Радионуклидные методы исследования

Радионуклидная диагностика основана на возможности качественной и количественной регистрации излучений от радиофармацевтических препаратов (РФП), а также радиометрии биологических проб. Радионуклиды и их соединения подбираются таким образом, чтобы их поведение в организме человека не отличалось от поведения естественных веществ, а значит, отличие будет только в возможности давать излучение, т.е. «выдавать» свое местонахождение, количество и динамику содержания. Каждый РФП утверждается для использования Минздравом только после тщательных испытаний. Среди большого числа радионуклидов «зеленый свет» для диагностики получили лишь немногие: Tc-99m, In-113m, I-131, I-125, Se-75, In-111, Xe-133, Au-198, Hg-197. Из них наиболее часто используются лишь первые два: Технеций-99m и Индий-133m. Они – чистые гамма-излучатели (что и необходимо для эффективного исследования при минимальной дозе облучения) и их получают непосредственно перед исследованием в специальных генераторах. Лучевую безопасность при этом обеспечивает расчет оптимальной активности вводимого радионуклида. Активность подбирается таким образом, чтобы ее как раз хватило на проведение исследования. Дозы облучения пациента при этом четко регламентированы.

Возможность получения искусственных радиоактивных изотопов позволила расширить сферу применения радиоактивных индикаторов в различных отраслях науки, в том числе и в медицине. Радионуклидная визуализация основана на регистрации излучения, испускаемого находящимся внутри пациента радиоактивным веществом. Таким образом, общее между рентген- и радионуклидной диагностикой – использование ионизирующего излучения.

Радиоактивные вещества, называемые радиофармацевтическими препаратами (РФП), могут использоваться как в диагностических, так и в терапевтических целях. Все они имеют в своем составе радионуклиды – нестабильные атомы, спонтанно распадающиеся с выделением энергии. Идеальный радиофармпрепарат накапливается только в органах и структурах, предназначенных для визуализации. Накопление РФП может обусловливаться, например, метаболическими процессами (молекула-носитель может быть частью метаболической цепочки) либо локальной перфузией органа. Возможность изучения физиологических функций параллельно с определением топографо-анатомических параметров – главное преимущество радионуклидных методов диагностики.

Для визуализации используют радионуклиды, испускающие гамма-кванты, так как альфа- и бета-частицы имеют низкую проникающую способность в тканях.

В зависимости от степени накопления РФП различают «горячие» очаги (с повышенным накоплением) и «холодные» очаги (с пониженным накоплением или его отсутствием).

Существует несколько различных методов радионуклидного исследования.

Целью (общей) изучения данного раздела является умение интерпретировать принципы получения радионуклидного изображения и предназначение различных радионуклидных методов исследования.

Для этого необходимо уметь:

1) интерпретировать принципы получения изображения при сцинтиграфии, эмиссионной компьютерной томографии (однофотонной и позитронной);

2) интерпретировать принципы получения радиографических кривых;

3) трактовать предназначение сцинтиграфии, эмиссионной компьютерной томографии, радиографии.

Сцинтиграфия – самый распространенный метод радионуклидной визуализации.

Исследование проводится с помощью гамма-камеры. Основным ее компонентом является дисковидный сцинтилляционный кристалл йодида натрия большого диаметра (около 60 см). Этот кристалл является детектором, улавливающим гамма-излучение, испускаемое РФП. Перед кристаллом со стороны пациента располагается специальное свинцовое защитное устройство – коллиматор, определяющий проекцию излучения на кристалл. Параллельно расположенные отверстия на коллиматоре способствуют проецированию на поверхность кристалла двухмерного отображения распределения РФП в масштабе 1:1.

Гамма-фотоны при попадании на сцинтилляционный кристалл вызывают на нем вспышки света (сцинтилляции), которые передаются на фотоумножитель, генерирующий электрические сигналы. На основании регистрации этих сигналов реконструируется двухмерное проекционное изображение распределения РФП. Окончательное изображение может быть представлено в аналоговом формате на фотопленке. Однако большинство гамма-камер позволяет создавать и цифровые изображения.

Гамма-камеры – описание, конструкция, разновидности.

Уникальная архитектура SKYLight позволяет смонтировать гамма камеру по периметру комнаты, создавая таким образом “открытую” конструкцию без гентри. Избавившись от ограничений традиционных напольных систем, SKYLight может осуществлять визуализацию широкого круга пациентов на различных типах столов и в различных положениях. Воплощая следующее поколение платформ ядерной визуализации, SKYLight также позволяет медицинскому персоналу выполнять визуализацию двух пациентов одновременно (отделяемых друг от друга специальной ширмой, исключающей повышенную лучевую нагрузку больных друг на друга и на персонал радионуклидной лаборатории), обеспечивая для перегруженных отделений радионуклидной диагностики уникальную пропускную эффективность. Детекторы, перемещаемые свободными роботизированными потолочными подвесами, имеют возможность поворота вокруг собственной оси. Эта особенность конструкции, наряду с возможностью перемещать или полностью отсоединять стол пациента позволяет практически без ограничений проводить исследования пациентов на каталке, функциональной кровати и кресле-каталке, что особенно важно в онкологической практике.

Роботизированная система смены коллиматоров, осуществляемая за 3 минуты, и система выбора протокола сканирования гамма-камеры Philips SKYLight позволяет существенно повысить пропускную способность аппарата и существенно облегчает труд лаборанта радиоизотопной лаборатории.

В гамма-камере Philips SKYLight применяются специализированные длинноканальные коллиматоры высокого разрешения и программно-аппаратное обеспечение для автоматического позиционирования сердца в середину поля обзора детектора во время сбора данных. В совокупности с полностью автоматизированной цифровой системой коррекции энергии, линейности и однородности в режиме реального времени для коррекции артефактов движения, это позволяет получать высококачественные изображения без эффекта «мертвого пространства» при проведении SPECT сердца. При этом исследовании детекторы располагаются под углом 900, что является отраслевым стандартом. В гамма-камере Philips SKYLight работает система автоматического центрирования поля обзора при SPECT-исследованиях сердца.

Гамма-камера Philips SKYLight имеет систему автоматического управления позиционированием детекторов и сменой коллиматоров при выборе протоколов исследования. Применение цифровой коррекции энергии, линейности и однородности в масштабе реального времени в совокупности с высокой вычислительной мощностью дают возможность значительного улучшения качества изображения и повышения пропускной способости. Функция одновременной записи в различных энергетических окнах (до 16 окон по энергии), на разной матрице и т.д., позволяет записывать конкурентные изображения и открывает широкие перспективы при использовании системы для получения молекулярных изображений.

Внутреннее (собственное) разрешение детекторов гамма-камеры Philips SKYLight превосходит таковое у гамма-камеры e.cam на 0.4 мм (10%). Детекторы Philips SKYLight позволяют дифференцировать два излучающих объекта на таком расстоянии друг от друга, на котором другие гамма-камеры регистрируют их как один объект.

Камера Philips SKYLight позволяет, развернув оба детектора в одной плоскости и расположив их на одной оси, обследовать одновременно несколько областей тела, например, грудную клетку, брюшную полость и органы таза сразу (например, при поиске метастазов опухоли), что радикально сокращает время исследования, сокращая лучевую нагрузку и увеличивая пропускную способность отделения радионуклидной диагностики.

 

BrightView SPECT (ОФЭКТ)

Это не модифицированная гамма-камера, не просто более развитая модель с расширенной функциональностью. BrightView SPECT - это совершенно новый продукт, не менее революционный, чем камера SKYLight.

В силу того, что существует прямая зависимость между дистанцией "детектор-источник" и качеством изображения, BrightView располагает новой комплексной технологией CloseUp, ориентированной на сокращение такого растояния. Полностью автоматизированная, позволяющая детекторам комфортно и безопасно "парИть" над поверхностью исследуемой области, избегая соприкосновения с телом пациента, CloseUp предлагает клинике изумительное, ранее недостижимое для гамма-камер качество визуализации. Большую роль в получении таких изображений играют принципиально новые, более эффективные алгоритмы обсчета данных.

Кроме того, в камере BrightView используется новая, радиальная итерационная последовательность сбора информации. В то время как прочие разработчики придерживаются подхода, выработанного в 80-х годах прошлого столетия, т.е. фильтрованной обратной проекции. Прежняя технология позволяет ограничить большой поток данных, поступающих с детекторов, и была принята на вооружение в силу небольших вычислительных мощностей, которыми располагали производители в те времена. Новый принцип, реализованный в BrightView, резко увеличивает входящий поток информации, не подвергая её сомнительной коррекции и, таким образом, не искажая.

Обладая редкостно компактными размерами, BrightView может быть установлена в очень небольших помещениях.

Раскрываясь под теми углами, которые необходимы для обследования, в режиме MegaBody детекторы могут обследовать беспрецедентно большую площадь тела пациента.

Forte

Патентованная система прямого крепления детекторов к гентри с двумя независимыми кольцами обеспечивает высочайшую механическую стабильность и прецезионное позиционирование с выбором максимально возможного количества проекций сканирования.

Робот X-Act™ для автоматической установки гентри, детектора, коллиматоров и стола для укладки пациента, что позволяет достичь максимальной пропускной способности и эффективности использования системы.

Уникальный дизайн стола VersaTable™ пациента совмещает прочность и высокий комфорт для пациента. При этом стол может быть легко передвинут или отсоединен для обследования пациентов на каталке, кресле, функциональной кровати, в вертикальном положении и т.п.

Автоматическое устройство смены коллиматоров ColliMate™, рассчитанное на 4 пары коллиматоров (По специальному заказу - 2 дополнительные пары) позволяет заменить коллиматоры в течение 3-х минут, не подвергая их риску повреждения и не нагружая персонал.

Передовая технология цифровых детекторов с отдельным аналого-цифровым преобразователем для каждого фото-электронного умножителя обеспечивает получение выдающихся характеристик по пространственному и энергетическому разрешению, высокую скорость счета.

Автоматическое контурирование - максимальное приближение детекторов к телу пациента для получения изображений максимального качества.

Технология JetStream™ - автоматическое управление позиционированием детекторов и сменой коллиматоров при выборе протоколов исследования.

Цифровая коррекция энергии, линейности и однородности в масштабе реального времени.

Шестнадцать энергетических окон; каждое - с независимой матрицей, изменением масштаба изображения и остановки - получение конкурентных изображений - возможность получения молекулярных изображений.

Рабочая станция Pegasys™ Sunblade включает в себя более 250 пакетов самого современного клинического программного обеспечения.

Специализированные длинноканальные коллиматоры высокого разрешения для SPECT сердца Rembrandt™ позволяют получать высококачественные изображения без эффекта «мертвого пространства».

Полные пакеты специализированного программного обеспечения для исследований в кардиологии, созданные в кооперации с ведущими мировыми научными центрами: AutoQUANT™ Plus, CardiaQ™, Emory Tool Box™ и др., включающие реферативные базы для полуколичественного анализа и средства интерпретации и отображения данных исследований сердца в режимах SPECT и Gated SPECT. Оценка как перфузионных, так и функциональных данных. Используется в том числе алгоритм 3DMSPECT, разработанный в Медицинском Центре Университета Мичигана.

Уникальная функция Cardiotrac™ roving zoom автоматически позиционирует сердце в середину поля обзора детектора во время сбора данных, позволяя тем самым избежать эффекта усечения при кардиоисследованиях.

Полностью автоматизированная коррекция на движение InStill™ - для коррекции артефактов движения

Радиометрия предназначена для определения концентрации радиофармпрепарата в органах и тканях человека, что позволяет оценивать функциональное состояние изучаемого органа.

Различают

Лабораторную радиометрию (для регистрации активности различных биопроб и образцов)

Медицинскую радиометрию (для измерения активности от всего тела или отдельного органа)

Радиографию (для регистрации графиков изменений содержания РФП в органах и системах)

Сканирование (для регистрации накопления РФП в органах и тканях в виде изображения)

Профильное сканирование (для регистрации графиков накопления РФП в органах и тканях)

Сцинтиграфию (для регистрации динамики накопления и распределения РФП в органах и тканях)

 

Лабораторная радиометрия основана на измерении содержания того или иного меченного радионуклидом соединения в отдельных порциях крови, мочи, кала и других биологических средах.

Этим методом можно определять объем плазмы крови и массу эритроцитов, выделительную функцию почек, усвояемость жиров в кишечнике.

Сегодня одно из основных клинических применений лабораторной радиометрии – определение уровня гормонов и других биологически активных веществ и метаболитов в биологических средах.

Применяют разнообразные аппараты, принципы устройства и возможности у которых в общем мало отличаются.

Как пример приведем описание нескольких аппаратов для разных целей исследований.

1. Аппарата – многоканального радиометра РИГ-12 "Прогресс-РИА" для радиоиммунного и иммунно-радиометрического анализа

РИГ-12 "Прогресс-РИА" предназначен для проведения анализов содержания биологически активных веществ одновременно в 12 биопробах радиоиммунологическим методом с использованием радиоактивной метки на основе радионуклида I-125. Радиометр состоит из 12-канального радиометрического детектирующего устройства и персонального компьютера с современной оригинальной программой обработки и хранения информации "Прогресс-РИА".

Детектирующая часть установки состоит из 12-ти независимых блоков детектирования (БД), объединенных в одном корпусе. Каждый БД включает в себя независимый источник высоковольтного питания, спектрометрический усилитель, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) и систему светодиодной стабилизации преобразования. БД подключены к единой шине питания. Измерительная информация в цифровом виде со всех 12-ти БД поступает в персональный компьютер через один USB-порт. Такая блочная конструкция детектирующей части радиометра дает возможность при необходимости легко производить замену или ремонт одного из БД, в то время как остальные блоки остаются в работе.

Программное обеспечение «Прогресс-РИА» дает возможность работать с любыми RIA или IRMA наборами. Для аппроксимации стандартной кривой могут быть использованы полиномы различной степени или сплайн в обычных, логарифмических, Logit или 1/X координатах.

Впервые при расчете погрешности определяется систематическая составляющая, вносимая моделью аппроксимации стандартной кривой. При обработке результатов могут одновременно использоваться несколько стандартных кривых.

Возможность сохранения справочной информации (количества и концентраций стандартов, количества репликантов и т.п.) в виде шаблонов упрощает работу оператора при проведении однотипных исследований.

Интерфейсы программы позволяют использовать для печати и редактирования отчетов редактор текстов MSWord. Результаты измерений хранятся в формате базы данных Acsess, что позволяет переносить их в другие программы.
ПО "Прогресс-РИА" работает под управлением операционных систем Windows-9X, ME, NT, 2000, XP в интеграции с пакетом программ MS-OFFICE.

Отличительные особенности:

блочная конструкция детектирующего устройства, существенно упрощающая техническое обслуживание прибора

современное программное обеспечениеодновременное измерение 12 пробирок

возможность проведения радиоиммунного и иммунно-радиометрического анализа

запоминание «образов» шаблонов различных типов наборов

высокая стабильность работы, обеспечиваемая системой светодиодной стабилизации

наличие контрольных радионуклидных источников для проверки работоспособности прибора

Основные технические характеристики:

диапазон регистрируемых энергий фотонного излучения: 1080 кэВ

эффективность регистрации в каждом канале, не менее: 0.85 с-1 · Бк-1

габариты детектирующего устройства: 30х30х60 см