Badanie radionuklidów

Historia odkrycia diagnostyki radionuklidowej

Odległość między laboratoriami fizycznymi, w których naukowcy rejestrowali ślady cząstek jądrowych, a codzienną praktyką kliniczną wydawała się przygnębiająco długa. Sama idea wykorzystania zjawisk fizyki jądrowej do badania pacjentów może wydawać się, jeśli nie szalona, to przynajmniej fantastyczna. Jednak to właśnie ta idea narodziła się w eksperymentach węgierskiego naukowca D. Hevesiego, który później otrzymał Nagrodę Nobla. Pewnego jesiennego dnia w 1912 roku E. Rutherford pokazał mu stos chlorku ołowiu leżący w piwnicy laboratorium i powiedział: „Proszę, zajmij się tym stosem. Spróbuj wyizolować rad D z soli ołowiu”.

Po licznych eksperymentach przeprowadzonych przez D. Hevesiego wspólnie z austriackim chemikiem A. Panethem stało się jasne, że nie da się chemicznie rozdzielić ołowiu i radu D, ponieważ nie są to oddzielne pierwiastki, lecz izotopy jednego pierwiastka – ołowiu. Różnią się one tylko tym, że jeden z nich jest radioaktywny. Rozpadając się, emituje promieniowanie jonizujące. Oznacza to, że radioaktywny izotop – radionuklid – może być stosowany jako marker przy badaniu zachowania jego nieradioaktywnego bliźniaka.

Fascynujące perspektywy otworzyły się przed lekarzami: wprowadzanie radionuklidów do organizmu pacjenta i monitorowanie ich lokalizacji za pomocą urządzeń radiometrycznych. W stosunkowo krótkim czasie diagnostyka radionuklidów stała się samodzielną dyscypliną medyczną. Za granicą diagnostyka radionuklidów w połączeniu z terapeutycznym wykorzystaniem radionuklidów nazywana jest medycyną nuklearną.

Metoda radionuklidowa to metoda badania stanu funkcjonalnego i morfologicznego narządów i układów przy użyciu radionuklidów i oznakowanych nimi wskaźników. Wskaźniki te - nazywane radiofarmaceutykami (RP) - wprowadza się do organizmu pacjenta, a następnie za pomocą różnych urządzeń określa się szybkość i charakter ich przemieszczania, utrwalania i usuwania z narządów i tkanek.

Ponadto do radiometrii można wykorzystywać próbki tkanek, krew i wydzieliny pacjentów. Pomimo wprowadzenia pomijalnych ilości wskaźnika (setnych i tysięcznych części mikrograma), które nie wpływają na normalny przebieg procesów życiowych, metoda ta charakteryzuje się wyjątkowo wysoką czułością.

Radiofarmaceutyk to związek chemiczny, który jest zatwierdzony do podawania ludziom w celach diagnostycznych i który zawiera radionuklid w swojej cząsteczce. Radionuklid musi mieć widmo promieniowania o określonej energii, powodować minimalne narażenie na promieniowanie i odzwierciedlać stan badanego organu.

W tym względzie radiofarmaceutyk wybiera się biorąc pod uwagę jego właściwości farmakodynamiczne (zachowanie w organizmie) i jądrowo-fizyczne. Farmakodynamika radiofarmaceutyku jest określana przez związek chemiczny, na podstawie którego jest syntetyzowany. Możliwości zarejestrowania RFP zależą od rodzaju rozpadu radionuklidu, którym jest znakowany.

Wybierając radiofarmaceutyk do badania, lekarz musi przede wszystkim wziąć pod uwagę jego fizjologiczną orientację i farmakodynamikę. Rozważmy to na przykładzie wprowadzenia RFP do krwi. Po wstrzyknięciu dożylnym radiofarmaceutyk jest początkowo równomiernie rozprowadzany we krwi i transportowany do wszystkich narządów i tkanek. Jeśli lekarz jest zainteresowany hemodynamiką i ukrwieniem narządów, wybierze wskaźnik, który krąży w krwiobiegu przez długi czas, nie przedostając się poza ściany naczyń krwionośnych do otaczających tkanek (na przykład albumina surowicy ludzkiej). Badając wątrobę, lekarz będzie preferował związek chemiczny, który jest selektywnie wychwytywany przez ten narząd. Niektóre substancje są wychwytywane z krwi przez nerki i wydalane z moczem, dlatego są wykorzystywane do badania nerek i dróg moczowych. Niektóre radiofarmaceutyki są tropowe do tkanki kostnej, co czyni je niezbędnymi w badaniu układu mięśniowo-szkieletowego. Badając czas transportu oraz charakter dystrybucji i eliminacji radiofarmaceutyku z organizmu, lekarz ocenia stan czynnościowy oraz cechy strukturalne i topograficzne tych narządów.

Jednak nie wystarczy brać pod uwagę wyłącznie farmakodynamiki radiofarmaceutyku. Należy wziąć pod uwagę właściwości fizyko-jądrowe radionuklidu wchodzącego w jego skład. Przede wszystkim musi on mieć określone widmo promieniowania. Aby uzyskać obraz narządów, stosuje się wyłącznie radionuklidy emitujące promienie γ lub charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie, ponieważ te promieniowania można zarejestrować za pomocą detekcji zewnętrznej. Im więcej kwantów γ lub kwantów rentgenowskich powstaje podczas rozpadu promieniotwórczego, tym skuteczniejszy jest ten radiofarmaceutyk pod względem diagnostycznym. Jednocześnie radionuklid powinien emitować jak najmniej promieniowania korpuskularnego - elektronów, które są pochłaniane w ciele pacjenta i nie uczestniczą w uzyskaniu obrazu narządów. Z tego punktu widzenia preferowane są radionuklidy z przemianą jądrową typu przejścia izomerycznego.

Radionuklidy o okresie półtrwania kilkudziesięciu dni uważa się za długożyciowe, kilkudniowe – średniożyciowe, kilkugodzinne – krótkotrwałe, kilkuminutowe – ultrakrótkożyciowe. Z oczywistych względów, mają tendencję do stosowania radionuklidów krótkożyciowych. Stosowanie radionuklidów średniożyciowych, a zwłaszcza długożyciowych wiąże się ze zwiększoną ekspozycją na promieniowanie, stosowanie radionuklidów ultrakrótkożyciowych jest utrudnione ze względów technicznych.

Istnieje kilka sposobów pozyskiwania radionuklidów. Niektóre z nich powstają w reaktorach, niektóre w akceleratorach. Jednak najpowszechniejszym sposobem pozyskiwania radionuklidów jest metoda generatorowa, czyli produkcja radionuklidów bezpośrednio w laboratorium diagnostyki radionuklidów przy użyciu generatorów.

Bardzo ważnym parametrem radionuklidu jest energia kwantów promieniowania elektromagnetycznego. Kwanty o bardzo niskiej energii są zatrzymywane w tkankach i dlatego nie docierają do detektora urządzenia radiometrycznego. Kwanty o bardzo wysokiej energii częściowo przechodzą przez detektor, więc ich wydajność rejestracji jest również niska. Za optymalny zakres energii kwantowej w diagnostyce radionuklidów uważa się 70-200 keV.

Ważnym wymogiem dla radiofarmaceutyku jest minimalna ekspozycja na promieniowanie podczas jego podawania. Wiadomo, że aktywność zastosowanego radionuklidu maleje z powodu dwóch czynników: rozpadu jego atomów, czyli procesu fizycznego, oraz jego eliminacji z organizmu - procesu biologicznego. Czas rozpadu połowy atomów radionuklidu nazywa się fizycznym okresem półtrwania T 1/2. Czas, w którym aktywność leku wprowadzonego do organizmu spada o połowę z powodu jego eliminacji nazywa się biologicznym okresem półtrwania. Czas, w którym aktywność radiofarmaceutyku wprowadzonego do organizmu spada o połowę z powodu fizycznego rozpadu i eliminacji nazywa się efektywnym okresem półtrwania (Ef).

Do badań diagnostycznych radionuklidów starają się wybrać radiofarmaceutyk o najkrótszym T 1/2. Jest to zrozumiałe, ponieważ obciążenie promieniowaniem pacjenta zależy od tego parametru. Jednak bardzo krótki fizyczny okres półtrwania jest również niewygodny: trzeba mieć czas na dostarczenie radiofarmaceutyku do laboratorium i przeprowadzenie badania. Ogólna zasada jest taka: Tdar leku powinien być zbliżony do czasu trwania procedury diagnostycznej.

Jak już wspomniano, obecnie laboratoria najczęściej stosują metodę generatorową pozyskiwania radionuklidów i w 90-95% przypadków jest to radionuklid ^99m Tc, którym znakuje się zdecydowaną większość radiofarmaceutyków. Oprócz radioaktywnego technetu stosuje się ¹³³ Xe, ⁶⁷ Ga i bardzo rzadko inne radionuklidy.

Radiofarmaceutyki najczęściej stosowane w praktyce klinicznej.

Zapytanie ofertowe	Zakres stosowania
99mTc -albumina	Badanie przepływu krwi
99m erytrocytów znakowanych 'Tc	Badanie przepływu krwi
99mTc -koloid (technifit)	Badanie wątroby
99m Tc-butyl-IDA (bromek)	Badanie układu żółciowego
99m Tc-pirofosforan (technifor)	Badanie szkieletu
99m Ts-MAA	Badanie płuc
133 On	Badanie płuc
67 Ga-cytrynian	Lek tumorotropowy, badanie serca
99m Ts-sestamibi	Lek tumorotropowy
99m Tc-przeciwciała monoklonalne	Lek tumorotropowy
201 T1-chlorek	Badania nad sercem, mózgiem, lek nowotworowy
99m Tc-DMSA (technemek)	Badanie nerek
131 T-hippuran	Badanie nerek
99 Tc-DTPA (pentatech)	Badanie nerek i naczyń krwionośnych
99m Tc-MAG-3 (technemag)	Badanie nerek
99m Tc-nadtechnecjan	Badanie tarczycy i gruczołów ślinowych
18 F-DG	Badania mózgu i serca
123 I-MIBG	Badanie nadnerczy

Opracowano różne urządzenia diagnostyczne do przeprowadzania badań radionuklidów. Niezależnie od ich konkretnego przeznaczenia, wszystkie te urządzenia są zaprojektowane zgodnie z jedną zasadą: mają detektor, który zamienia promieniowanie jonizujące na impulsy elektryczne, jednostkę przetwarzania elektronicznego i jednostkę prezentacji danych. Wiele urządzeń radiodiagnostycznych jest wyposażonych w komputery i mikroprocesory.

Scyntylatory lub, rzadziej, liczniki gazowe są zwykle używane jako detektory. Scyntylator to substancja, w której błyski światła, lub scyntylacje, występują pod wpływem szybko naładowanych cząstek lub fotonów. Te scyntylacje są wychwytywane przez fotopowielacze (PMT), które zamieniają błyski światła na sygnały elektryczne. Kryształ scyntylacyjny i PMT są umieszczone w ochronnej metalowej obudowie, kolimatorze, który ogranicza „pole widzenia” kryształu do rozmiaru badanego organu lub części ciała.

Zazwyczaj urządzenie radiodiagnostyczne ma kilka wymiennych kolimatorów, które dobiera lekarz w zależności od celów badania. Kolimator ma jeden duży lub kilka małych otworów, przez które promieniowanie radioaktywne przenika do detektora. Zasadniczo im większy otwór w kolimatorze, tym większa czułość detektora, czyli jego zdolność do rejestrowania promieniowania jonizującego, ale jednocześnie mniejsza jest jego rozdzielczość, czyli zdolność do oddzielnego rozróżniania małych źródeł promieniowania. Nowoczesne kolimatory mają kilkadziesiąt małych otworów, których położenie dobiera się z uwzględnieniem optymalnego „widzenia” obiektu badania! W urządzeniach przeznaczonych do określania radioaktywności próbek biologicznych stosuje się detektory scyntylacyjne w postaci tzw. liczników studzienkowych. Wewnątrz kryształu znajduje się cylindryczny kanał, do którego wkłada się probówkę z badanym materiałem. Taka konstrukcja detektora znacznie zwiększa jego zdolność do wychwytywania słabego promieniowania z próbek biologicznych. Scyntylatory ciekłe służą do pomiaru radioaktywności płynów biologicznych zawierających radionuklidy o miękkim promieniowaniu β.

Wszystkie badania diagnostyczne z wykorzystaniem radionuklidów dzielą się na dwie duże grupy: badania, w których radiofarmaceutyk wprowadzany jest do organizmu pacjenta – badania in vivo, oraz badania krwi, wycinków tkanek i wydzielin pacjenta – badania in vitro.

Każde badanie in vivo wymaga psychologicznego przygotowania pacjenta. Należy mu wyjaśnić cel badania, jego znaczenie dla diagnostyki i procedurę. Szczególnie ważne jest podkreślenie bezpieczeństwa badania. Zasadniczo nie ma potrzeby specjalnego przygotowania. Pacjent powinien zostać jedynie ostrzeżony o swoim zachowaniu podczas badania. Badania in vivo wykorzystują różne metody podawania radiofarmaceutyku w zależności od celów badania. Większość metod polega na wstrzykiwaniu radiofarmaceutyku głównie dożylnie, znacznie rzadziej do tętnicy, miąższu narządu lub innych tkanek. Radiofarmaceutyk jest również stosowany doustnie i wziewnie (inhalacja).

Wskazania do badania radionuklidowego ustala lekarz prowadzący po konsultacji z radiologiem. Z reguły wykonuje się je po innych klinicznych, laboratoryjnych i nieinwazyjnych procedurach radiologicznych, gdy staje się oczywista potrzeba danych radionuklidowych dotyczących funkcji i morfologii konkretnego narządu.

Nie ma przeciwwskazań do diagnostyki radionuklidowej, istnieją jedynie ograniczenia przewidziane w instrukcjach Ministerstwa Zdrowia.

Wśród metod radionuklidowych wyróżnia się: metody wizualizacji radionuklidów, radiografię, radiometrię kliniczną i laboratoryjną.

Termin „wizualizacja” pochodzi od angielskiego słowa „vision”. Oznacza on uzyskanie obrazu, w tym przypadku przy użyciu radioaktywnych nuklidów. Wizualizacja radionuklidów to tworzenie obrazu przestrzennego rozmieszczenia radiofarmaceutyku w narządach i tkankach w momencie wprowadzenia go do organizmu pacjenta. Główną metodą wizualizacji radionuklidów jest scyntygrafia gamma (lub po prostu scyntygrafia), która jest wykonywana na urządzeniu zwanym kamerą gamma. Odmianą scyntygrafii wykonywanej na specjalnej kamerze gamma (z ruchomym detektorem) jest wizualizacja radionuklidów warstwa po warstwie - tomografia emisyjna pojedynczego fotonu. Rzadko, głównie ze względu na techniczną złożoność uzyskiwania ultrakrótkożyciowych radionuklidów emitujących pozytony, wykonuje się również dwufotonową tomografię emisyjną na specjalnej kamerze gamma. Czasami stosuje się przestarzałą metodę wizualizacji radionuklidów - skanowanie; wykonuje się ją na urządzeniu zwanym skanerem.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]