..... ~ .............. 5 ::;ические принципы ядерной медицины ...................•........... 8 офармпрепараты .... ,............................... '13 Радиодиагноетичес:кая .а " ............•... , ... .. ;п· , , .~ap ~................•.••....•......;••. '... ' .....21 . .рограммно-алгор~есICое сопр,овождение ядерной. медицины ............................ , ................... ,с.... " . 31 ГарантИя качества в яДе ной ме е ................. '" 'радИационная безопасл:Cn в'::: ;,;.~ .......................... ~ .... 37 клинич .', р дицине ....................... 40 3 ' еское значение JШq>НОЙ Медицины ........... " ................. .46 Саюпочение ............................................... '" .' ....,........................51 c::~~: :oкp~e~..... :.: ............................. ;,~ 5з H
'
н замечaDИJI по учебному пособию просим присы-
лать по е-шаН: ampr @com2com.ru.
'.
Рецензенты: Кафедра общей ядерной фu3uкu
физического факультета МГУ, профессор Ишханов Б. с.. Главный радиолог мз РФ. рук.
отделения
радионуклидной
диагностики
РКНЦ
РАМН,
профессор Сергиенко В.Б.
© Физический факультет Московского Государственного Университета
им. М.В. ЛOlfоросова, кафедра физики ускорителей высоких энергий
2001 2
•••••••• , ••••••
.......
т .:.,~. итер 'IY? ........ ··· ..,~· .... ·,.. ···, .. ····· .•. ,..................54 .ерминологичес:Кий ~ло~~ .............................. "7" ................ 56
3
Краткая история развития ядерной медицины ВвеДение
Первые этапы [20). Если начинать историю РИД и РИТ с ca~ Mых их фундаментальных основ, то нужно указать на отКрытие яв
в настоящее время в клинической медицине существует целый
ления радиоактивности, сделанное в
1896 г.
Г.Беккерелем, а также
ряд методов диагносТИI<И, основанных на визуализации патологи
на открытие (Х-
ческих и нормальных участков тканей тела человека с помощью
исследования разных типов, методов и технологий. Позднее появи
СклодовскоЙ. «OrцOM» метода меченых атомов, лежащим в основе рнд, следует считать Дж.хэвеши, КОТ~рЫЙ в 1924 г. с 214Bi (радИй С) изучал гемоциркушщию у животнЫх, а в 1935 г. он же исследо вал биораспределение ji.излучающего Р~Щiюнуклида 32р в тканях
дись методы ультразвуковой, магнитно-резонансной, термограф»
крыс с помощью коллимировавноrо счетчика Гейгера
различных физических агентов. По широте применения и диагно стической значимости на первом месте стоят рентгенологические
~еской и др. визуализации. Каждый из них обладает своими досто
,
~-и у -излучения, сделанное в
1898 г. М.Кюри
-
Мюллера.
Именно 32 р был первым радионуклидом, который был использован
инствами и недостатками, вследствие чего наилучший диагности
для PFLЦ на человеке с цельк> определения распространенности
ческий эффект достигается при их совместном использовании. В
опухолевого процесса в roловном мозге. с этой целью в ходе ней
этом ряду достойное место заняла и радионуклидная диагностика
(РИД), основанная на использовании различных соединений, ме ченных радионуклидами и называемых
рохирургической операции Миниатюрный детекторный зонд со
счетчиком Гейгера-Мюллера ВВОдИлся в ткани ~ловного мозга, и
радиофармnреnаратами
по уровню скорости счета импульсов хирург мог уточнять Границы
(РФП). Сначала РИД применялась только в онкологии, но вскоре
распространения опухолевого очага в этих тканя:х. В 1940 г. впер1311 Г аыи.лътоном б· . . вые по у-излучению. ЬШИ'-проведены ШУ1vо ис-
методы
РИД бьши успешно распространены и в кардиологию,
пульмонологию и др. разделы клинической медицины.
следования функции ЩИТОJЩЦllой железы.·
Почти одновременно с методами лучевой терапии, основанны
Эти радионyклидbl для PFLЦ сначала. получали на циклотронах
ми на дистанционном и контактном облучении патологических оча
(первый циклотрон разработал Э.Лоуренс в Беркли в 1928 г.), ПО их
гов с помощью различных закрытых источников ионизирующих из
лучений, бьш разработаа еще один метод лучевой терапии, осно
ванный на облучении подобных очагов путем введения в организм больного терапевтической активности РФП, Т.е. открытых источни ков излучения. Теперь этот метод называется радионуклидной тера
пией (РИТ). В современной научной литературе РИД и РИТ объеди няются термином ядерная медицина
(nuclear medicine).
полезный выход был слишком мал для широкого клинического ис пользования. Иовь~йэтапв развитии ради<Jфармацевтикинаступил с ПОЯWIевием ядерных реакторов, первоначально предназначенных
для получения плутония в военных целях. Иа реакторе в Окридже с конца 40-ых гг. был р:алажен синтез и медицинских радионукли
дов, прежде всего 32р и
Позднее был разработан ряд РФП с 8SS 1911 . чаетности, с r, ли, 59р е и др.
1311.
ДРУГИМИ'радионуклидами, в
Аппаратура. Однако оольiпие ·потсliциa.JiЬиые· возможности PFLЦ не былu.рщшизовlUЦ>I, ~ци бы не была разработана COQTBeтcт
вук>щая ~1УРадля
in yivo
регистрации распределеНия РФП в
организме челрвека. Такая апnЩ)атура' не могла функционировать на основе газоразрядных счетчиков вследствие их низкой чувстви тельности к у-излучению, и только с появлением сцинтилляционных
детекторов эту проблему удалось успешно решить. Впервые такой
детектор был ИСПОЛЬЗQван Б.Кассеном
vivo локализации 4
13I I,
(B.Kassen) в 1949 г. для in когдапри внутривенном введении 200 мкКи 5
1311
вся процедура заниМала 1,5 часа. В 1950 г. тот же Б.Кассен
смонтировал сцmrrилляционный детектор с кристаллом
13N 150 ,
и
l&...·
r,
- .'
.
а также некоторых других. Эra сложная техника не-
па
прерывно совершенствовалась, что позволилq в 80-ые гг. регистри
движущемся механизме, и это можно считать изобретением устрой
ровать и визуализировать уже 3-MepHЫ~ ра~Iфeделения РФП в орга
ства для медицинского радиоизотопного сканирования. Начиная с
низме человека.
NaI(Tl)
том
_liачиная с ~O-LIX IJ'.' блaroдаря бурному развитию компьютер
числе коллиматоры, детекторы, блоки электронного тракта и, в осо
ной техники появилась возможность совмещать ОФЭКТ., и ПЭТ
этого
времени,
сканеры. непрерывно
совершенствовались,
в
бенности, системы представления и визуализации зарегистрирован
ной ·информации. Но подлинную революцию в аппаратуре для РИД произвела разработка в камеры,
1958 г.
изОбражения с изобраЖениями того же пациента, поЛученного ме тодами рентгеновской компьютерной томографии (КТ), магнитно
Х.Энджером (Н.
представляющей
собой
Anger) так
называемой гамма
стационарный
ПОЗИЦИонно
чувствительный детектор у-излучения. Параметры гамма-камеры, в
резонансной томографии (МРТ) и т.Д ..Это позволило объединить
достоинетва РИД- и не.ра.дионyклидНblx методов визуализации и
тем самым получать качественно новую ана~мо-физиологическую информацию. .
В
том числе коллиматора, сцинтилляционного КРИСТ8JШа, фотоэлек
1955 г. г
был открыт ПРИRЦИПИальноц~вый раздел РИД . ".
РНД-исследовзИИJl.За его разработку Р. Ялоу
- in vi(R. Yalow) в [17]. Сиомо
тронных умножителей (ФЭу), светопровода и электронного тракта,
tro
были специально адаптированы для получения с достаточно хоро
1977 г.
шим пространственным разрешением планарного (IШоскостного)
щъю этого метода в пробах крОви, отобранных у пациента, обнару
проективного изображения пространственного распределения РФП
живают ничтожно малQе ('taкназываемые.исчезающие) концентра
получила Нобелевскую npeмию по медицине
ции самых различных веществ как эндогешlOГО происхождения, в
в организме человека.
РадвоФармацевтика
[27]. Дальнейшее развитие РИД бьmо свя
зано с качественным скачком в радиофармацевтике, который состо
ял в разработке (конец 50-ыхгг.) и широком распространении
(60-
том числе гормонов, ферментов, опухолевых маркеров и т.п., так и экзогенного характера - вирусов, лекарственных препаратов и т.Д.
Радвонуклидвая tel!аПRJI
[21].
Лечебное применениерадио
делениях РИД радионуклида ~c. Этот радионуклид уникален с
нуклидов. для РИТ началОсь' вскоре после открытия радиоактивно сти. Уже в 1900 г.ДэНлос (Р. Danlоs)впервые применил 226Ra для
точки зрения его функциональных возможностей в РИД, благодаря
лечения кожных заболеВаний. В течение последующих почти
чему· в настоящее время около
всех радиодиагностиче
только радий и радон применялись посредством инraляции, приема
во всем мире проводят с РФП, меченными
через рот, инъекций и ЛОI(IЩЪНЫХ aпIШИКaщIЙ для лечения, в основ
ые гг.) генераторных систем для синтеза непосредственно в подраз
ских исследований
80% - 90%
~c. Одновременно расmиpялся ассортимент РФП, которых в на стоящее время известно около
500.
Однако в клинике используется
не более нескольких десятков РФП, из которых широко в рутинной клинической практике применяют не более
15 - 20.
Новые методы. Практически одновременно, в середине
70-
ьц ГГ., в зарубежных клиниках появились первые серийно выпус
каемые установки для однофотонноЙ эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) и позитронной эмиссионной томографии
ном, онкологических.боЛЬiшx. с появлением искусственной радио ассортИмент терапевтических. РФП .расширился: в
активности
1938 г. для лечениябольныxейl<озомM б~ впервые использован 32р , в 1939 г.'- 1311 при леченШiрш щитОвидЦой железы, а ь 1962 г. 89Sr при паллиативной обезболивающей терапии костных метаста
зов. Позднее были предложены и .ztPYrие' терапевтические РФП, меченные
186r.. ISЗ I88R' 177L Р-у-излучателямике, ... s т, е, u и др., а также а,. 211 . 213·
излучающими радионуклидами
At и
(ПЗТ). Первые из них позволяют получить серию изображений ряда поперечных сечений тела человека при введении в организм РФП,
меченных у-излучателями типа 99mтc, а вторые - такую же серию при использовании позитронно-излучающих радионуклидов 6
II
40 лет
C, 7
Вl.
Физические принципы .ядерноЙ медицины Систематика РИЛ. Сущность
in vivo РИД-исследований может
быть выражена достаточно просто: после введения в организм РФП ~
,
с помощью радиодиагностическои аппаратуры частично или полно-
стью регистрируется 3-мерное пространственно-временное распре деление РФП в теле пациенга, по характеру и параметрам которого решаются те или иные диагностические задачи.
Основой систематики P~ является КЛJ.UD{Ко-диагностическая целевая функция. Если исследуется структурно-топографическое состояние
органов
и
тканей,
Т.е.
производится
их
РИД
визуализация, то диагностической целью является выявление и оценка распространенности патологического процесса. Это позво
ляет не только обнаруживать то или иное поражение и его рециди
вы, но и осуществлять дифференциальную диагностику заболева ний, правильно выбирать план лечения, своевременно его коррек тировать и оценивать его эффективность. Если оценивается функ циональное состояние органов и физиологических систем, то ос новная диагностическая цель
-
объективная количественная оценка
клинически скрытых нарушений исследуемой функции, а также оп
ределение функциональных сдвигов в ходе наблюдения за больным в динамике. В свою очередь, это позволяет не только правидРНО вы бирать план лечения, своевременно его корректировать и объектив нооценивать эффективность лечения, но и определять его побочное воздействие, а также прогнозировать течение и исход заболевания.
В. зависимости от особенностей физических механизмов гене рации и регистрации излучения можно выделить
2
типа p~: эмис
сионную РИД и трансмиссионную РИД. В каждом из них может происходить или не происходить npеобразование первичного, Т.е, испускаемого из молекул РФп, излучения во вторичное, Т.е. регист рируемое аппаратурой. В качестве примера отсутствия такой радиа ционной конверсии можно привести метод ОФЭКТ, когда испус
каемые из РФП у-квангы регистрируются детекторными головками
томографа. Хороший пример наличия
радиационной конверсии
-
метод ПЭТ, основанный на регистрации аннигиляционных фотонов, которые возникают после актов аннигиляции испускаемых из РФП
позитронов со свободными электронами в тканях организма. Что касается трансмиссионной РИД, то в качестве примера ме тода с отсутствием преобразования излучения можно привести ме8
i~Д двухфотонной абсорбциометрии с источнИкому':'Излучения Gd, где по различию поглощения у-квантов со средней энергией 100 кэВ и характеристического излучения с энергией 42 кэВ in vivo определяют радиационную плотность косТной ткани с целью диаг
н~стики остеопороза. Прим:ером трансмиссионной РИД с конверси еи излучения является неЙ:ТрОнно-активационныйанализ in vivo где
под воздействием пучка. нейтронов от внешнего и~ателя (ре;кто
раили радионуклидВОГО источника типа 252Сfили 23 Pu-Be) в тканях органи:ма возникаетliаведенная радиоактивность, по у-излучению
которои можно судить об элеменгном составе этих тканей. Возмож на также трансмиссионная РИД с двойной. конверсией, когда при
облучении терапевтическими nyчкaмитяжелых заряженных частиц или ионов в тканях органи3Ма возникает наведенная позитронная
радиоактивность, аннигиляционное излучение от которой регистри
.
руется методом ПЭТ.·
В шiане получения измерительной информации важна система
тика in vivo РИД в :ависимости ОТ xap~Ктepa регис.трируемых ре зультатов
измерении
пространственно-временного
распределения
РФП в теле пациенга. При выполнении наиболее часто встречающе гося первого вида РИД-исследований, называемого обычн() гамма топографией, измеряется только пространственное распределение РФП в 3 различных вариангах: };> одномерные гистограммы, например, в виде профильных кривых; };> планарные (плоскостные) изображения, которые не совсем праВИЛьно назьшают сцингиграфическими;
};> 3-мерные изображения пространственного распределения РФП, часто назьшаемые гамма-томографическими.
Если гамма-топография выполняется на гамма-камере, то ее на зывают ,статической сцинтиграфиеЙ. В гамма-ТQпографии обычно продолжительность измерений существенно меньше периода полу
распада радионуклида~метки данного РФП, а временное распреде ление РФП при таких· измерениях остается практически неизмен ным, Т.е. является стационарным.
Во
втором
виде
РИД-исследований,
называемом
гамма
хронографией, могут использоваться детекторы без позиционной чувствительности, позволяющие регистрировать только временную компоненту пространственно';временного распределения РФП. При этом
пространетвенное
распределение 9
РФП
в
ходе
гамма-
хронографии может быть как нестационарным, так и стационарным.
В
последнем
случае
имеет
место
частный
случай
чения, например, при бета-гама-топоrpафии на специализирован
гамма
ных установках с комбинированными сцщrrилляторами типа
хронографии, обычно называемый радиометрией. Если же гамма хронография
выполняется на гамма-камере, то ее часто называют
динамической сцинтиграфиеЙ.
сэндвич.
3.
риодических пространственных смещений органов rpудной клет
Однако в последнее время топографические и хронографиче
ки из-за биений сердца и дыхательных экскурсов получение вы
ские исследования все чаще объединяют в единое целое, называя
сококачественных РНД-изображений этих органов производят'в режиме синхронИ3ацЮl с определенными электрофизиологиче
топохронографиеЙ. При его реализации регистрируется временная компонента
пространственно-временного
распределения,
а
про
скими сигналами, чаще всего с электрокардиоrpафическими. Бла
странственная компонента регистрируется в виде серии 3-мерных
годаря этому, например, гамма-топографическое изображ~ние
изображений: систематизированных последовательно во времени.
миокарда можно получать в различных фазах сердечного цикла
Такая 4-мерная измерительная информация может быть визуализи
без искажений от его периодического смещения и изменения
рована в режиме кинопо:каза псевдообъемных изображений неста ционарного во времени и пространстве распределения РФП. Подоб ные
исследования
проводятся
ОФЭКТи ПЭТ.
на
современных
установках
для
.
Основные иривципы рид. Измерения распределений РФП в
та. Если используют позиционно-чувствительные детекторы, то поле формируют с помощью коллиматоров, которые устанавли
на
таких
детекторах.
При
радиометрии
и
гамма
хронографии всего тела и отдельных органов используются как
коллиматоры с широкой апертурой, так и защитные экраны. Сю да же следует отнести формирование поля за счет перемещения детекторов относительно исследуемых участков тела по линей
ным (например, при сцинтиграфии всего тела) или по круговым (при ОФЭКТ) траекториям.
2.
4.
для получения информации о функциональных резервах иссле дуемых органов и физиологических систем часто применяют так тельные, фармакологические, визуальные, пищевые и Т.П. При
мер - проведениеОФЭКТ перфузии миокарда с 201ТI_хлоридом в
Формирование поля у-излучения, испускаемого из тела пациен
ваются
формы.
назьmаемые нarpузочно-разrpузочные пробы, в том числедвига
организме основаны на 4 физических принципах:
1.
Синхронизация физиологическими сигналами. Вследствие пе
Дискриминация измеритеЛЬНQЙ инфор~ации. Наиболее важная из
состояниях покоя и при физических упражнениях (велоэргометр). Прпиии метода
in
in vitro
РИд-исследованиi
[17].
Основнойпринцип
vitтoРНД состоит в конкурентном связывании того ста
бильного
вещества
концентрацию количества
(эндогенного
которого
того
же
следует
лиганда)
в
определить,
вещества,
но
только
пробе и
крови,
известного помеченного
радИОНУКЛИДОМ,(меченого mmшда), с извеСТНЫ ftl .колич~ством СвЯЗLIВaЮщего агента (так называемого биндера): В радио иммунологическом
методе
в
качестве
связывающего
агента
рисунка 1,
используются антитела,.В методе радиоконкурентlIого связьmaния
связывающие белки плазмы крови, в радиорецепторном методе
подавления вклада рассеянных фотонов и предотвращения воз
природные клеточные рецепторы. как видно из специфически воспринимающие рецепторы биндера вступают во
никающего при этом ухудшения пространственного разрешения
взаимодействие
изображений. ДИскриминация у-излучения
гормоном, так и с его меченНЬJМ радиоактивностью аналогом, вве
них проводится по энергии регистрируемого у-излучения с целью
бывает также: по
как
с
исследуемым
веществом,. например,
с
месту регистрации фотонов в сцинтилляционном кристалле с це
денным в пробу крови.
лью улучшения импульсной загрузочной характеристики детек
конкуренция за рецепторы, Т.е. за (<посадочные места», на молеку
тора; по времени регистрации излучения, например, в виде вре
лах биндера. Ясно, что чем больше исходное содержание эндоген
менного отбора регистрируемых импульсов совпадений от анни
ного немеченного лиганда в пробе крови, тем меньше молекул его
гиляционных фотонов при ПЭТ; по типу регистрируемого излу-
радиоактивного аналога будет захвачено биндером.
10
Между обоими
11
веществами возникает
О
000 000 0000
После инкубации смеси от несколькихминyr до не
о
•
.
о о
РадИОфармпрепараты
••
'"
Выбор РФП для РЩ [12, 27]. Иа выбор того или иного РФП
сти от специфичности иссле
для решения конкретной клинико-диагностической задачи оказы вает влияние целый ряд факторов: клиническая целевая фушщия
дуемого
исследования; отсутствие химической и радиационной токсично
скольких
суток
в
зависимо
антигена
состояние
наступает
стц; характер транспорта РФП в организме; устойчивость радиоак
динамического
равновесия
npоцессов
заня
Me~eHOГO лигандов
с
•
рецеп
торов биндера. Далее npоизводится разделение свобод. -
,.:=...
ной И связанной радиоактив-
~
ностей
ных
~ О (JqJt:p ••!pOM_Nl'.
с помощью различ-
сорбентов,
1 )j
•
тия и удаления немеченого и
000 0'0 000 • О
.~'}i
~'f"-" щ""'""l .
i ~
.а
центри
фугирования,хроматографии и т.п. Последний этап техно
логии
in vitro
анализа
-
ра-
диометрия связанной радио- L
_ _ _ _ _ _-====::::::....____--'
активности и сопостав-ление
ее результатов с эталонной кривой,
полученной
в
Рис.!. Принципиальи3JI схема радиоимунолоrяческоro анализа
(in vitro)
тивной метки; Прост<;rrа приготовлен:ия..РФП и его цспользования; стоцмость и достушщстьв. условиях конкретной. КЛИНlfКи и Т.д .
Обобщая все эти факторы~ нужно констатировать, что оптималь ным для данных дцагностических исследований является тот РФП,
который позволяет получить максимум диarnостическойинформа ции при непревышении· установленных пределов доз внутреннего
облучения больных и при доступной стоимости.. .' Все применяеМliJе в;.,щ . .viyo РНД-исследо.ваIlИЯХ РФД,можно классифицировать по неско~ким различным основаниям. С:roчки зрения физических основ РНД важны следующие КЩlсс~фикации: ~ РФП транзита, проходящие через исследуемый орган транзи том в ходе измерений, и РФП удержания, которые накапли
ваются и(или) удержищiются в ЭТО~ органе за JOT же интервал времени;
~ РФП, остающиеся в сосудистом русле в xo~e и;змерений после
ре
зультате анализа со стандартным содержанием исследуемого веще
их введения в организм.. и РФП, проходящие через гематотка
ства.
невой барьер за тот же интервац времени;.
Принципы РИТ
[22].
Физические принципы РИТ не имеют
какой-либо особой специфики и основаны не на ДИ~НOC'I'IfgeCко~ а на терапевтическом применении РФП. В рутиннои клиническои практике
предварительное дозиметрическое
планирование
РИТ
производится точно так же, как и в РИД, Т.е. выбирается опти мальный РФП, вводимая активность которого рассчитывается на
основе ориентировочных данных по егобиораспределению B~гa низме. При уточненном же дозиметрическом планировании вводи
мая активность определяется по реЗУльтатам РИД-визуализации
распределения выбранного РФП в патологических образованиях и в окружающих тканях у конкретного больного.
~ 3) РФП, накапливающиеся в патологических очагах (позитив ная визуализация <(Горячих» очагов), и РФП, накапливающие
ся только в нормальных ткаНях (негативная визуализация «хо лодных» очагов). Последнюю характеристику РФП называют иногда тропностью или аффинитетом (например, туморотроп-
ность; нефротропность :и т.п:).
..
.
дельных ~олекул, например 67Ga-щrФiпа, 99mTc-дИфосфоната И др.; отдельных
...
микрочастиц,
.'
например
99mT с-коллоида,
99mтс
-
микросфер альбумина, ~C-MaкpoaгpeгaTa и I~R.; отдельных кле
ток, например меченных 99m>yc эритроцитов, 12
,.
Используются РФП с широким диапазоном 9tJiЗИК~химических свойств в том числе в вИде: ионов, например Тс04 , ' ' . 133 lлт 150 123! и др.. отдельных атомов, например Хе, I'I, и др.,. от-
антител и др.
13
I-моноклональных
Выбор радИОВУКЛВдОВ
lIJUI in vivo рвл [6,12,25].
Рассмотрим
дительных потерь активности за интервал времени от момента из
основные требования, которые предъявляются при выборе опти
готовления РФПдо момента ьведеmiя: его в оргаНИзм пациента.
мального радиону:клида для РФП в
из них является тип излучения: радионуклид должен обладать дос
Последнее отсутствие как нежелательных радиоактивных при месей другихтребо~е - радионуклидная и радиохимическая
таточно высоким радиационным выходом фотонного излучения и
чистота, т.е. радионуклifдов и других радиоактивных изотопов ос
in vivo
рид. Наиболее важным
отсугствием непроникающего корпускулярного излучения, которое
новного радионуклида, так и основного радионуклида в нежела
не выходит из тела пациета наружу и полностью поглощается в
тельных химических формах соответственно. Наличие радионук
его тканях, не давая нИкакого вклада ьдиагностическуюинформа
лидных и радиохим:ических примесей приводит не только к ухуд_
цию. Наилучшим образом это обеспечивается ДЛЯ радионуклидов,
шению качества визуализации и, следовательно, точности диагно
распадающихся путем иэомерного перехода при отсугствии эмис
СТИКИ, но и к неоправданному повышению лучевой нагрузки на па
сии ~-излучения, например ~c, хотя: при этом испускается неже
циета.
лательное корпускулярное излучение в виде короткопробежных
электронов Оже и внугренней'- конверсии. Аналогичным образом, невысокий выход подобноГо корпускуЛЯрного излучения имеет ме сто также для радионyюmдов, претерпевающих ~-распад путем за хвата орбитального электрона с одной из электронных оболочек радиоактивного атома.
Второе основное требование реmc'rpируемого
-
оmимальная величина энерГии
1- или характеристического излучения.
Она долж
на быть такой, чтобы фотоны Чрезмерно не поглощались и не рассеивались в тканях организма. С другой стороны, энергия фо тонного излучения радионyюmда должна обеспечить оптимальное
сочетание чувствительности и пространственного разрешения при визуализации распределения РФП в организме. Весьма желательно,
чтобы радионуклид иМел 'бы только' едЙнственную линию pemcт
При гамма-топографи.и с мечеными моноклон~ными антите лами· (так называемой радиоиммуносцинтиграфии) возникает спе цифическое требование, которое состоит в отсутствии радиотокси ческого воздействия короткоnpобежного корпускулярного излуч~ ния радио~а-метки на биологические ~арактерис~, глав
ным образом, на иммунореактивность собстВенно самих монокло нальных антител.
В таблице.1 приведена полезная;
vivo
in
РИД с теми РФll, которые поступают в подразделения РИД в
виде, уже готовом сразу ДЛЯ введения в организм пациента. В
табл.
2
npиведена подобная информация для генераторных радио
нyклидных систем, позволя:ющихготовить РФiIнепОсредственно в подразделениях РИД.
рируемых 1-кванТ<:)в; в противном случае конкурирующие линии
должны иметь низкий 'выход и меньшую энергию, чем у фотонов
основной линии. Б~о установлено~ ,ЧТО' ~. ~речивым требованиям оптимально соответствует энергетический 'диапазон от 100 до 200 кэВ. . .
Не менее важна такая радиацио~~изическая: характеристи ка, как период полураспада радионуклида~ С одной стороны, он не
должен быть слишком большим, чтобы, лучевая нагрузка на паци ента не превышала предельно-Допустимую. С другой стороны, он не должен быть короче продоJDicителыюсти измерений во избежа ние необходимости введения поправки на радиоактивный распад
при обработке результатов измерений и значительных непроизво-
14
информация, необходимая
при npактическом ИСПОЛЬ3QJJaНИИ различlЩX. Р8ДJfонуклидов для
15
Таблица
Таблица
1
Радиациоино-физические характеристики радиовуклидов для
с использованием генераторных систем
in vivo радиовуклидной диагностики
с централизованно изготовляемыми радиофармпрепаратами ФотоlПlое излуРадио-
Период полу-
нуклид
распада
\le
чеlПlе
Е (кэВ)
n(%)
13N 150
20,4 МIПI 10,1 мин 2,02 мин
511 511 511
200 200
18F
109,8 мин
511
194
~ler
27,8сут.
58ео
70,8 сут.
320 511 810 1110 1290 93 185 137 264 280 514 151 171 245 159 364 90 63 177 198 72 208 72
9,8 30 99 56
59ре
67Оа
45,1
сут.
78,3
ч
75Se
118,5 сут.
8>Sr 115"'Кr
64,7 сут_ 4,5 ч
llIIn
2,8 сут.
IZJI
13,3 ч 8,04 сут. 5,2 СУТ_
13'1 133:хе
'69уь
30,7 сут.
,~
7,4ч
201Тl
73,5
Ч
44
39 23 57 60 25 99 75 91 94
83 82 36 45 22 36 108 12 90
Корпускулярное излучение
Тип рас-
Е....,.
пада
(кэБ)
13+ 6+
970 1210 1700 635
п(%)
ПерИОД по-
До'lCpllИl!
РерИОД полу-
радионуклвд
лураспада
радионytcJIIIД
распада
Области применения
"Са
4,5 сут
41Sc'
"'Fe
8,3ч
sъ.мп·
21,1
МIIII
6Ic3a
. 68,1
МRи
Фотонное
КОРПУСJCYЛJIIЖое
е
3,3 сут
]60
USr
26сут
~S МIIII
"'Мо
~
66,7ч
6,05ч 1,66ч
511 1434 511 511 . 140 393
'30,6с
262
области npи-
иэ.пучelПle
Е (кэВ) п(%) Тип
13 193 100 176
.192
э.з.
90
И.п.
65
И_П_
6s
КоП.
W
в.. 0(%)
440
13
ПС,ОФЭКТ
Р·
549
ioo
ПЭТ
Р·
1910
88 79 100 100
пэт
э.3.
/3-
277
100
пе
Э.3.
-
100
пе, ОФЭКТ
э.3.
-
100
пе,ОФЭКТ
-
100 100
пе,ОФЭКТ
100
пе,ОФЭКТ
инств:
606 346
100 90,4 100
пе ОФЭКТ
~ самых рaзJlИЧНЬpt с 4ro.·Jl()'МОЩЪЮ можно метить ех
э_з_
-
100
пе, ОФЭКТ
э.3.
-
100
пе,ОФЭКТ
э.3.
-
100
пе, ОФЭКТ
э.3.
/3+
-
~
ПЭТ ПЭТ ПЭТ
ОФЭКТ
э_з_
э.3. э_з.
13-
13-
-
lIЭSп
Шс:ут
lИmнg
41,6сут
I"",лu
пе
пе, ОФЭКТ пе,ОФЭКТ
-
-
пэт ПС,ОФЭКТ
ПС,ОФ~КТ
100
ОФЭКТ
Прнмечавие: э.3.
-
испускание у
- Jl8CdlWf8дИОRyЮIида путем зaxвau орбитального электрона; и.п. - кванта ~oгo перехода; 13- - распад радионуклида с испусканием
электронов; ~+ - распад P!WI~ с испусканием позитронов; Em.x - ыаксимальная энер гия спсктра l3-излучения~ ~ - ta8lecТВo испускаемых l3-частиц и фотонов на 1 акт распада; пе
и.П.
сут
-Тс Ш"'ш
пе,ОФЭКТ ПЭТ,пе,
211
менeниs
(кэВ)
474 -
13+ э.3.
ПЭТ
- захват орбитального электрона; Em.x - максимальная энергия спектра l3-излучения; п% - количество испускаемых l3-частиц и фотонов на 1 акт распада; пе - планарная сцинтиграфия. ЛИНИИ у-квантов, характеристического излучения и В-распадов с выходом n < 10% в таблице не указаны. Примечание: э_з_
Материнский
100 100 100 97 3 100 15 85
13+
2
Радиационно-физические характеристики 'радиовуклидов . для in vivo радионуклидной диагностики
-
планарная сциНтнrp8фИJI. .Лрни у-квантов, хараю-еристического нзлучения и
13-
распадов с выходом n < 1~1I:тaБJuщeне.уазаны.
Техвечий-99gl- .,..'радиоиухлид в РIЩ
[5,15]. Как уже отмечалоеь,.в in-,:НS<:овершенно уникальное 'положение зани мает радионукяид. .. _-,с. ОЦиаходится вне конкуренции с другими радио нуклидами б~удачному сочетанию целого ряда досто
temper (т.е. ': '.' шинство фармпрепа~ов - от самых простых (элюат ~' .' .'. !';раст80Р пертехнетата . ТсО4) до самых срочно) подавляющ
сложных' (MOHOIцiO~ антитела); уже известно свыше таких
200 такщ.РФП; . ~ отсУТС1'ВуеТ~-~е~:rro позволяет резко снизить лучевую на rpузку на i Пацисlfl'8l:'С ._"~"
~ период п9лУРасriад~-r'(ti~~tRаса) обеспечивает, с ОДIfОЙ стороны,
стабильносТЬ скорости сЧета импульсов при измеренияХ обычной продолжительности
(5 - 30
мииyr) и, с другой стороны. праlCТИЧе
ски полный радиоактивный распад введенного в оргаIfИЗМ
1- 2
99mTc
за
суток· после инъекции РФП; Это также «работает» на сниже
ние лучевой нагрузки;
~ энергия единственной у-линии 9~c (140 кэВ) соответствует опти мальному компромиссу между поглощением кваlПОВ в теле паци-
ента и высокоэффективной регистрацией сцинтилляционным кри сталлом стандартной гамма-камеры; ~ сравнительно невысокая стоимость изготовления и эксплуатации 99mтс., генераторов
~ доступность генераторов 99 м о-99mтс для любых подразделений РНД благодаря налаженной системе регулярных поставок;
Радионуклидный генератор 99 мо-99mтс (см. рис. 2) представляет собой стальной цилиндрический контейнер со съемной крышкой, в середине которой находится стеклянная или пластмассовая колонка,
окруженная свинцовой защитой от у-излучения. Внутри колонки со держится сорбент (оксид алюминия или силикагель ), на котором
прочно адсорбирован материнский радионуклид 99мо. При промыва нии колонки физиологи раствором
давая
выходе
на
ся также дополнительные требования:
дить К снижению связывающей способности биндера, связывающе
го эндогенный и меченый лиганды, в чаСТНости, иммунореактивно сти;
~ радионуклид должен прочно входить в молекулу меченого лиганда и не покидать ее на всех технологических этапах
invitro
РНД
анализа;
~ с целью повышения чувствительности радиометрии должна быть Всем эти ПРОТИВОRечивым требованиям наиболее всего удовле
ентом) происходит обмен
- и 99mTc 0 4- ,
энергия излучения, период полураспада). Однако к ним предъявляют
обеспечена высокаЯ удельная радиоактивность метки.
(элю
ионами Сl
оrпимальными радиационно-физическими характеристиками (тип и
~ радиационное воздействие радионуклида-метки не должно приво
~ простая технология получения элюата 99mт с из генератора.
ческим
Выбор радИОНУКЛВДОВ.ДЛЯ in vitro рид [12, 17].Как и в in vivo РНД-исследованиях, ради()нуклиды для in vitro РИД должны обладать
творяет радионуклид 1 51 (период полураспада 60 суток, захват орби тального электрона 100%, характеристическое излучение теллура Те со средней энергией 28 кэВ); гораздо реже используются низкоэнер~ 3н 14C. . гетические .... -излучатели и
элюат
99mтс В виде пертехнетата натрия Nа+(9~сО4)-'
Выбор РадИОНУКЛвдОВ ДЛЯ РИТ
Для элюирования на иглу
[12, 14, 28].Основным критери
поме
ем выбора РФП дЛЯ радионуклидной терапии (РНТ) является отно
щают флакон с элюентом,
шение уровней накопления опухоль/ ткань. Чем выше это QТНОЦIение,
а
тем выше доза внутреннеro облучения патологического очага при за
входного
на
иглу
канала
выходного
ка
вакуумированный
данном уровне толерантного облучения как окружающих, так и ос
пустой флакон, куда вса
тальных нормальных тканей организма. Поэтому, в отличие отРНД, в
сывается элюат под избы
РНТиспользуют исключительно P-излуЧающие радионуКлиды и, в
точным давлением из ко
последнее время, а-излучатели. Желательно, ч:rобы наряду с интен
лонки, промываемой
по
сивным непроникающим излучением такой радионуклид имел бы ма
элюентом.
лоинтенсивное у-излучение. Хотя это и приводит К небольшому до
нала
-
ступающим
Через
10 - 12
нераторе
снова
вается
99mтс,
можно
снова
накапли
то позволяет с помощью планарной сцинтиграфии или ОФЭКТ осу
И
ществлять дозиметрическое планирование РНТ, контролировать и
тогда
повторять
процесс элюирования (так называемую
«дойку»
ге
нератора на радиологиче
ском жаргоне).
полнител~ному облучению всех нормальных тканей организма, но за
часов в ге
Рис.
радионуклидного генератора 99 мо _ 99ттс 1 - флакон с элюентом; 2 - игла вхудllого канала;
корректировать распределение РФП в теле больного, а также оцени
2. Устройство
вакуумироваllllЫU флакон С. защитои; го канала; 5 - мембранныи фильтр; щита; 7 - колонка с сор6ентОАI
46-
вать дозы облучения в патологических очагах.
3-
игла выходно сви//цовая за
.
Энергия Р- и а-частиц в РИТ, как правило, некритична. Период полураспада не должен быть слишком велик, чтобы не вызвать чрез
мерное нежелательное хроническое облучение нормальных органов и тканей, куда радионуклид может попасть за длительное время вслед-
18
19
ствие медленных обменных процессов. Но слишком короткий период
Радиодиагностическая аппаратура
полураспада создает крайне неравномерный режим облучения, что
приводит к снижению терапевтической эффективности РНТ. Опти мальным значением периода полураспада для РНТ считают время от
нескольких часов до нескольких суток. Наконец, РФП для РНТ дол
жен отвечать многим из тех же требований, что и для
in vivo РИД:
от
сугствие химической токсичности, устойчивость при метаболических
превращениях, прочность фиксации радионуклида-меткИ в молекулах РФП, стерильность, апирогенность и Т.д. Хотя достаточно большое
количество радионуклидов имеет радиационно-физические характе ристики, весьма удобные для РИТ, их широкое использование сдер живается
отсутствием
подходящих
для
создания
соответствующих
РФП химических и биологических носителей, обеспечивающих тре
буемые макро- и микрораспределения РФП в облучаемых патологи ческих и нормальных тканях и в организме в целом. В табл.
3
приве
дены полезные для практики РИТ радиационо-физические данные по соответствующим терапевтическим радионуклидам.
Таблица
3
Радиационно-физические характеристики радионуклидов для РИТ
Радионуклид
32р
89
Sr
9оу
I09Pd
l66
Re
Au
2,7ч
ио
18~e 188 198
211
At
7,2
ч
Тип рас-
Em.х(I<ЭВ)
п(%)
в-
1710 1463 2270 1030
3.3.
э.Оже
в-
а.
606 720 1810 2110 1720 960 5868
3.3.
э.Оже
100 100 100 100 100 90,4 100 100 96 100 100 41 59
пада
в-
-
-
вв-
5,2 139 82 28 5,4 10 15 96
IГ
в-
В в-
В
-
физическая
Т.е.
гамма
топографическая установка с неподвижным
позиционно
чувствительным
детектором
у-излучения (см. рис.
3).
Приццип действия гамма-
камеры ясен из рис.
4.
Рис.3 Общий вид типичной гaMMa~KaMepы
Из тела пациента у-кванты от РФП через
коллиматор попадают на сцинтилляционный детектор. Параметры
коллиматора обычно выбирают так, чтобы обеспечить попадание .
"1I
излучения из каждого элементарного объема источника на соответ-
ствующий достаточно малый элемент чувствительный поверхности
тоты актов взаимодействия у-квантов с веществом детектора, Т.е. в
установка
планарное распределение сцИНТилляционных световспышек. Свя занный с детектором электронный тракт преобразует последова
Реактор Реактор
Генератор
тельность импульсов от детектора в гамма:'топографическое изо
Реактор
бражение.
Реактор
Коллиматоры
Реактор
Реактор
распад радионуклида с испусканием электронов; а.
-
Реактор
у-юлучения
Реактор Реактор
Ускоритель
а. -
- частиц и фотонов на 1 акт распада; 1э. Оже - испускание низкоэнергстических
20
SA(X,
у,
z).
Она определяется как средняя частота реги
стрируемых импульсов при размещении такого источника в точке
частиц; Е тах - максимальная энергия спектра ~-излучения; п% - количество испускаемых р электронов Оже.
Основной характеристикой колли
все ост~льные, является чувствительность к точечному источнику
Реактор
распад радионуклида с испусканием
[4,12,13,25].
матора и детектора в целом, с помощью которой можно определить
Прнмечанне: 3.3. - распад радионуклида nyreм захвата орбитального электрона; ~-
частиn, а.
гамма-камера,
при
РНД стала
распределения РФП в проекuионное 2-мерное распределение час
88 28 364 100 81 135 155 412
47 ч 27 Ч 3,8 сут 16,7 ч
Sm
основным
in vivo
детектора. Тем самым осуществляется преобразование 3-мерного
64ч
8,04сут
I53
бором в
получения,
-
6Осуг
прекратился,
Технология
-
1311
мораль~о уста
рели, и их серийный выпскK
ние
14,3 сут 52,7 суг
1251
После того как радионуклид ные сканеры
Корпускулярное излуче-
п(%)
ч
13).
чение
Е (кэВ)
13,5
[4,
Фотонное излуПериод полураспада
Гамма-камера
А(х, у,
7)
перед коллиматором детектора гамма-камеры, использу
ются также показатели чувствительности прибора к линейному
S,(x, z},
плоскому
S,.{z) и объемному Sy(h) источникам, которые
определяются соответствующиVl интегрированием.
для
. n(x') = по ("1 + ш' cos 21tVX'), где по - средняя частота следования импульсов. Функция передачи
>однодетекторной
системы
функция
измеренная плоскости
в
Z,
SL(X, z),
модумции ФПМ
некоторой
преобразОDaRИе функции SL(X,
достаточно хо
рошо описывается функцией Гаусса. функция. Sp(z) при выделении
КОJIJIИМатором
практически
парaллe,JI~НОГО
'представляет собой нормированноеФурье.-
ФПМ(v,Z)
=
ш' 1ш
'=
j
'-
z):
.
SL(X,Z)cOS21tvxdx/1 SL(x,z)dx.
-
Требования высокой чувствительности и минимально возмож
. пространственного
ного
разреше,НИЯ взаимно J1Pотиворечат друг
потока квантов уБЫвает с
другу, и ДJIJ: обеспечения
глубиной по экспоненциаль
коллиматоры различных конструкций (см. рис.
ному З8ICоиу
равным
9
ос
лабления у-из.nyчевия в мао:
териале исследуемого объек та; в частности, в воздухе для
идеального коллиматора
SF =
const для всех z. Оценку ного
пространствен
разрешения
детектора
5).
Наиболее часто
прJiменяемый .плоскопар8JШелъныЙ КО.JIЛИ14атор содержит до не
показателем~,
коэффициенту
компромисса между ними используют
Рис.4. ПРИJfЦИIIИмьная блок-схема Г8Мыа-хамеры
скольких тысяч паР8JШельно расположеiIНЫX каналов:-отверстий.
ТолщИНа ritфегород~(сеnты) между каналaмit и ИХ1lИСПО опреде ляются энергией у':':кВ8Итов: НИЗlWЭнергетическиеICOллиматоры
J-
корпус детекторной голoвкu; qIOmoэлeюrtpOННЫU умнo:ж:uтелu;
3456-
KOJUIJIМfJ1nOP;
имеют тонкую септу.1I большое количество отверстий; чем больше
cцuнтUЛJIJЩUОНЫюl кристалл;
толщина т,акого КОJIJIИЩl.тора, Т.е. чем длиннее каналы; тем ниже
78-
CJ«:meAlll npeдcmавленUR данных; usoбriaжеНJlе UCCJIeдveJ.югo OlJ2tJНQ
2-
линейный усилитель с сумматором; 0ltI1J/f1ImyднblU селектор;
чувствительностъ~ но тем и меньше, Т.е. лучШе, пространственное
'. :' .
разрешение.
,
Принеобходим.~ визуализации протяженных объектов (на
наиболее часто производят по ширине ПИКа функции чувствитель
пример, вся груднаякретJCa) ИСПОЛЬЗУЮI' диверге~ные КОllJПlМато
ности Sл и
ры со слегка ~ходюднмися от детектора каналами. При обратной
SL
на половине его высоты (английская аббревиатура
PWНМ). Однако такой параметр дает ~ информацию о мини
ситуации,
мально различимом расстоянии между jJJJумя точечными или ли
структуры (например, .ЦЩТQВИДНУЮ' железу); целесообразно приме
нейными источниками соответстВенно. Но наиболее важным свой ством систем гамма-топографии является способность передавать
когда· -lЩ)6ходимовизуализировать·
'. ,малоразмерные
пять конвергеlI'Г1Ще колщwaторы, у которых каналы сходятся К ис
без искажений информацию о всем характере пространственного
точнику. В настоящее- ~ дивергентные lfo.JIщlма-ro.pы npaмeWI ются редко, т.к. У COB~eнныx гамма-камер раз-..еры кристалла
распределения радионуклида в объекте.
достаточно велики,. а для исследований ~размерных объектов
Эго свойство оценивают с помощью так называемой функции передачи модуляции (ФПМ), которая представляет собой отноше ние глубины пространственной модуляции изображения ш' к глу
типа
IЦIЦОВИДНОЙ
т.
ПIЦIXOoJIЬНЫИ
железы и~ц~ наз,
~
бине модуляции активности источника ш. В качестве тест;,.объекта
коллиматор,
обычно используют одномерное распределение в виде плоского ис
точечной апертурой.
точника с плотностью активности
AF,
меняющейся по синусои
дальному закону с частотой v(плоская волна): Ар(х) где А ~
-
= A~ ( 1 + m cos 21tvx),
средняя плотность активности плоского источника.
Тогда частота импульсов
n,
регистрируемых прибором, меняется
по аналогичному закону:
22
Его' можно
т.е.
• ш I-I I !!/ I ~'.' ос
, ~~ :.
1 - ' _, _ _
с
.~--
·~\li7/:&I .".. ./n.... _
O~PU,
теризоватъ как :част
ный случай коввер-. гентнОГО тора ным
." ,. Рис.S. КОЛJJИМaторы ДПJl raмыa~Kaмep . единствен- а - nлоскоnараллелыlыt;; б - дивергентный; в - nU/IXQЛыmu (с
. КО.jЩlfМ8-
С сходящимся
К точечнoU апертурой);
23
z - конвергеuтиый
источнику каналом; по конструкции он близок к известной в опти
ке камере-обскуре. Обычно в комплектацию гамма-камер включа ют пинхольный коллиматор,
3 многоканальных
плоскопараллель
ныхколлиматора с высокой разрешающей способностью для у квантов низких, средних и высоких энергий и
1
многоканальный
плоскопараллельный коллиматор с низким пространственным раз решением и высокой чувствительностью для у-излучения низкой энергии.
Кроме чувствительности,
пространственного
разрешения
и
ФПМ используются также и другие тестовые характеристики: про странственная
неоднородность
чувствительности,
линейность
функции отклика, размер поля зрения, быстродействие и Т.д. РегистрацlUl информации
[12,13,16,25,28].
При попадании в
сцинтилляционный кристалл у-кванта возникает световая вспышка, под воздействием которой на анодах всех ФЭУ одновременно по являются
выходные импульсы, амплитуды которых тем выше, чем
ближе расположен данный ФЭУ к точке возникновения сцинтил ляции. Совокупность этих импульсов в узле линейного суммирова
ния электронного тракта перерабатывается в
нала (Х, У) и
1 нормирующий
сигнал
2
координатных сиг
С целью улучшения про
(Z).
Т.к. коллиматоры неизбежно ухудшают чувствительность де тектора, то их просто исключают, заменяя физиче.скую коллима
цию электронной коллимацией на основе использования модуль ной конструкции детекторной головки
[23, 25].
В таком матричном
детекторе каждый чувствительный элемент представляет собой ма
лоразмерную сборку из сцинтиллятораСsI(Тl) в оптическом кон такте с полупроводниковым диодом из аморфного кремния, интег
рированную с блоком микропроцессора. Поперечные размеры каж
дого элемента такой детекторной матрицы порядка
1 мм и
ОФЭКТ
(flat рапеl) составляют
менее.
[19, 25, 28].
В современных клиниках рутинные гам
ма-камеры уже уступили свое место установкам дЛЯ ОФЭКТ, кото рые по существу являются теми же гамма-камерами, но с качест
венно новыми функциональными возможностями. Такие томогра фические гамма-камеры, наряду с возможностью работы в обыч
ном режиме планарной сцинтиграфии, позволяют также получать послойные изображения распределения РФП в параллельных друг другу плоскостях, перпендикулярныx
сти детектора (см. рис.
чувствительной
поверхно
6).
С целью визуализации такой серии соседствующих друг с дру
странственного разрешения координатное суммирование импуль
гом поперечных срезов тела пациента конструкция штатива делает
сов от ФЭУ проводится С весами, пропорциональными относитель
ся не стационарной, а подвижной, в которой обеспечивается вра
ному телесному углу, под которым данный ФЭУ виден из точки
щение детекторной головки гамма-камеры по замкнутой траекто
сцинтилляции. Нормирующие Z-сигналы поступают в дифферен
рии (круговой или
циальный амплитудный селектор, который пропускает далее на
тической)
компьютер только те
ной оси телап~щиент~ ле
из
них,
амплитуда которых
соответствует
полному поглощению у-квантов в кристалле. Если Z-сигнал удов
жащего
BOKRyr на
эллип
продоль
специальном
летворяет такому условию отбора, то координатные сигналы Х и У
консольном ложе. В основе
также пропускаются на компьютер, где на дисплее формируется
принципа
гамма-топографическое изображение распределения РФП в объек
графа лежит компьютерная
те измерений.
реконструкция
Основные направления в разработке новых детекторов для
действия
томо
3-мерного
это повышение чувствительности, улучшение про
изображения расцределе ния РФП по набору. его 2-
странственного и временного разрешения. Это достигается путем
мерных проекциЙ.(Обычно
гамма-камер
-
Каж.ца. проекция
увеличения световыхода на один акт взаимодействия, повышения
16 - 64.).
скорости
представляет собой обыч ное 2-мерное изображение,
высвечивания
сцинтиллятора
ского разрешения.
и
улучшения
энергетиче
полученное
24
при
Рис. 6. Общий вид однофотонного JМИССИОIНЮГО компыотерн()l'{) 'IOМOI-ршj)
опреде-
25
ленном угловом положении блока детектирования на траектории его перемещения вокруг тела больного. Проекционные данные для
каждой проекции детектора в течение
0,5 - 2 мин накапливаются в
тельно небольшие размеры и автономную передвижную радиа.ци
онную защиту (рис.
7).
Все технологические процедуры на нем ав
памяти компьютера, после чего электропривод поворачивает блок
томатизированы и фактически не требуют вмешательства операто
детектирования в следующее угловое положение, и происходит на
ра в процесс синтеза позитронных излучателей.
копление проекционных данных для следующей проекции. Про
граммное обеспечение однодетекторного томографа позволяет за
один оборот детектора на 3600 получить полный набор проекцион ных данных; для 2-детекторных такой набор получают за пол
оборота, Т.е. 1800, а для 3-детекторных - за 1/3, т.е. 1200. Далее на
Облученные мишени поступают в автоматизированную линию для
радиохимической
очистки,
выделения
позитронно
излучающего радионуклида, экспрессного мечения РФП, контроля
их качества; ра.сфасовки и, в ряде случаев, автоматизированного введения заранее рассчитанной порции РФП в тело больного путем
компьютере с использованием сложных алгоритмов про изводят ре
внутривенных или внутриартериальных инъекций или инфузий,
конструкцию 3-мерного изображения распределения РФП в орга
либо путем инга.ilЯЦИИ радиоактивных газов или аэрозолей.
низме. Сочетание возможностей 2-мерной статической и динами ческой сцинтиграфии с возмОжностью проведения 3-мерной и даже 4-мерной визуализации (т.е. получения серии 3-мерных изображе ний последовательно во времени) делает однофотонные томографы наиболее универсальным и широко применяемым средством изме рений в арсенале РИД.
тия поднялась РИД с появлением высокой технологии и серийно выпускаемых установок для позитрон ной эмиссионной томографии
(ПЭТ). Как уже отмечалось, наиболее часто используемые пози тронно-излучающие радионуклиды !I C, 13N, 150, !8F имеют очень короткие периоды полураспада (от
2 до 110 мин). ; "'" "':'mmHi1~.i
синтезировать
непосредственно
в
гических тканях, постепенно сбрасывая свою энергию и удаляясь
от места своей эмиссии на
Поэтому их не-
'
"
клини
При этом массы покоя электрона и позитрона превращаются в
энергию
аннигиляционных квантов, равную по
2
тающихся
от точки
Далее
кванты
регистрируются
эмиссионного томографа (рис. ных параллельно гу
кольцевых
дится
ка
пучками
протонов
или
дая
нообогащенных
детекторами
позитронного
Он обычно представляет собой
8).
с
Каж
содержит
десятков
ляционных
не
сцинтил
детекторов,
обычно с матрицей кристал
ИЗОТОП-
мишеней.
ложе
пациентом.
сборка
сколько
дейтронов
соответствующих
консольное
лежащим
YCKopeHHI>IX
на
детекторных
пускаются малогабаритные
выполняется бомбардиров-
кэВ, разле
друг дру
Разработаны и серийно вы которых
511
противоположных
расположен
сборок, внутрь которой вво
на
в строго
правлениях и выходящих из тела пациента наружу, если только не
ческом центре, Т.е. побли
применения.
аннигиляции
претерпят поглощения в нем.
зости от места их диагно
ЩfКЛОТРОНЫ,
В конце своего пробега он
этого происходит акт аннигиляции, Т.е. их взаимного уничтожения.
совокупность
стического
0,5 - 3 мм.
встречается с обычным электроном, который имеет точно такой же по величине, но отрицательный электрический заряд. В результате
ПЭТ [23, 28, 30]. Иа качественно новую ступень своего разви
обходимо
При каждом акте радиоактивного распада позитронного излу чателя испускается один позитрон, который замедляется в биоло
циклотрон с автономной
радиационной защитой для наработки позитрон-
у скоритель имеет сравни- но-излучающих радионуклидов
лов размерами 8х8 германа
та висмута
BGO
и с
4
ФЭУ.
В последних моделях ФЭУ заменяются
на
Рис.
8. Общий
вил ПОЗlпронного эмиссионного ТОМОI-рафа
высокочув-
26 27
ствительные фотодиоды. Противо-оложные детекторы в каждом кольце включены на регистрацию совпадений импульсов от ФЭУ
или фотодиодов. Благодаря этому на дальнейшую обработку про пускаются только те импульсы, которые возникают одновременно в паре противоположных детекторов от пары соответствующих ан
нигиляционных фотонов, полностью поглотившихся в сцинтилля ционных кристаллах.
На компьютере, входящем в комплектацию серийного томо
графа, по совокупности всех зарегистрированных совпадений с полным поглощением энергии фотонов в детекторах производится реконструкция ПЭТ-изображений примерно по тем же алгоритмам,
что и в ОФЭКТ. Результаты реконструкции представляются в виде серии изображений последовательно расположенных поперечных срезов тела пациента, а в последнее время
-
в виде единого
3-
мерного ПЭТ-изображения исследуемого участка тела. Обычно на детекторных сборках устанавливают плоскопарал лельные коллиматоры. Однако с целью повышения чувствительно
сти ПЭТ коллиматоры могут быть вообще удалены, и тогда совпа дения от косо распространяющихся фотонов регистрируются с де текторов, расположенных уже не в одной, а в нескольких соседних
кольцевых сборках детекторов. Это приводит к резкому возраста нию
не только чувствительности, но В, ICсожалению, импульсной
загрузки детекторов и электронного тракта и, следовательно, к су
щественному росту случайных (ложных) совпадений, из-за чего ухудшается качество ПЭТ -визуализации. Чтобы не допускать тако го ухудшения, используют специальные алгоритмы 3-мерной ре
конструкции и проводят ряд мероприятий по улучшению быстро
действия томографа.
В связи с высокой стоимостью ПЭТ -центров и, в особеimости, позитронных томографов, в последнее время БLIЛИ развернуты исследования
по
дорогостоящих
и
испо~анию
F-фтородеоксиглюIC.ОЗОЙ. Благодаря
ile
ты возникает проблема дискриминации большого числа случайных
(ложных) совпадений. Менее выгоден однофотонный режиМ'реги страции этих квантов, т.к. необходимо использовать специальные коллиматоры большой толщины для жесткой коллимации авниги ляционного излучения, чья энергия
(511
юВ) существенно выше
таковой у тех радионуклидо~, которые обычно используются при
ОФЭКТ. Из-за этого чув~итеЛьность подобиыхдетекторов ста новится слишком низкой и плохо соответствующей совремеНIIЫ,М
клиническим требованиям.
.
, Другой путь усовершенствования' аппаратуры для ОФЭI<Т -
обеспечение возможности проведения так" называемой мульти эмиссионной томографии. В ее основе леЖит использование сэн двич-сцинтилляторов, в которых два разнотипных СциНТИЛJIЯтoра
находятся в оптическом контакте. Один из них, ближайший к' ис
точнику излучения, предназначен дJiЯ регистрации фотонов от обычного РФП; вместо обычного NaI(Т1) здесь используЮт ортоси ликат ИТlpия YSO со светоВЫХdДоМ до 120% от такового для' NaI(Tl). Другой кристалл, блиЖайший к ФЭУt предназначен для ре гистрации проmедЩеro через YSO аннигиляционного излучения от позитронно-излуЧаЮщего РФП; здесь применяют ортосилиicaт лю
теция LSO с плотнocтыо 7,4 г/см3 , тогда как плотность NaI(Tl) со ставляет только 3t67r/~M3. Для регистрации сцинтилляций от YSO и LSO используется IIiIojHO упакованная планарная сборка из ФЭУ с квадратными фотокатодами или матрИчН3яtборка из Фотодиод
ных считывающих элементов; сигналы от YSO Ii LSO разделяются в элеКТР6НОМ тракте по длительности высвечивания. друтаи аппаратура
[13, 22, 28].
Помимо гамма-камер, томо
графов для ОФЭКТ и ПЭТt в РИД ИСПОдЬЗуется в другая радиоJ;Щ
однофотонных
агностическая аппаратура. Это, прежде, .всеГОt клинические радио-
TOMoгpa'~B для работы.:с. ~нно-излучающими РФП, прежде всего с
включают на совпадения, от регистрируемых в
этих детекторах аннигиляционных фотонов; в таком режиме рабо
менее
существенно
БОЛее. распространенных
против друг друга и
слишком малому
,.
метры разлиЧJlого назначения:
}о> т. наз. <ЩО~калибраторы», прещшзначенные для контроля ак
обладающий
тивности фасовок при приготовлении РФП и представляющие
уникальными возмо~остями дЛЯ РИД в онкологии, можно транспортировать из·' !W-ценгров В другие клиники, рас положенные на расстоянии не более 30 - 50 км. для работы в таком
собой, как правило, колодцевые детекторы на основе иониза
периоду
полураспада
(110
мин)
этот
РФп,
режиме используются установки дЛЯ ОФЭКТ с
2
ционных камер с газовым наполнением высокого давления;
детекторными
головками, которые размещают напротив друг друга и
включают
29
~ радиометры для оперативного измерения активности проб
крови, отбираемых и измеряемых непосредственно в ходе
Программно-алгоритмическое сопровождение
гамма-хронографических исследований; ~ автоматизированные радиометры для последовательного из
ядерной медицины
мерения активностей большого количества предварительно
приготовленных образцов при
in vitro РИД-исследованиях;
~ радиометры всего тела и отдельных органов со свинцовыми
фигурными экранами, предназначенные, например, для
in vivo
Все методы обработки и анализа ядерно-м~.цицинскоЙ правления:
исследований скорости клиренса 1Срови от нефротропных РФП, для изучения функции всасывания тонкой кишки и Т.д. За последнее время был налажен серийный выпуск установок для интраоперационной радиометрии с зоидовыми полупроводни
ковыми детекторами у-излучения. Они необходимы для определе ния локализации и оценки уровня накопления мелкодисперсного
99ШТс-коллоида в т. наз. «сторожевых» лимфатических узлах, рас положенных по ходу лимфотО~ от первичных опухолей типа ме ланомы или рака молочной железы. По результатам такой интрао перационной радиометрии решается вопрос о необходимости хи рургического удаления пораженных опухолевым процессом лим
Фоузлов или проведения их прицельной пymщионной биопсии. Ранее широко использовались радиоНУЮЩЦНЫе сканеры, у ко торых коллимированный детектор
телом
у-излуч:~ния перемещался над
пациеща по траектории типа тещ;визионной развертки.
Вследствие того, что они уступали гaмм:a·~epaM по пространст
венному разрешенmo и, самое главное, поl;qюдолжительности из мерений, сканеры теперь стали морально устаревшими и уже не
выпускаются. Аналогичная ситуация имеет место и с установками для гамма-хронографии с несколькими коллимированными детек
торами, не обладающими позиционной чувствительностью. Вслед
Формирование РНЛ-изображениЙ. Оно имеет кардинальное
значение дЛЯ ОФЭКТ и ПЭТ, где процедура формирования (рекон
струкции)
изображений по проекционным данным является не
просто составной частью измеритеЛЬНОГО1IpOцесса, а его основным
и наиболее важным технологическим этапом. Исторически первым появился класс алгоритмов реконструкции, называемый обратным
проецированием фильтрованных проекций
[19, 25, 30].
Математически это описывается следующим образом .. Пусть
с(х, у, ным
z) - удельная активность РФП в объекте с локальным линей коэффициентом ослабления фотонов Jl (х, у, z) в системе ко
ординат ХОУ для определенной энергии используемого излучения.
для другой системы координат Х'ОУ'
в той же плоскости, что и
ХОУ, находящейся под углом е к ней~ регистрируется проекция р(х', е). Тогда реконструкция проективного изображения вдоль оси у' есть:
Р(х', е) = FT -1 { FT [р (х', е)] . FТ [ь( х' )]}, где FT и FT - символы прямого И обратного преобразования Фу 1
рье соответственно, а
h(x') -
выбранная функция фильтрации. Та
кая формула отражает геометрию точечных детекторов с линейной
коллимацией вдоль оси у' при отсутствии поглощения фотонов,
с~ие невозможности визуализации с их помощью пространствен
сто явля~ся идеализированным приближением. Реально же
ной компоненты распределения используемого РФП в теле пациен
р(х: о) есть:
та, подобные установки также морально устарели и практически не
используются,
за
исключением
случаев
необходимости
гамма
хроiюграфии участков тела сложной конфигурации типа исследо ваний головного мозга.
ин
формации можно подразделить на следующие стратеГJj:ческие на
р(х ~ о) =
jj с ( х ~ у ~ z? ехр [-
1 (х ~ У ~ J.i
z? dy') dx 'dy ~
а оценочное распределение с (х', у') вычисляется по формуле:
c(x~ у?
26
=
f P(x~ В)d8,
где х'= х cosB + у sin8.
о
В этих алгоритмах используется множество различных мето
дик фильтрации, сглаживания и введения поправок на ослабление и
30
ных алгоритмов
рассеяние у-излуч~ния, а также на ПРОСТРaliственную неоднород
ность функции чувствительности детектора. 'Основное его досто инство -' высокое быстродействие, что позволяет формировать ОФЭКТ- и ПЭТ-изображения практически в реальном масштабе
тивном режиме;
};> цифровая фильтрация изображений
-
цедуры собсUJel.lно, реКQНСТРУКЦИИ;. имеется множество алго ритмо~ фильтрации, в которых используются фИЛЬ',l'pы раз
возникновение аРтефакТов с отрицательной
плотностью счета в областях изображений с низкИми значениями
личнои мощности, и с Различными частотными характеристи
накопления РФП и с положительной плотностью счета в областях
вообще с отсyrcтвием накопления РФП.
IqiМИ, оптимальные по различным критериям; в планарной
'
сцинтиграфии
Эти алгори~ы все чаще заменяются на итерационные,ОСНО
максимизации математического ожидания сто
хастической функции максимума правдоподобия, основанный на
ственного разрешедия детектора;
введении уточняющей мультипликативной поправки к предыдущей
[19, 28, 30]. их главное достоинство - высокая точность реконструкции, особенно в областях с пЛохой статистикой плотно~ с!и счета импульсов, а недостаток - значительное возрастание про~ должительности вычислений вследствие слабой сходимости про
цесса итераций. Этот недостаток уже успешно решается путем ис пользования как
мультипроцессорных
систем, так
и
новых
про
Трансформации РНД-изображениЙ. Она детализируется в за В,исимости от цели преобразования изображений:
};> ,алгебраические преобразования изображений, в том числе суммирование и вычитание кадров, пороговая отсечка плот
ности счета сверху и(или) снизу (например, для вычитания т.
наз. тканевого фона), построение профильных, гистограмм;
/
окружающие ткани путем поро
гового или нелинейного контрастирования; наиболее важной здесь является процедура попиксельного
жений при исследованиях с
2
вычитания цзобра
различными РФП и при радио
иммуносцинтиграфии;
};> вь~еление и точное определение границ и объемов очагов аномального накопления РФП, различных органов и анатоми ческих структур; для этого используется множество различ-
32
};>
автоматизированн:ое введение различных" методических по правок [22, 23], в том числе: науказаннущ зависимость; с це лью компенсации артефщсгов, возникающих вследствие спон танных движений тела пациента и его отдельных органов (сердце, легкие и т.п.); на гетерогенные неодн:ородн:ости ос лабления у~излучения в теле пациента; на «размывающее»
влияние эффекта комптоновскогорассеяния у-квантов на про странственное разрешение, контрастность и точность количе
граммно-алгоритмических средств.
повЫшение отношения очаг
редко
ОФЭКТ и ПЭТситуация обратная, благодаря чему здесь фильтрация ПОЗВОЩIет надежно скорректировать пространст венную зависимость функции чувствительности и простран
так называемой байесовской стратегии. из них наиболее популяр~
бражения
фильтрация, используется
ции О пространственном распределении РФП в объекте; при
формации о распределеиии РФП в исследуемом объекте на основе
оценке при получении последующей оценки формируемого изо
цифровая
вследств»е недостатка априорной и измерительной информа
ванные на различных пonxодах к использованию априорной ин
ным стал алгоритм
[1, 16], которая может вы
щ)лнятьсякак отдельн:о, так и непосредственно в рамках про
времени, в том числе и по неполной системе проекционных дан
ных. Недостаток
так называемой сегментации изображений,
которые реализуются либо автоматичесКИ,либо в интерак
ственного картирован:ия распределения РФП; на наложение спектров у-излучения при сцинтиграфии или ОФЭКТ с
2
раз
ными РФП, меченными различными радио нуклидами; с це лью определения глубины расположения исследуемого орга на; с целью учета временного разрешения позитронного томо
графа на основе определения вклада случайцых совпадений; на радиоактивный распад ультракОРОТКОЖИВУЩИХ радионук-
,
лидов и т .Д.;
).-.параметрическаявизуализация [9, 14]; она состоит ~ переко ДИровании исходных изображений, сформированн:ых в терми нах плотности счета импульсов от детекторов, в изображения,
Выраженные в физиологически содержательных терминах, в том числе скорости накопления РФП, среднего времени его
транзита и удержания в исследуемом органе, объемной СКОРО-
33
сти КPOBOТO~ транспортных констаНт камерных моделей и т.д.; параметрическая визуализация может вьmолняться и в
где а ij
-
транспортные константы модели, характеризующие
скорость переноса РФП из i-ой камеры в j-ую. Эта система линей
терминах формальных параметров без к-онкретного физиоло
ных, дифференциальНЫХ уравнений первого порядка дополняется
гического содержания, например, в терМинах амплитудных,
начальными условиями:
частотных
и
фазовых
параметров
Фурье-разложения
q 1 (О)
при
оценке пространственной согласованности движений стенок
= 1,
q j .. 1 (О) =
О
и системой так называемых измерительных соотношений: т
миокарда;
N,,(t) = Ihkiqj(t) , k = 1' .... ' n;
~ представление изображений в виде, удобном для визуального восприятия и облегчения экспертного анализа изображений;
например, режим псевдообьемной визуализации прm.iеняется для повышения точНости выявления аномалий и планирова ния хирургическoro вмещательства; режим кинопоказа позво
ляет в режиме реального времени визуализировать 3-мерные движения стенок миокарда на основе резу.льтаroв ПЭТ с ЭКГ синхронизацией;
~ обработка результатов РИД-исследований функционального состояния органов и систем на основе математическоГо моде
лирования транспорта РФП в организме пациента
[13, 14]; та
nS
;:!
где
N
А:
пуАСОВ для
т,
(t) - временная гистограмма зарегистрированных им k -ой области интереса на изображении исследуемого
участка тела;
h ki -
функция объемной чувствительности детектора
к активности
q i (t)
В
k - ой
области интереса. Сущность обработки
еоотоиr в определении априорно неизвестных числовых значений системы транспортных констант
{а
ij } по результатам измерений
{N'k(t)}.
.'
Авализ РIШ-изображеиий
[4].
В .особое направление необхо
,l(имо выделить объективный анализ изображений посредством их
кая обработка позволяет вве зависимости от геометрии и ре
компьютерной классификации на основе различных методов тео
жимов измерений и с учeroм априорной информации о про
рии распознавания образов без и с предварительнь~ обучением
странственно-временном распределении
РФП
в
организме
К1.IRссификатора по верифицированной выборке изображений. Наи
вычислить совокупность диагностически информативных и
боJiее часто применяется автоматическая классификация на основе
физиологически содержательных параметррв, характеризую
так называемых генетических алгоритмов, реализуемых на искус
щих исследуемое функциональное состояние; разработаны
етвеШIЫX нейронных сетях с самоадаптирующейся структурой сис
различные алгоритмы идентификации параметров линейных и
темы распознавания, что обеспечивает наилучшую точность распо
нелинейиых камерных, ЦИрКУЛЯЦИОШlЫX, пространственно
знавания для РИД-исследований конкретного типа.
распределеШIЫX и других математических моделей транспор
Мультимодальиаи визуализации
[19, 25].
В 9О-ые п. сфор
та РФП с определением оценок погреmностей этих парамет
мировались в виде отдельного направления
ров и с формированием соответствующих параметрических
принципы, алгоритмы и технологии компьютерного совмещения
изображений.
мультимода.;lЬных. изображений, Т.е. полученных разными метода
и бурно развиваются
Наиболее используемым является математический аппарат ли
~ лучевой диагностики у одного и того же пациента. При этом,
нейного камерного анализа. Если активность РФП в i.;,оЙ камере
щ'цравило, ОФЭКТ- или ПЭТ-изображения совмещаются с рент
(т.е. в какой-либо обособленной анатомической или физиолomче-
гено~ми
ской структуре) есть q i (t), то: т
. .
qj(t) = Laij(t)Qj(t), j:J
i,j == 1, ... ,т,
(КТ-)
или
магнитно-резонансными
(МРТ-
) томоt1щфическими изображениями, Цель такого совмещения обесче~ние достоверной анатомической привязки ФИЗиологических данных посредством пространственной подгонки структурно-анатомических КТ - и МРТ - •изображений с высоким пространственным
разрешением
к
функциональным,
Т.е.
физиологическим, ОФЭКТ- и ПЭТ-изображениям со сравнительно 34
35
изображениям со сравнительно невысоким rфocтpанственным раз
решением. Такая подгонка проводится с помощью либо системы опорных точеЧНЫХ маркеров, yкpeII.JDieMЫX. на поверхности тела
пациента в анатомически информативных точках и хорошо визуа
~ создание и внедрение в клиническую практику банков и баз Рид- и РНТ-данных;такие банки изображений и другой ин формации в норме и при типичных патолоtиях особенно эф фективны для повышения тОчности диагностики и качества
лизируемых обоими методами (т.е. РИД и не-РНД), либо различ
терапии, для обуЧения и переподготовки спеЦиалистов, в том
ными программно-ашоритмическими средсТвами по системе внут
'числе и с использованием локальных· и глобальных компью
ренних опорных точек, т.е. собственных анатомических ориенти
терных сетей.
ров тела пациента.
КомпьютериэаЦ!IЯ теиюnогических процессов. Она все ши
ре проводится В подразделеиияхРНД с целью повышения эффек тивности РНД:
Гарантия качества в ядерной медицине
~ использование персональных компьютеров и соответствую
щих
программных средств для формирования и обработки
изображений, в том числе и 3-мервых, для расчета вводимых активностей РФП и лучевых нагрузок на пациентов, учета по
лучения и расходования РФП, накопления, хранения и удале
ния радиоактивных отходов, унификации форм диагностиче ских заключений и другой медицинской документации и т.п.;
» разработка и внедрение компъютерных систем архивирования и передачи изображений (САПИ), полученных разными мето дами лучевой диагностики, в том числе и методами РИД;
функционирование таких САПИ невозможно без предвари тельной разработки и применения эффективных алгоритмов и программ для конденсации изображений, особенно 3-мерных, что позволяет хранить больщие массивы данных и воспроиз водить архивированные изображения без ухудшения их каче ства и потери диагностической'Информативности; ~ создание и внедрение в клиническую практику локальных
компьютерных сетей, охватывающих частично или полностью диагностические и лечебные подразделения данной клиники и соединенных через модемы или оптоволоконные коммуника
ции с такими же сетями других медицинских учреждений;
здесь особенно актуально использование мультип~цессор ных систем, позволяющих резко повысить пропускиylO спо
собность сети ДЛЯ большого количества различных ~адач лу
чевой диагностики от разных пользователей, в том числе и при передаче данных через Интернет;
36
РадиоФармпрепараты [27]. Проблема гарантии качества в РИД и РИТ состоит в разработке, стандартизации и· клиническом J$недрении средств, методов и комплексных программ контроля и
IЦ)выmения качества собственно РФП и технологий их изготовле НИJ{, измерительной аппаратуры и вспомогательного оборудования,
собственно
РИД-
и
РИТ -технологий
и
программно
;~оритмического обеспечения для них.
В частности, для гарантии качества радиофармацевтики разра .ботана система стандартизованных на международном уровне (ВОЗ, МАГАТЭ, МЭК и др.) технол<~гий контрол.я качества РФП на всех этапах их изготовления и применения. При этом РФП контро лируются по следующим характеристикам: радионуклидная чисто та; удельная активность; концентрация радиоактивности; радиохи
мическая чистота; показатель рИ; изотоничность; дисперсность частиц (для коллоидовимакро- и микроагрегатов); стерильность; апирогенность. для всего ~TOГO помимо клинического радиометра
фасовок РФП необходимо также оборудование для радиохромато Графин, микроскопии размеров частиц РФП и контроля стерильно АШ~
,
СвмитиграФия [26]. для статической планарной сцинтигра фии разработана такая же система специализированных и универ сальных фантомов, позволяющих контролировать все основные ра
бочие характеристики гамма-камер, в том числе ПРОС1.ранственное разрешение, однородность функции чувствительности (дифферен циальной и интегральной), размеры пикселов, отношение сигнал
37
/
шум, линейность функциИ ОТклика (импульсной загрузочной ха рактеристики), пространственные дисторсииизображения и т.п. В соответствующих методических рекомендациях регламенrиpoваны
содержание и периодИчность проведения процедур контроля каче
ства. В рамках различных международных "национальных про
грамм гарантии качества . IIpOводятся взаимныe межлабораторные
сравнения результатов статической сцинтиграфии для простых
геометрических и сложных антропоморфных фантомов. Разработа ны и эксплуатируются компьютерные программы для регулярного
проведения
в
автоматизированном
режиме
или
с
минимальным
вмешательством медиЦШIСКОГО физика всех предписанных реко мендациями процедур коiпpеля качества на oCRoBe объектно ориентированного подхода. Такие рекомендации и программы уже начали включать в техническую комплектацию серийнЫх гамма камер.
В существенно меньшей степени разработаны и пока не уни
фицированы средства и методы контроля качества динамической сц-интиграфии. Из достижений можно отметить только разработку
серии
специализированных
динамических
фантомов.
Поэтому
здесь необходима разработка универсального физического фанroма
цов детекторных головок оси их ротации, спектральное «загрязне ние» эмиссионных данных от у-излучения трансмиссиоmюго ис
точника, рассогласованность временного дрейфа выходных сигна
лов детекторных блоков, стабильность скорости счета случайных совпадений и т.д. Особого внимания требуют разработка и внедре ние ПрОграммно-алгоритмического обеспечения контроля качества радиодиагностических технологий, в том числе и контроля качест ва программ и процедур компьютерной обработки РИД-данных.
Что' касается проблемы гарантии качества РИТ, то ВО многом ~",ЩlCВатное решение определяется научно-методическим уров
'-Щ'М решения той же проблемы для РИД. Это обусловлено тем, что ДQ.ЗЮdетрическое планирование РИТ практически полностью бази руется на предварительном РИД-исследовании каЖдого конкретно
.~ больного с тем же РФП, но с введением не терапевтической, а
-.юro меньшей диагностической активности. Контроль качества coQcтвeннo радиотерапевтических проце.ztyp требует создания
ЦUIМ и отдаленным последствиям и клинической эффективности
~~.
и соответствующеГо ему математического фантома для контроля
качества всех этапов динамической сцинтиграфии с обработкой ре зультатов на основе математического
моделирования транспорта
РФП в таком физи~еском фанroме. Эмиссионная компьютерная томография
[26, 28].
Гарантия
качества ОФЭКТ и ПЭТ является значительно более сложной про блемоЙ. Хотя уже появились первые 9Тандартизованные програм
мы контроля качества и целый ряд универсальных и специализиро ванных фантомов различной степени сложности, проблему еще нельзя считать полностью решенной. Во многом такое положение
обус~овлено большим разнообразием конструкций и pe~OB ис пользования томографов дЛЯ ОФЭКТ и, в особенности, для ПЭТ. Кроме того, помимо параметров, подлежащих копгролю-iЬu( и для обычной гамма-камеры, здесь необходимо дополнителыю контро лировать и регулировать такие характеристики, как ТОЧНОСТЬ сле-
. дования заданной программе перемещения детекторных головок, совпадение центра реконструированного изображения с центром механического вращения детекторов, степень параллельности тор-
38
06-
mщ,ных банков и баз данных по технологиям, а также по ближай
39
Радиационная безопасность в ядерной медицине
Уровень распространенности и клинической применимости со временной ядерной медицины во многом обусловлен состоянием ее радиационной безопасносrn для пациентов, персонала, населения и окружающей среды
[10,11].
ДJIЯ данного РФП, и зависят от rnпа излучения, испущенной энер гии излучения на
1
акт распада, массы органа,;,мишени и конкрет
нойгеометрии облучения, т.е. размеров и формы ЭТИХ органов и всего тела пациента, которое обычно при расчетах рассматривается К8I( единый орган-источник и(или) орган-мишень.
Накопленная активность Ан является обобщенной характери Cf11IКOЙ кинетических закономерностей транспорта данного РФП в организме и зависит от начальной активности в органе-источнике,
Радиационная безопасность пацвентов. В настоящее время
периода физического полураспада и количественных характери
лучевая нагрузка на пациента, которому с диагностической или те
,8I'ИJ( транспорта РФП в организме. В общем случае для накоnлен
рапевтической целью вводится РФП, может быгь легко рассчитана
ifIOй к моменту времени
по вполне доступным по своему физичесI«>Мy уровню для врача
радиолога табулированным данным. В свою очередь, эти данные
.
о
. .е
формализма - математического аппарата дозиметрии внутреннего облучения от инкорпорированных радиоактивных соединений, в
жи» в момент времени
тельно рассчитанным методом Монте-Карло средним поглощен
,
AH(t) = fаи(i) d-r,
являются результатом эффективного применения т. наз; МIRD
том числе и РФП [24]. Он основан на вычислении доз в органах мишенях при их облучении от органов-источников по предвари
t активности Аи (t) можно записать:
ан(1) есть текущее значение активности в органе-источнике
'[.
В реальных расчетах верхний предел ин
tmpирования обычно заменяется на бесконечность. для S-фактора имеет место следующая зависимость:
S ( М ~ Н)
=
k(m м) -}
L
L1 i Ф JM ~И),
i
ным дозам в органах-мишенях на единицу накопленной активности
FAO mм - масса рассматриваемого органа-мишени; L1j
в органах-источниках с учетом динамики накопления и выведения
,IМВновесной дозы, равная полной энергии, которая излучается на
РФП из последних.
акт распада для i-ой энергетической линии у
Кратко напомним существо метода. Усредненная по объему органа-мишени <<М» поглощенная доза
D M является суммой вкла
дов D (М ~ И), обусловленных у-излучением всех органов источников «Н»:
Dм=LD(М~И) и
для определения величины DM целесообразно представить каждое из слагаемых D (М ~ Н) в виде произведения:
D(M~ и) = Ан· S(М~И),
где Ан
- накопленная в органе-источнике активность РФП, равная полному числу ядерных распадов в этом органе; S (М ~ и) - так называемый S-фактор, т. е. поглощенная доза в органе-мишени
«М» на единицу активности, накопленной в органе-истОчнике «Н». Величины S-факторов объединяют всю чисто физическую ин формацию о радионуклиде, который использован в качестве метки
40
.JDfДa; 'pi (М ~ и)
-
-
-
константа
1
излучения радионук
поглощенная фракция, т.е. доля испущенной в
opmне-источнике «Н» энергии i-ой линии излучения, которая пол КОСТЬЮ поглотилась в органе-мишени «М'»; k-константа пропор циональности, величина которой зависит от используемой~истемы
е.циниц. Если mм
выражена в КГ, энергия
-
в Дж, то
k = 1,
и
.Б-фIlIcrOР вычисляется в Гр. Первые расчеты по такой методике бьщи проведены МIRD комитeroм Общества ядерной медицины США (Medical Intemal Radiation Dose Committee) для. математического фантома так назы ваемого «условного человека» МКРЗ. Впоследствии аналогичные
раечеты были выполнены для математических антропоморфных
фантомов уточненной структуры для взрослых и детей в возрасте О,
1,5, 10 и 15 лет по различным версиям программы MIRDOSE, по следния из которых доступна через Интернет [29]. Полученные в обширных расчетах результаты был обобщены и табулированы в официальных рекомендациях МIRD-комитета, в
41
Публикации 53 МКРЗ и в Приложении к Публикации 62 МКРЗ. Поскольку эти документы не переведены на русский язык и мало доступны, в таблице 4 собраны наиболее современные данные по удельным эффективным дозам облучения от наиболее применяе мых у нас в стране РФП. Умножив соответствующее значение из таблицы на вводимую пациенту активность РФП в единицах МБк, можно получить достаточно точную для клиники оценку эффек
тивной дозы облучения больного в единицах мЗв
[8, 10J.
Радиационная безопасность пациентов обеспечивается цeлJdМ комплексом мер. Основным из них является выбор оптимальной активности вводимого РФП, которая должна обеспечить получение
достоверной диагностической информации при минимально воз
можном уровне облучения организма. К другим факторам относят ся: отсугствие наруmениiJ технологий введения РФП в тело паци
ента (например, предотвращение. экстравазального введения при внугривенной инъекции РФП); выбор оптимa.tIЬных параметров и режимов работы радиодиагностической аппаратуры; оптимальное размещение пациентов с уже введенными РФП, ожидающими сво
ей очереди на проведение исследований перед диагностическими
кабинетами, с целью минимизации наружного облучения каждого пациента от других больных; надежная иммобилизация пациента в ходе измерений;- инструктаж больного после окончания исследова
ний по ускорению выведения РФП из организма; соблюдение не превышения установленных контрольных уровней Bнyrpeннero об
лучения пациента при РИД-исследованиях. Эти уровни по эффек
тивной дозе составляют:
1) 250 мЗв
в год для пациентов категории
АД, Т.е. с Оliкологическим заболеванием, с подозрением на него или при проведении РИД по жизненным показаниям;
2) 50 мЗв
В
год для пациентов категории БД, Т.е. с 'остальными заболеваниями;
3) 5 мЗв
В ГОД для пациентовкатегории Вд, Т.е. при проведении РИД-исследований с научными или профилактическими целями.
42
Таблица
Эффективные дозы внутреннего облучения пациентов различного возраста
при внутривенном введенни радиофарМliрепаратов из расчета на единицу введенной актнвности, мЗв
I
МБк
4
Радиационная безопасность персонала. В подразделениях РИД она также обеспечивается целым комплексом мер
[10, 11].
И
здесь в его основе лежиr применение оптимальных технологий для
подавляющего большинства рутинных РИД-исследований, позво
ляющих минимизировать ()БЛучение персонала на всех технологи
лytreНИJl персонала отделения радиоизотопной диагностики состав
ляет до
1,47 мЭв в год, причем эти дозы варьируют в диапазоне от 0,83 6,24 мЭв в год.
ни процедуры, приводящие к возрастанию продолжительности кон
Рgиациониая безопасность населения Для обеспечения ра диационной безопасности отдельных лиц из населения, находя .ЩJЦСЯ в контакте с больными при РНД- и РИТ-процедурах, суще
такта с активностью до и после ее введения пациенту, а также
сТвуют методики оценки доз облучения таких лиц от пациентов,
ческих этапах. При этом оБЫЧНQ исключаются затянутые во време
процедуры с заметной вероятностью возникновения радиационных
t.fP'Фрым с диагностиqескими или терапевтическими целями введе
аварий. Предотвращение попадания
.~,рФП. Это относится как к сопровождающим паЦиента наРНД .едование и участвующих в нем лицам (например, для удержа ~. ребенка в неподвижности в ходе измерений), так и к родствен .~ таких больных. В частности, разработаны методические ре :~ндации по оценке уровня облучения и мерам по снижению
радиоактивносТи в орriurnзм
работающих при приготовлении, транспортировке, введении РФП пациентам, а также при сборе и удалении радиоактивных отходов
обеспечивается строгим соблюдением правил работы с открьrrыми источниками
излучений, в. том числе. и применением средств ин
дивидуальной и, реже, коллективной радиационной защиты. Уже
.FI'O уровня для родственников таких пациентов, в том числе и
разработаны и используются, хотя далеко не всегда, высокочувст
~. младенцев при грудном вскармливании. Такие рекомендации
вительные и эффективные средства и методики контроля радиаци
,FННО актуальны при амбулаторном режиме проведения РИТ в
онной обстановки в помещениях лабораторий РИД и отделениях
:~ с высоким уровнем неизбежно возникающих радиоактивных
РИТ, рутинной индивидуальной дозиметрии ~- и у-излучателей, а
~~нений предметов гигиены, белья и одеЖды при выведении
также неоперативного определения у лиц из персонала содержания
аварийно инкорпорированных или хронически поступающих в ор
сожалению, на вопиющей безграмотности населения в вопросах
ганизм радионуклидов.
Что касается собственно уровня профессионалъного облуче
~нского'использования источников ионизирующих излуче-
качестве метки для различных РФП, прежде всего, к ~c;
ЩIЙ Jfeпрежде всего, по физическим основам такого использования. &JtТY8ЦИЯ усугубляется еще и «постчернобылъским синдромом», ~~рый обусловливает практически повсеместную радиофобию. Ч· В;~чение нужно отметить, что разработанные к настояще
повышение вводимых пациентам активностей разных РФП, обу
"; времени
словленное все более широким использованием короткоживу
рапевтических процедур с РФП обеспечивают надлежащий уро
щих
~НЬ радиационной безопасности не только пациентов. персонала,
ния, то в настоящее время имеют место
2 тенденции:
1. постепенный переход от чистых ~-излучателей типа 32р и от сме шанных ~-'У-излучателей типа
2.
~. из организма больного. Выполнение рекомендаЦий, да и в це ,Р отношение к ядерно-медицинским процедурам, базируется, к
и
1311
ультракороткоживущих
к чистым у-из~ателямв
(прежде
всего,
позитронно
излучающих) радионуклидов и внедрением в клинику установок
для 3-мерной визуализации методами ОФЭКТ и ПЭТ. Обе эти тенденции действуют разнонаправлено: с одной сто роны, снижается лучевая нагрузка на кисти рук у персонала, но, с
другой стороны, несколько возрастает уровень облучения всего те ла не только у процедурных медсестер, но и у всего остального
персонала. По данным многолетних наблюдений службы радиаци
онной безопасности Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина Р АМН, среднее значение эффективной дозы
стандартизованные технологии диаmостических и те
~ения, но и окружающей среды. При любых радиационных
~. в подразделениях РИД и РИТ массивный выброс радирак ~ в окружающую среду принципиально невозможен, по ~ " ющее большинство используемых в ядерной медицине раИДОВ имеет сравнительно короткие и сверхкороткие перио
\( , \tO~аспада, а получающиеся радиоактивные отходы после вы иtWi1.М' на распад не тре6уют, как правило, централизованного за.t;t ,
.
ения.
0645
Клиническое значение ядерной медицины Общее значение Целесообразно хотя бы в общих чертах озна
комить медицинских физиков, особенно не работающих в ядерной медицине, с основными областями применения средств и методов РИД и РИТ в клинической медицине
[2. 3, 7].
это позволит им оце
IIИ'IЪ роль физико-технического обеспечения этих дисциплин в ре шении различных клинических задач.
В настоящее время, по различным JIИ'I'eратурным данным, на
нужды ядерной медицины расходуется около
70%
всей радионук
лидной продукции, получаемой на реакторах, ускорителях и гене
раторах во всем мире. При этом на
1 тыс. человек населения в год
проводится в среднем РИД-процедур: в Канаде Японии
- 59,
США
- 38.
- 29, России - 7. Количество РИТ процедур составляет при этом 0,3% от общего числа РИД процедур. В России функционируют свыше 300 подразделений ядерной медицины, где эксплуатируются около 280 гамма-камер, из которых лишь менее 30% могут работать в режиме ОФЭКТ; - 32,
Великобритании
функционируют только два ПЭТ-центра и еще два находятся в ста дии ввода в эксплуатацию. Тем не менее, и в России РИД и РИТ
занимают свою устойчивую «экологическую нишу» как в научной, так и рутинной клинической медицине.
В
клинической
практике
наиболее
часто
проводят рид
исследования раздельной функции почек, перфузии миокарда, вы явления и дифференциальной диагностики опухолей различных локализаций и Т.п. Если судить по относительному числу научных
публикаций, то традиционно первое место занимает ядерная кар диология, далее идет онкология, неИролоrия, пульмонология и дру гие разделы медицины.
ложен целый ряд высокоинформативных технологий. ОНИ ПQЗВQ
ляют достаточно точно определять ряд параметров центральной и органной гемодинамики, оценивать объем циркулирующей. крови,
выявлять и оценивать степень тяжести скрытых кровотечений. Од из
наиболее
распространенных
тестов
является
ЭКГ
синхронизированная равновесная вентрикулография. позволяющая измерять фракции выброса крови левым и правым желудочками миокарда.
Однако
теперь
OtJpeделения размеров и степ~ни тяжести дефектов.стенок миокар также сокраmмости левого желудочка. Разработаны РНД UWiO.цихи для диагностики инфаркта миокарда, детектирования ре ~ныx аномалий движений стенок миокарда, оценки его жиз
JI:.' .
iblm()С()6ности и т.д. Важнейшую роль· играет РИД в планировании
~ лечебных процедур .на сердце, в том числе аортокоро вp'Jioгo myнтиpования, баллонной трансЛIOМИНальной ангиопла
~,. внyrpисосудистой лучевой терапии для предотвращения fjierеиозирования сосудов после ангиопластики, лазерной реваску .1IItIЗaции и т.п., а также для .~в~временноЙ коррекции проводи
~ лечения и оценки его эффективности и побочных воздействий
_·наблюдениях за больными в динамике. Диагностика пораже _Ikpoвеносных сосудов осуществляется с помощью тестов ра ~ой флебографии нижних конечностей, выявления. ло
.IJвых и диффузных изменений системы тромбообразования, . . . . . Н мышечного кровотока и параметров микрогемо~ркуляции
~'ит.д.
Онкология [18]. Современная онкология уже немыслима без ~ и РlП. Наиболее популярным тестом здесь является сцинти
~ костей с ~с-фОСфонатами и фосфатами, позволяющая ~ первичные и вторичные опухоли костей не менее чем за 'ilЬJ1toда до их визуализации с, помощью средств и методов pe~тгe :W01iDnlостики. Разработан ряд туморотропных РФП типа Ga1Пtrparи 99mTc-МIВI (технетрил), использование которых при (~афии и ОФЭКТ позволяет решить ряд важных диагности
~itИx задач: выявлять первичные опухоли различных локализаих дифференциальную диагностику; определять
111; .выполнять
~aнeннocть опухолевого процесса, Т.е. обнаруживать и ло
Кардиология. Для РИД сердечно-сосудистой системы пред
ним
1'ФП1 8.ТОМ числе с 201Тl, ~с-МШI и др., выполняемой с целями
основное
внимание
уделяется
ЭКГ
синхронизированной ОФЭКТ перфузии миокарда с различными 46
'tIIIIRзoвать регионарные и отдаленные метастазы; выявлять реци
-... опухолей
после их хирургического лечения; оце~и~ть уро
_Т. наз. мВоголекарственной устойчивости опухолеи ряда.лока
~ и тем самым решающим образом влиять на выбор· плана 1iIiiё:нии; при слежении за больными в динамике в ходе про водимо .ie.eния определять его клиническую эффективность; по некото '.lImro:личественным показателям, рассчитываемым по результа
fI8IiPИД, прогнозировать течение и исход опухолево~~ процесса. В !'-':Вииуказанных задач особую роль играет ПЭТ с F-ФДГ, при
'... для ряда локализаций
опухолей данный метод позволяет полу41
чить уникальную диагностическую информацию, которую принци
графин почек, определения скорости клиренса нефротропных РФП,
пиально невозможно получить другими методами диагностики. Все
статической сцинтиграфии и ОФЭКТ почек с 99tThfc-DМSА. их ре
популярнее, становится тест
~льтаты используются для дифференциальной диагностики эссен Ц118ЛЬной и вазоренальной гипертензии, обструктивного и необ
обнаружения пораженных опухоле
вым процессом т. наз. «сторожевых» лимфоузлов методом интрао перационной радиометрии, все шире используют сцинтиграфию молочной железы при сомнительных результатах рентгеновской
структивного ГИДРонефроза, пиелонефрита и рубцовых изменений почек после инфекционных заболеваний мочевывоДЯIЦИХ путей.
маммографии и Т.д. Именно в онкологии находится основная об
Вне конкуренции методики РИД-исследований в оценке эффектив
ласть применения метода РИТ, особенно для снятия болевого син
ности реваскуляризации почечных артерий, в своевременном BЬDlB
дрома у больных с КОСТнЫМИ метастазами опухолей различной ло
nemm реакции отторжения при трансплантации почек, в прогнози
кализации; РФП типа 188Rе_микросфер альбумина успешно исполь зуются для внутриартериальной РИТ на основе эффекта радиоэм-
, ,болизации
опухолевых сосудов. РИТ успешно используется также
для локального лечения суставов и при неонкологических забо~е ваниях типа ревматоидного артрита, дeгeHepa11ЦJНЫX изменений суставов и: Т.д.
Гастроэвтеролоrия.
ровании состояния остающейся почки ,после нефрэктомии "по пово11:У' опухолевого или травматического поражения ИТ.д.
Пульмоволоrия. Здесь очень популярен тест вентиляционно
'itерфузионной сцинтиграфии легких, который позволяет оператив но и достоверно выявить опаснейшее ДЛЯ жизни больного состоя
'ние тромбоэмболии легочной артерии; оно появляется обычно в Здесь
высокоинформативны
методики
ще развития тромботических поражений глубоких вен нижних
РНД-иссшщовaFlИЙ моторно-эвакуаторной функции пищевода, же
конечностей, либо как
лудка и двенадцатиперстной кишки, радиоиммуносцинrиграфии
,радиоактивными благородными газами типа 81rnкr или 133Хе (инга
послеоперационное осложнение. Тесты с
поджелудочной железы, статической сцинтиграфии слюнных же
,JllЦИонное и внутривенное введение) дают возможность провести
лез, определения всасывающей способности слизистой желудка и
мр&метрическое картирование легких в терминах регионарных по
кишки, выявления скрытых желудочно-кишечных кровоте
~телей альвеолярной вентиляции и перфузионного легочного
чений и Т.д. В 60-80-ые гг. был особенно популярен тест статиче
cIPOвотока; эта информация может быть исполЬзована для прогно
ской сцинтиграфии печени при различных заболеваниях, в том
:!SЩЮвания состояния респираторной функции после лобэктомии
числе и при опухолевых поражениях печени; в настоящее время эта
JJЛИ пневмонэктомии по поводу опухолевых, туберкулезных и дру-
, тонкой
методика практически полностью заменена на ультразвуковую эхо
1?ИJ. заболеваний легких. Аналогично пересадке почек, разработан
графию
~тecT ингаляционной сцинтиграфии 99thтс-аэрозоля для ранней диаг
органов и структур гепатобилиарной системы. Функцио
нальные РИД-исследования позволяют определить параметры ар териального и портального кровоснабжения печени, а также оце
нить как функциональное состояние гепатоцитов и внутрипеченоч ных желчных ходов, так и функциональные резервы печени.
• , Головной
мозr. С появлением ПЭТ в нейрологии, неврологии
и психиатрии произошла подлинная революция. Благодаря совре менным ,методикам ПЭТ -исследований теперь имеются уникаль
Уролоrия. В нефрологии и урологии динамическая сцинти
графия органов мочевыделительного тракта позволяет оперативно и объективно оценивать раздельную функцию каждой почки для
,
НОСТИКИ осложнений после трансплантации легкого.
99т
вые возможности картирования регионарных распределений моз гового кровотока и проницаемости гематоэнцефалического барье ра, выявления и локализации очагов возбуждения и торможения
Тс-
различных структур головного мозга при нейрофизиологических
МАGЗ, 123I_гиппуран), так и клубочковой фильтрации почек ( 99ттс_ DTPA, 99mTc-фосфатыI•. Другие методики лучевой диагностики
ских и психиатрических заболеваниях, диагностики сосудистых
здесь не могут конкурировать с РИД-исследованиями. Разработаны
поражений при ишемии и инсультах головного мозга, при болезнях
и часто используются тестыI неинвазивной радионуклидной ангио-
Альцгеймера, Паркинсона и Т.д. Проводятся важные ДЛЯ понима-
48
49
физиологических механизмов как канальцевой секреции
(
исследованиях, при эпилепсии, шизофрении и других неврологиче
Заключение
ния работы головного мозга и лечения ряда его заболеваний Рнд исследования регионарных р~спределений рецепторов и их 1раНс
портеров, в том числе дофаминовых, ацетилхолиновых, бензодиа
зепиновых, серотониновых и т.п. Предложены тесты оцеНЮI цереб роваскулярного резерва у больных с иmемическим инсультом и транзиторными
ишемическими
атаками,
определения
наркотиче
ской и алкогольной зависимостей с целью npогнозирования исхода соответствующего лечения и Т.д.
, Гематологи••
Здесь методы сцинтиграфии, ОФЭКТ и ПЭТ по
зволяют выполнять гематопоэтическое картирование красного ко
стного мозга с ~с-микроколлоидом, диamостировать иммуноде фициты, в том числе при поражениях гранулоциrов,
выявлять ос
теомиелитические поражения костной ткани, проводитьдифферен циальную диагностику скрытых очагов бактериальной инфекции и воспалений небактериальной этиологии, своевременно обнаружи вать воспаления и реакции отrоржения при протезировании суста
По ряду своих физико-технических характеристик и функцио
.
нальных возможностей визуализации РИД серьезно уступает боль,
,
~cтвy других методов лучевой диагностики, в том числе по
пjЮcтpaнственному разрешению, наглядности изображений и Т.д. ТёМ не менее, теперь РИД занимает вполне 'достойное место в об щем ряду методов клинической диamостики, причем для ряда па
тОЛогий РИД остается единственным средством получения необхо дIO.(оЙдиагностическоЙ информации с высокой степенью досто
~~и., Такая с~ация обусловлена тем, что все остальные ме тОДЫ медицинскои визуализации позволяют выявлять лишь' струк-
i'
~~о-анатомические изменения в тканях и органах. В то же время PIfД обладает уникальной возможностью неинвазивного выявле
rfit"
клинически
'Y;t.~
систем,
которые
всегда
анатомическим ,изменениям.
Эмокрииологии, Оценка фymщионирования и, в ряде случа eBt рыявление поражений и дифференциальная диагностика забо
нарушений
структурно
•. ,
CQX ,у
вов ИТ.д.
бессимптомных
~онального статуса тех же тканей, органов и физиологичепредшествуют,
ПоэтоltlY
получаемые
структурно-
при
РНД-
и'&ледованиях изображеция являются, по сути, физиологическими,
"~ieморфологическими. Это позволяет с помощью методов' РИД
леваний органов эндокринной системы эффективно выполняются
... t1'~·" ~ествлять своевременную диamостику самых различных, в том
методом
..теле и опаснейших, заболеваний на самых ранних этапах их разw
in vitro
РИД-исследований. При отборе единственной про
бы крови у пациепга может быть, в принципе, определен полный гормональный профиль, оценено содержание ряда апгигенов и Т.д.
Методы
in vivo
РИД эффективно дополняют
in vitro
исследования
ВJt!i.ия, благодаря чему РИД можно охарактеризовать как особый вид ранней лучевой. диагностики [9].
':'
в целом, физико-техническое обеспечение ядерной медицины,
при заболеваниях щитовидной железы, надпочечников, молочной
в"особенности РИд, уже достигло доста1;ОЧНО высокого уровня.
железы, яичников, гипофиза, плаценты и т. п.
[2, 7]. Подобное пе
п'~пективы ее дальнейшего развития связаны, прежде всего, с все
речисление можно было бы продолжить и для педиатрии, остеоло
риноларингологии, лимфологии, гинекологии, ревматологии, им
боЗ!ее расширяющейся разработкой новых РФП с повышеннои тканеспецифичностью, особенно с повышенной туморотропностью; эiQ"особtЩlI О B~O как для РИД, так и дЩl РИТ. Будут прогресси
мунологии и ряда других разделов клинической медицины, но это
~вaть также направления, . с;вязанные с апnаратурным; теХНОЛОffi
гии, травматологии, ортопедии, фтизиатрии, офтальмологии, ото
приведет к чрезмерной перегрузке данной лекции материалом, ко торый непосредственно не относится к ее основному предмету.
* (
,~
..,
Ч~l(Им и программно-алгоритмическим обеспечением ядерной ме ДЙ,фmы. В частности, имеются основания предполагать, что будут
р~работаны эмиссионно-томографические сканеры для одновре
менного проведения ОФЭКТ и ПЭТ, обладающие высокой ~CT вИтельностью благодаря использованию новых сцинтилляторов И усоВершенствованных систем коллимации фотонного излучения и позволяющие
одновременно
регистрировать
ЭМИССИОННО
трансмиссионные данные с высоким пространственным и времен ным разрешением в списочном режиме их накопления и с приме-
50
нением детекторных головок
по траекториям, адаптированным к
конкретной поверхности оБЪекта исследоваFПIЙ. Будет обеспечена
Сп.исоксокращениЙ
возможность регистрации квaнroB не менее чем трех различных
энергий, в том числе и аннигиляционногоизлучения, а все проце
ВОЗ
дуры компенсации 'влияния ослабления и рассеяния излучения, по
КТ·
тери разрешения и введения другихпоправок будут включены не
посредственно в' быстро сходsnциеся итерациопные алгоритмы ре конструкции изображеFПIЙ, причем реконструкция 4-мерных изо бражений будет выполняться в реальном масштабе времени.
Существенно
расширится
стандартизованное
программное
обеспечение таких мулътиэмиссионных сканеров. Помимо эффек
тивных программ' реконструкции изобраЖений и программ для поДдержки различных радиодиагпостических технологий, оно бу дет содержатьпрограммы для 4-мерной реконструкции в терминах
не только локальной конценграЦии РФП, но и ряда физиологически содержательных параметров. В него будут входить также програм мы для обработки результатов дипамичесюlX исследований на ос
нове математических моделей транспорта РФП, для автоматиче ской классификации изображений методами непараметрического
(искусственные нейронные сети) и параметрического распознава ния образов, для копгроля качества РФП и аппаратуры,.технологИЙ и собственно программного обеспечения, для мультимодальной ви
- Всемирная организация здравоохранения - компьютерная томография (рентгеновская) МЛГАТЭ - Международное агенство по атомной энергии МlCPЗ - Международная комиссия по радиологической защите МРТ - магнитно-резонансная томография ;lЗк - Международная электротехническая комиссия Q40КТ - однофотонная эмиссионная компьютерная томография rtэт - позитронная эмиссионная томография ,Нj( - радионуклидная диагностика - радионуклидн~ терапия РИТ .. IФП - радиофармпрепарат ёАПИ - система архивирования и передачи изобраЖений - ультразвуковые исследования V8И ФЭV - фотоэлектронный умножитель .. - функция передачи модуляции ФUМ экг - электрокардиография .~
}~>.
зуализации и для передачи радиодиагностической информации по компьютерным сетям, в том числе и отдаленным пользователям.
Компьютерные системы для РИД будут обеспечивать быстрое на копление
данных,
в
том
числе
и
при
сканировании
всего тела,
мультипроцессорную :Параллельную обработку данных, быстро действующие САПИ, средства и программы для высококачествен~ ной визуализации
3-
и'4-мерных изображений и получения их же
стких копий.
Таким образом, разработка новых РФП, мультиэмиссионных сканеров, радиодиагностических технологий, а также средств и ме
тодов МУЛЬТИIIpоцессорной обработки данных позволит значителъ:"
но улучшить качество РИД-визуализации и повысить точносТь оп ределения диагностически важных шiраметров. Это приведет к расширению функциональных возможностей ядерной медицины, а
также к возрастанию ее качества и роли в клинической медицине~
52
53
Список литературы
1.
дицина. Вып. Лучевая диarnостиICa. Часть
де Лима Педросо. ЯдqJНая JWедuч,:,на и .мaтeNamи1Ca. Пер. с англ.
//
Но
вости науки и техllИICЙ:. Сер. Медицина. Вып. Луче~, ДIIarnости-ка Часть
3. РадионyклидIIU диarнocтmcи. ВИI:lИТИ, 1998, N!!3, с. 1-18 2.
Клиническая реmтeнорадиОЛОГИJl. Т.4. РадиОНуклидНая диarnостиICa.
Компьютерная тоМографИJI. Под ред. Г.А.Зедгенидзе. М., Медицина,
1985 3.
Короmoк И.П., Цыб А.Ф. Беседы о ядерной медицине. М., Молодая гвар ДИJI,
4.
1988
Костылев В.А., Калашников С.Д., Фишман ЛЯ. Эмиссионная гамматопографИJI. М., Энергоатомиз,цат,
5.
1988
.
Куреиков Н.В., Чувилин Д.Ю. Лроuзвoдcтво молибдвна-99 для исn~Ль-. зования в ядерно-медицинских генераторах технеция-99т.
//
Новости
науки и техники. Сер. Медицина, Вып.. Лучевая диarностиха. Чаcrь 3. Радионуклиднu диarnостика. ВИНИТИ, Н!! 5, с. 1 - 15 .
6.
Куреиков н.в., Шубин Ю.Н. Радионуклиды в ядерной медицине. Мед. радиология и радиационная безопасность.
7.
Линденбратен Л.Д.,
Короmoк и.п.
рентгеНОдоГИJl. М., МеДИЩПfа,
8.
радиолоГИJI
и
1993
Наркевич Б.Я. Современные достижеНИJI дозимегрии радиофармпрепа-
ратов. Мед. радиОЛОГИJI.
9.
1996, Н2 5, с. 54 - 63
. Медицинская
1991, N!! 12, с. 47 -52
.
.
Наркевич БЯ. Физuко-тexнuческuе основы радuОНУЮlидноu диагности ки: Современные достижения и nepcneкmивы развития. Мед. радиоло гия и радиациОННaJI безопасность.
10.
1999, N!! 2, с. 5 ~ 17
3. Радионуклидная диагности 1999, Н2 6, с, 1-6 1:-9. Bushberg D.R et al. ТЬе Essential Physics of Medical Imal!inl!. Williams & Wilkins, 1994 20. Вady P.J. Use 01 diagпostic radionuclides i" medicine. Health Physics. 1995, vol. 69, N!! 5, р. 649:... 661 , 2J... ·Бarlу P.J., Landa E.R Use 01 therapeutic radionuclides in medici"e. Health Physics. 1995, vol. 69, Н2 5, р. 677 - {}94 %А Бarlу P.J., Sodee А.С. Principles and Practice ofNuclear Medicine. Mosby, ·21/1J ed. 1995 23. Jaszczak R.J. Tomographic radiopharтaceuticals imaging. Proc. of IEEE. 1988, vol. 76, Н2 9, р. 1079 - 1094 ».Loevinger R, Budinger Т., Watson Е. МIRD Primer for Absorbed Dose Ca1culations. Soc. ofNucl. Med., 1988 . . PoWsner R.A., Powsner E.R. Essentials of Nuclear МсЩсinе Physics. ВlackweU Sci. Inc., Malden, 1998 26. Quality Control ofNuclear Medicine Instruments. IAEA ТЕСООС-602,. 1991 Qt> saha G.B. Fundamentals ofNuclear Pharmacy. Springer-Verl." 1992 28. Sorensen J.A., Phelps М.Е. Physics in Nuclear Medicine. 2 ed., Saunders, Philadelphia, Pennsylvania, 1987 29. Stabin М. MIRDOSE - the persoпal computer software lor ше in internal dose assessment i" nuclear medicine. J. Nucl. Med., 1996, vol. 37, р. 538546 ~O. "'еЬЬ S. Тhe Physics ofMedical Imaging. ЮМР Publishing Ltd., 1988 ха. ВИНИТИ.
Наркевич БЯ. Радиационная безопасность в радионуклидной диагно Стике: Современное СОстояние и проблемы. Мед. радиологИJI и радиа ционная безопасность.
11.
Наркевич БЯ.,
1999, Н2 5, С. 5 - 11
Зиновьева н.п.,
Севастьянов А.И.,
Спрышкова Р.А.
Обеспечение радиационной безопасности при исnользовании открытых иcmoчни1Сов ионизирующих излучений в медицине и биологии. Мед. физи
ка.
1999, Н2 7, с. 54 - 61
12.
Паркер Р., Смит П., Тейлор Д. Основы ядерной медицины. Пер. с англ.
13.
Приборы для радиоизотопной диarностики в медицине. М., Атомиздат,
14. 15.
РадионуклиднаядиarnостиICa. Подред. Ф.М.Лясса. М., Медицина,
М., Энергоиздат,
1981
1978, Горн Л.С., Костылев В.А., Наркевич БЯ. и др. Атомиздат,
16.
1975
Федоров Г.А. Радиационная интроскоПИJl. Кодирование информации и ОПТИМИЗ8ЦИJI эксперимента. М., Энергоатомиздат,
] 7. 18.
1983
Соколов В.А. Генераторы КОро1'Коживущих радиоактивных изотопов М.,
1982
Чард Т. Радиоиммунологические методы. Пер. с англ. М., Мир.
1981
Ширяев с.В., Наркевич БЯ. Ядерная медицина в онкологии: Методоло гические и Юluническuе асnе1Сты.
// 54
Новости науки и техники. Сер. Ме55
Терминологический словарь Ал6бумин - общее название водорастворимого белка; принимает участие в поддержании к:оллоидио-осмотического давления и рН крови АшuогptJфlUl
- рентгенологическое исследование кровеносных и лимфати
ческих сосудов после введения в них коmpастирующего вещества
Д.тePCH()cт.~ распределение чаСтиц вещества по размерам·
ДllljJфepенЦUШI6Ная дlltl2ностllка - этап диагнОCТИIGI, в котором устанавли вается Отличие данной болезНи от других, CXOДJIы){ ПО lCЛИиическим
и(или) инструментальНым показателям и(или) npЬявлениям #hO;"ОНllчност6 - обеспечение осмотического давления в растворе, равного осмотическому давлению ПJIазмы крови (например, О,9%-ый водный
АНZllOlfJUlстllКа - хирургические методики восстановления формы и функ ции кровеносных сосудов
Антuzeн - высокомолекулярное соединение., способное специфичесо сти мулировать иммунокомпетентные клетки и обеспечивать тем самым иммунный ответ
Антllтело - специфический белок, вступающий в иммунную peaIЩИЮ с ан тигеном (см.); разновидность биндера (см.) в радиоиммунологическом анализе
АнтроnoJНОрфНЫЙ фантом - устройство, приближеино воспроизводящее те или иные характеристики, структуры или функции ТICaНей, органов или
раствор NaCl)
помощью механических устрОйств или фар~паратов
Il/itиlyнOpeaктllBHOCm6 -способносТь проявлятъ иммунную реакцию на на-
·
пей с током вдыхаемого воздуха
lIнфузllJl - постепенное вливание в организм различных жидкостей
~венная 1IеUpО1lНая сеть -компьютерная систёма, работа· которой имитирует процесс распознавания информации в головном мозге чело века
~~6Цesая секреЦIlJl':'" выделение первичной мочи через ханалъц~выйап-
потока того или иного излучения
Аnllрогенност6 - свойство вещества не вызывать повышения температуры, лихорадки и воспаления при введении в организм
БIlНОер - специфически· связывающее вещество в
in vitro
(см.) радиодиагно
стических исследованиях
Вазоренал"ная гunep(fUШ3IUI - повышенное гидростатичесlCое давления Кро ви в почечных артериях
ВентРIlК)'лографlUl -
визуализирующее исследование желудочков сердца
или головного мозга с введением в кровь контрастирующего вещества
Воксел - элемент объемного (трехмерного) изображения
ГастроэнтеРОЛОZIlJl - раздел медицины, в котором изучаются болезни орга нов желудочно-кишечного тракта
Гематоnоэз - кроветворение ГематоэнцеФШluчеСКllй бар6ер - гистогематический барьер между кровью и тканями головного мозга
ГемОЦIlpК)'Л1IцlUl - процесс перемещения крови в сердечно-сосудистой сис теме организма
Гепатоциты - секретирующие клетки паренхимы печени Гuдронефроз лоханки
болезнь почки, характеризующаяся стойким расширением и чашечек с атрофией почечной паренхимы; развивается
вследствие нарушения oтrOKa мочи
ГраНУЛОЦllт - лейкоцит, в цитоплазме которого при окрашивании выявляет
личие антигенов (см.)
IbrzaляЦIlJl - метод введения в органы дыХатеJIЪнойсиетеМЫ· газов и аэрозо
тела человека
Anepтypll - отверстие в устройстве для формирования (к:оллимирования)
.
IbииЮlIЛll3аЦIlJl nаЦllента - временное обездвиживани~тела пациента с
парат нефронов
/PIy6oчковая фllЛьmpацlUl - переход веществ из крови через капиллярные
·
стенки клубочков почки в вол<>стьвх капсул, что приводит 1< обраЗова ниюiIервичной мочи и выделению ее в канальцы
1tifjэ1<mOJНIlJI - хирургическое удаление доли органа (легкого, печени)
Л8ZllНд - исследуемое вещеСтоо;'концентрациЯ'l(ОТОРОГО в биопробе опреде ляется в mvitro (см.) радиодиatноctичесICИX исследованиях lltiUографllJl
·
-
рентгеНОГрафия молочной железы-б~ примеиениякоmpа-
.
стирующего вещества
'''МeitUicnип
-
очаг опухолевогопроцесса, разВИВШИЙСЯ'В"резУJIbтsте переноса
опухолевых клеток из первичного очага в том же организме
"J/lllqiО2еМоцupКуляцlUI':'" перенос крови ПQмелким сосудам и капиллярliМ 1II"НОЮlонал6ные антитела - искусственно" выращенные антитела '(ем.) или их фрагменты, строго специфичные на иммунную реакцию с антигена ми толы
Неllнвазllвност6 -
отсутствие проникающего воздействия на бlfологические
ткани и(или) их частичного травмирования
НефРОЛOZIlJl - раздел медицины, в котором изучаются болезни почек 'ВёфрэкmОJНIlR - хирургическое удаление пораженной патологическим про цессом или травмированной почки
Опухолевые JНapKepы - специфические вещества, выбрасываемые в кровоток в результате жизнедеятельности опухоли
8t",еоJНиелllтllческ"е nораженllЯ - патологические изменения в костном
ся зернистость
ДегенераЦIlJl - патологический процесс, возникающий в связи с нарушения ми обмена веществ и характеризующийся появлением и накоплением в тканях измененных продуктов обмена веществ
56
мозге
ПtIЛЛliатlltlНая тераnllR -·терапия, ослабляющая проявления болезни, но не устраняющая ее причину
57
ПеРфузlUlмшжарда - естественное ICpOвоснабжение сердечной МЫШЦЫ Пимонефрит
- болезнь ПОЧЮl, характеризующаяся воспалительным про
цессом в паренхиме и чamечно-лоханочной системе ПОЧЮI
Пиксм - элемеит планарного (двумерного) изображеНИJI ПнеtlJНOнэктомlUl - хирургическое удаление пораженного пато~огически
.
процессом целого легкого
Порталыюе кровоснабжение
- часть ICpOвотоКа печени, I1p()ходящu через
портальную вену
ПРОСтpilнствеННDe разрешение - способность коллимироваиного детектора различать два радионуклидных истоЧНИICa, расположенIIых БЛИЗl\О друг от друга; чем больше расстоmие между различаемьn.m источниками, тем хуже пространственное разрешение
.
ПУЛ6JНонолоzlUI - раздел медицины, в котором изучаются болезни органов дыхания
nYНКЦUOНIIIIJI бuo"сlUl. - прокалывание тканей полой иглой для пр~ен ного взятия небольшого объема тканей для микроскопического иссле дования с диагностической целью
РадUOlI.JНJНYносцинтиzpaфu - сцmrrиrpафия с введением. в организм· ме чевных радионуклидом антител, в том числе моноклоналъных (см.) или их фрагмеитов
Радиофармацевтика - наука о clUlТe3e радиофармпрепаратов и контроле их радиационно-физических, химических и биологических характеристик РадиоэмБОЛll3аЦll.R - частичная закупорка кровеносных сосудов с помощью вводимого в сосудистое русло радиофармпрепарата
Реваскулярll3aЦU - восстановление ICpOвеносных сосудов В каком-либо уча стке opraнa, сосудистая сеть которого была разрушена {Iатологическим процессом
РеtJJНатоидный артрит - воспаление суставов в период ревматической ата ICИ
Peцenтopы - анатомическое образование, молекулярная структура которого характеризуется сродством (аффинитетом) к определенным веществам
rponнocтъ (аффинитеm) - свойство радиофармпрепарата, характеризую щее степень его сродства к специфическим тканям (опухолевым моротропность, почечным
-
Уролozu - раздел медицины, в котором изучаются болезни мочевыдели тельных и половых (у мужчин) органов
флг60zpафu - рентгенография венозной сети после введения в кровь кон трастирующего вещества
ФptI«ЦU выброса крови - относительная доля объема левого или правого желудочка сердца, опорожняемая при однократном его сокращении
Хромtlltlоzpафu - метод разделеНИJI и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении их компонентов между подвижной (газ,
жидкость) и неподвижной (твердый сорбент) фазами
Эюоzенный - имеющий происхождеuие вне организма и воздействующий на него извне
~азальное введение -
попадание при неудачной инъекции части
внутривенно вводимого радиофармпрепарата в ткани, окружающие пунктируемую иглой шприца вену
Э1иotzт
-
.
освобождаемый из сорбента раствор дочернего радионуклида под
воздействием элюента (см.) в радионуклидном генераторе Элюенm - нерадиоактивный раствор для вымывания из сорбента радиоак тивного элюата (см.) в радионуклидном генераторе
ЭIи>ozенный - имеющий происхождение внутри организма
~цuaлЪНaR zиn~JNензuя -
повъппение гидростатического давления в
магистральных артериальных сосудах
э.uoлozu
-
причины и условия возникновения болезни или патологическо
го состояuия
Цере6роваскулярный резерв - не снижаемая при физиологических нагрузках доля кровотока головного мозга
1. vitro - (исследования) на биопробах, взятых из живого организма 1. vivo - (исследования) на живом организме
(антителам, вирусам и т.д.)
Рецидивы - повторное появление признаков болезни после временного ос лабления ее проявления Траюиторные ише.мические атаки - переходящие приступы ишемической бол~ни сердца Толерантность - способность организма переноситъ воздействие опреде ленного лечебного агента без возникновения нежелателъного побочно го патологического эффекта
Транслюминальная - проникающая через просвет сосуда Тромбозмболu легочной артерии - закупорка (эмболия) сосуда оторвав шимися от стенки венозного сосуда частями тромба и перенесенными кровотоком в артерию, характеризующаяся резким нарушением цен
трального кровообращения и внешнего дыхания
S8
_ ту_
нефротропность и т.д.)
S9