6.2 Радиодиагностика

Методы радиодиагностики основаны на обнаружении, регистрации и измерении излучений радиоактивных изотопов, введенных в живые организмы для определения процессов обмена веществ, функции органов и систем организма и т. д. при различных патологических состояниях. Радиодиагнотику проводят с помощью специальных приборов и установок. Методы радиодиагностики условно подразделяют на 4 группы.

1⁰. Методы, основанные на определении различий в распределении, накоплении и изменении во времени содержания радиоизотопов и меченых соединений в органах или тканях здорового и больного организмов. Используют для распознавания болезней щитовидной железы, опухолей, поражений костей. Радиоактивный изотоп вводят в организм и через определенное время с помощью счетчиков ионизирующих излучений регистрируют уровень накопления его в органах или тканях.

2⁰.  Методы, основанные на измерении изотопного разведения, применяют главным образом для определения объема циркулирующей крови. Радиоактивный препарат вводят внутривенно и через некоторые промежутки времени определяют его радиоактивность в пробах крови, плазмы, эритроцитов или тканей; полученные данные сравнивают с начальной радиоактивностью введенного препарата.

3⁰.  Методы, основанные на определении выведения радиоизотопов из организма с мочой или калом (после внутривенного введения). Применяют при диагностике болезней почек, желудочно–кишечного тракта, печени, поджелудочной железы, связанных с нарушением в них процессов всасывания и выделения.

4⁰.  Применение радиодиагностических препаратов in vitro. В диагностике функционального состояния щитовидной железы меченые по ¹²⁵J или ¹³¹J тироксин и трииодтиронин используют при электрофоретическом разделении белков крови.

Методы радиодиагностики просты, объективны и могут быть применены для исследования функционального состояния почти всех органов и систем организма.

6.3 Метод сцинтиграфии

Метод основан на регистрации –излучения радиоактивных изотопов, специально введенных в организм. Объектами исследования могут быть различные органы биологических объектов, в том числе человека.

Предварительно, внутривенно или другим способом, пациенту вводят радиоиндикатор – препарат, состоящий из молекулы-вектора и радиоактивного маркера (изотопа) в качестве источника излучения. Основные используемые в практике изотопы представлены в табл. 6.1. Молекула-вектор поглощается определённой структурой организма (орган, ткань, жидкость). Радиоактивная метка служит «передатчиком»: испускает гамма-лучи, которые регистрируются –камерой. Количество вводимого радиоиндикатора таково, что испускаемое им излучение легко улавливается, но при этом он не оказывает токсического воздействия на организм.

Излучение исследуемого объекта регистрируется детектором –камеры, собранной по схеме, изображенной на рис. 6.1.

Рис. 6.1 Функциональная схема сцинтиграфической установки.

На рис.6.1 кроме биологического объекта (БО) изображены:

1– детекторная головка;

2– коллиматор;

3– схема накопления, нормирования и оцифровки сигналов;

4 – устройство визуализации;

5–ЭВМ.

Детекторная головка, включающая в себя детектор, коллиматор и электронное оборудование, крепится в штативе, который обеспечивает автоматическое перемещение устройства вокруг БО в пределах с шагом .

Детектор регистрирует –кванты, которые излучают изотопы, наиболее часто используемые в медицине:

– технеций ⁹⁹Тс с энергией –кванта 140 кэВ,

– индий ¹¹³In с энергией –кванта 394 кэВ.

Детекторная головка является достаточно сложным устройством. Вертикальный разрез ее и внутреннее содержание показаны на рис. 6.2 а.

Рис. 6.2 Формирование сцинтилляционных вспышек

На рисунке 6.2 б изображена плоскость, перпендикулярная оси головки, с вспышкой S в сцинтилляционном детекторе. По амплитуде на выходе каждого ФЭУ можно определить местоположение вспышки на плоскости.

Излучение исследуемого объекта попадает на коллиматор, выполненный в виде свинцовой пластины с множеством отверстий. Характерные размеры коллиматора различны для разных изотопов.

Так для ⁹⁹Тс толщина пластины мм, а диаметр отверстий мм. Задача коллиматора – обеспечить четкое изображение распределение радиоактивных атомов по объему исследуемого объекта.

На следующем рисунке 6.3 показаны три радиоактивных источника, находящихся на разных расстояниях от коллиматора, соответственно. Из рисунка видно, что разрешающая способность устройства зависит от расстояния между источником и коллиматором. При наличии коллиматора излучение распространяется в сторону детектора в большем телесном угле, чем излучения источников и , т.е. вспышки от дальних источников рассеиваются на большей площади, чем от ближних, и появляется возможность селектировать источники излучения по дальности.

Сцинтилляционный детектор преобразует – излучение в видимый свет, регистрируемый ФЭУ. Как правило детектор представляет собой пластинку из кристалла , активированного таллием ( ).

Рис. 6.3 Влияние коллиматора на формирование сцинтилляционных вспышек.

В зависимости от решаемых задач в практике исследований используются органические и неорганические сцинтилляторы, обладающие различными длительностями вспышки. Среди них:

– NaJ(Tl), неорганический сцинтиллятор с длительностью вспышки 250 нc в виде монокристаллов, которые гигроскопичны и должны упаковываться в воздухонепроницаемую оболочку (используются для регистрации γ-излучений);

– CsI(Tl), неорганический сцинтиллятор с длительностью вспышки 650 нс, негигроскопичные монокристаллы с большей, чем у NaJ(Tl), эффективностью регистрации, но меньшим световым выходом используются для регистрации γ-излучений и спектрометрии);

– органические (пластмассовые) сцинтилляторы с длительностью вспышки 2-5 нc, быстродействующие, недорогие, легко поддающиеся механической обработке.

Конструктивно сцинтилляционный детектор имеет форму диска диаметром 250…500 мм. Толщина диска должна соответствовать энергии изотопа – если велика, то ухудшается разрешающая способность, а если мала, то детектор будет иметь недостаточную чувствительность. Для технеция ⁹⁹Тс толщина кристалла составляет величину мм. Световые вспышки, возникающие в кристалле , поступает на систему ФЭУ, которые усиливают и преобразуют свет в электрические сигналы. Для более полного собирания света связь ФЭУ с кристаллом осуществляют с помощью световодов, при этом число ФЭУ может быть от 19 до 90 штук.

Разрешающая способность.

Разрешающая способность сцинтилляционной установки определяется разрешающими способностями самой –камеры и коллиматора .

Для –камеры лучшее значение мм.

Для коллиматора

Полагая мм; мм; расстояние до коллиматора мм, получим мм. Разрешающая способность установки определяется свойствами коллиматора и равна:

Обработка сигналов, получаемых в –камере, производится в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 5.4.

Рис. 6.4 Схема визуализации сцинтилляционных вспышек с помощью фотоумножителей.

На рис.6.4 обозначены:

1 – детекторная головка;

2 – схема сложения амплитуд импульсов;

3 – схема обработки, включающая в себя:

3.1 – схема преобразования импульсов с выходов ФЭУ в координатные сигналы;

3.2 – схема нормирования координат сигналов;

3.3 – амплитудный дискриминатор;

3.4 – аналого–цифровой преобразователь;

4 – устройство визуализации;

5 – ЭВМ

Импульсы с выходов ФЭУ поступают в устройство 2, которое суммирует их и после каждой сцинтилляции вырабатывает импульс с амплитудой, пропорциональной яркости в точке сцинтилляции. Далее в блоке 3 осуществляется обработка сигналов: узел 3.1 преобразует импульсы в координатные электрические сигналы, узел 3.2 нормирует координатные сигналы по амплитуде, обеспечивая независимость от яркости сцинтилляции.

Сцинтилляции происходят приблизительно на одной длине волны излучения , при этом яркость сцинтилляции зависит от энергии –кванта (от вида изотопа).

Для избирательной регистрации –квантов определенной энергии служит амплитудный дискриминатор 3.3, настроенный на фотопик спектра импульсов. Управляющий импульс на выходе 3.3 дает разрешение электронным устройствам –камеры воспринимать координатные сигналы или производить дальнейшие преобразования.

Регистрируемые сцинтилляции возникают по случайному закону, поэтому для получения четкой картинки необходимо достаточно большое время , в течение которого регистрируются около 10 000 вспышек в секунду. За сравнительно небольшое время регистрируются до 36 «срезов» пространственного изображения исследуемого органа. После оцифровки в АЦП 3.4 сигналы поступают в ЭВМ 5 и устройство визуализации 4, которые решают задачи выделения областей с одинаковым излучением –вантов, определение шага сетки для обеспечения точности при зонировании, вычитание фона поверхностных тканей.

Метод сцинтиграфии имеет ряд достоинств по сравнению с другими известными методами. В отличие от рентгеноскопии, использующей рентгеноконтрастные вещества (бариевая каша и др.), в сцинтиграфии вводимые препараты не поглощают –кванты, а излучают.

В МБИ и в лечебной практике с помощью метода сцинтиграфии проводятся:

1. Диагностика ишемической болезни сердца (ИБС) в том числе путем выявления преходящей ишемии миокарда, рубцовых изменений, исследования сократительной способности сердца.

2. Диагностика тромбоэмболии лёгочной артерии.

3. Диагностика метастазов и первичных опухолей костной ткани, переломов, воспаления, и инфекций (остеосцинтиграфия).

4. Исследование кровоснабжения головного мозга (диагностика болезни Альцгеймера). С помощью маркеров прослеживается распределение рецепторов некоторых нейромедиаторов в ткани мозга, например, дофамина, (диагностика болезни Паркинсона).

5. Диагностика заболеваний щитовидной железы.

6. Оценка функции почек и их кровоснабжения.

7. Выявление заболеваний печени, функциональных расстройств гепатобилиарной системы.