3.4. Применение методов ядерной медицины

В нашей стране принято называть совокупность методов диагностики и лечения с применением радиоактивных изотопов ядерной медициной. Массовое внедрение методов ядерной медицины в клиническую практику началось с кон-ца 50-х годов минувшего века, после выхода приказа Министра здравоохра-нения о создании в крупных онкологических учреждениях отделений радиоизо-топной диагностики и о строительстве типовых радиологических корпусов [39].

Развитие ядерной медицины к настоящему времени превратило ее в мощную отрасль здравоохранения, без которой вообще немыслимы диагностика и лечение особо тяжелых заболеваний, в первую очередь, онкологических. Каждый специалист в области ядерной медицины должен обладать глубоким пониманием физических основ радиоактивности и детектирующих систем, равно как и знанием химии радиофармпрепаратов (РФП) и процессов, определяющих локализацию РФП в определенных тканях и органах.

Весь раздел ядерной медицины можно разделить на три основных направления: радионуклидная диагностика, радионуклидная терапия, радиофармакология (рис. 3.6). В живой организм радиоактивные атомы вводят в таком небольшом количестве, что ни они, ни продукты их распада не оказывают вреда организму.

Рис. 3.6. Классификация методов ядерной медицины

Радионуклидная диагностика (РНД) — это совокупность диагностических методов, основанных на применении в качестве индикатора либо чистого радионуклида, либо РФП [5].

В пределах РНД можно выделить четыре класса исследований, три из которых относятся к диагностике in situ (непосредственно на организме), и один — к диагностике in vitro.

К первому классу относятся методы, в которых собирается информация в виде процента накопления РФП в каком-либо органе или ткани по отношению к внутренней дозе. Например, определение функции щитовидной железы по накоплению в ней радиоактивного йода ( или ), или измерение кровотока у лабораторных животных с помощью радиоактивного радона.

Второй класс включает в себя методы, основанные на визуализации распределения РФП в ткани, органе или во всем организме. Пример — визуализация печени.

Третий класс охватывает динамические исследования — наблюдение процессов и изменений в функции органов и тканей при прохождении РФП через ткань или орган. Например, исследование мозгового кровотока с помощью радиоактивного ксенона, исследование почечного кровотока.

Особняком стоят исследования продуктов жизнедеятельности организма, т.е. исследования in vitro. Пример — радиоиммунные исследования, когда РФП добавляется в пробу крови или тканей, изъятую у пациента, и определяются концентрации гормонов, антител, лекарств и других клинически важных веществ.

3.4.1. Общие принципы построения приборов для радионуклидной диагностики

В общем случае приборы, применяемые в РНД, можно разделить на две группы:

• приборы для определения процента накопления радиоизотопа (РФП) в организме (органе, ткани);

• приборы для динамических исследований.

Соответственно каждой группе структурные схемы приборов имеют характерные отличия.

Структурная схема прибора для определения процента накопления радио-изотопа содержит детектор γ-излучения, усилитель, анализатор амплитуд (уст-ройство обработки сигналов), дисплей, блок питания, таймер (рис. 3.7). Струк-турная схема прибора для динамических исследований не содержит таймера.

В настоящее время все большее распространение приобретают цифровые устройства для регистрации γ-излучения и последующей обработки результатов измерений на ЭВМ. Это возможно благодаря современным достижениям в области преобразования аналоговых сигналов в цифровой код и широким возможностям компьютерной обработки получаемых результатов в реальном времени в сочетании с практически неограниченными возможностями хранения и представления получаемой информации.

Передача данных в компьютер осуществляется в цифровой форме. В зависимости от конкретной задачи аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой различными способами.

В случае радиометрических устройств, где необходима простая регистрация γ-квантов, наличие электрического импульса на выходе одноканального анализатора представляет один отсчет при измерении накопления РФП. В других случаях данные имеются первоначально в аналоговой форме. При этом для обработки с использованием ЭВМ необходимо иметь информацию об амплитуде сигнала детектирующего устройства. Переход от аналогового сигнала к соответствующему цифровому коду осуществляется аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Требования, предъявляемые к разрядности АЦП, основаны на необходимой точности определения амплитуды входного сигнала.

Для спектрометрических детекторов цифровой код на выходе АЦП должен соответствовать энергии регистрируемых γ-квантов. Это достигается одним из следующих способов:

1. Аналоговое интегрирование сигналов детектора с последующим преобразованием полученной величины в цифровой код.

2. Преобразование аналогового сигнала детектора в сигнал определенной формы, амплитуда которого соответствует энергии регистрируемых γ-квантов, с последующим преобразованием этой амплитуды в цифровой код.

3. Преобразование мгновенных значений аналогового сигнала детектора в цифровой код с последующим цифровым интегрированием.

Следует отметить, что последний способ требует использования быстрых АЦП (время преобразования не более 10 нс) и мощных дополнительных вычислительных средств.

Полученные цифровые данные передаются в компьютер для последующей обработки и получения конечных результатов измерений. В ядерной медицине компьютеры выполняют следующие основные функции:

• сбор и коррекция данных в реальном масштабе времени (с учетом амплитудного анализа сигналов детектора);

• обработка полученной информации;

• представление результатов измерения (в первую очередь формирование и преобразование изображений);

• управление режимами работы детектирующей системы;

• хранение результатов измерений.

Применение цифровых систем для регистрации -квантов существенно улучшает качество результатов измерения и открывает неограниченные воз-можности для получения количественной информации об источнике излучения.