Medycyna nuklearna
Diagnostyka medyczna
Wśród badań, jakim bywamy poddawani, jednym z podstawowych jest rentgenowskie zdjęcie płuc. Opiera się ono na podobnej zasadzie jak radiografia przemysłowa. Badany obiekt (pacjent) znajduje się pomiędzy źródłem promieniowania (aparatem rentgenowskim) a detektorem (kliszą fotograficzną). Po włączeniu do sieci aparat wysyła promieniowanie X, które przechodząc przez ciało ludzkie jest pochłaniane w różny sposób przez kości i tkanki miękkie, stąd różny stopień zaczernienia kliszy fotograficznej w różnych miejscach. W ten sposób można na niej otrzymać obraz badanego narządu.
Technika rentgenowska wciąż rozwija się. Udoskonalenie aparatury oraz stosowanie coraz lepszych materiałów fotograficznych pozwoliło skutecznie skrócić czas napromieniania, a więc i zmniejszyć dawki promieniowania.
Wielkim osiągnięciem techniki rentgenowskiej jest tomografia komputerowa, w której komputer steruje wykonywaniem kolejnych zdjęć badanego narządu pod różnymi kątami i w różnych płaszczyznach. Uzyskuje się dzięki temu obraz warstwowy, co pozwala lekarzowi wykryć nawet niewielkie zmiany chorobowe.
Diagnostyka przy użyciu promieni X
Ta metoda diagnostyki ma 90% udział w kolektywnej dawce efektywnej wywołanej medycznymi zastosowaniami promieniowania jonizującego. Rocznie przeprowadza się za pomocą aparatów rentgenowskich 1910 mln badań medycznych i 520 mln dentystycznych. Średnia indywidualna roczna dawka efektywna jest szacowana na 0,4 mSv, a roczna dawka kolektywna na 2,3x106 osoboSv, przy czym dawki wywołane diagnostyką dentystyczną są o dwa rzędy wielkości mniejsze od dawek wywołanych diagnostyką medyczną.
Liczba nuklidów stosowanych w badaniach diagnostycznych doszła do sześćdziesięciu. Najszersze zastosowanie mają: 99Tc, 201Tl, 67Ga, 131I. Ponad 80% badań diagnostycznych z zastosowaniem farmaceutów stanowią zabiegi przy użyciu 99Tc o okresie połowicznego rozpadu 6 godzin. Zastosowanie radiofarmaceutyków w diagnostyce medycznej stale rośnie. W latach 1991-1996 średnio rocznie wykonywano ponad 32 mln badań, a średnia roczna dawka kolektywna była szacowana na 150 00 osoboSv.
Metodą obrazowania stosowaną w medycynie nuklearnej jest scyntygrafia. Zaletą tej techniki jest, poza uwidacznianiem struktury, również dodatkowa możliwość badania funkcji czynnościowej danego organu.
Stosując metodę atomów znaczonych, wprowadza się izotop promieniotwórczy do organizmu i wykorzystuje fakt, że określone pierwiastki (a więc i ich promieniotwórcze izotopy) gromadzą się w określonych narządach. Dzięki wysyłanemu promieniowaniu możemy następnie śledzić wędrówkę izotopu i jego rozkład w badanym narządzie, różny przy różnych schorzeniach, co pozwala badać funkcje poszczególnych narządów (np. tarczycy, nerek), pracę serca oraz aktywność fizjologiczną badanego narządu.
Do czasu wygaśnięcia wprowadzonej do organizmu promieniotwórczość, człowiek poddany takim badaniom będzie również promieniotwórczy, toteż do tego rodzaju badań dobiera się wyłącznie izotopy krótko-życiowe, jak: jod 131J, jod 122J, fluor 18F, gal 58Ga oraz tzw. izomery jądrowe: bar 137Ba, technet 99Tc i ind 113In.
Szczególnie atrakcyjne okazały się dwa ostatnie izotopy. Ich bardzo małe okresy półrozpadu (technet - 6 h, ind - 99 min.) wykluczają transport, toteż wytwarza się je na miejscu, w tzw. generatorach u użytkownika. Technet powstaje z rozpadu molibdenu, którego okres półrozpadu jest znacznie większy i wynosi 87 h, zaś ind z cyny. Użytkownik otrzymuje izotop o znacznie większym okresie półrozpadu, który w wyniku samorzutnych przemian jądrowych przechodzi w izotop krótko-życiowy. Produkt rozpadu - jako inny pierwiastek - daje się wydzielić metodą chemiczną; w ten sposób można stosować izotopy o małych okresach półrozpadu. Zastosowanie ich pozwoliło znacznie obniżyć dawki otrzymywane przez pacjentów podczas badań.
Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa
Pozytonowa Tomografia Emisyjna (ang. Positron emission tomography, PET) jest rodzajem tomografii komputerowej - techniką obrazowania, w której zamiast zewnętrznego źródła promieniowania rentgenowskiego lub radioaktywnego rejestruje się promieniowanie powstające podczas anihilacji pozytonów (anty-elektronów). Źródłem pozytonów jest podana pacjentowi substancja promieniotwórcza, ulegająca rozpadowi beta plus. Substancja ta zawiera krótko żyjące izotopy promieniotwórcze, dzięki czemu większość promieniowania powstaje w trakcie badania, co ogranicza powstawanie uszkodzeń tkanek wywołanych promieniowaniem. Niestety wiąże się także z koniecznością uruchomienia cyklotronu w pobliżu (krótki czas życia izotopów to także krótki maksymalny czas ich transportu) co znacząco podnosi koszty.
Powstające w rozpadzie promieniotwórczym pozytony, po przebyciu drogi kilku milimetrów, zderzają się z elektronami zawartymi w tkankach ciała, ulegając anihilacji. W wyniku anihilacji pary elektron - pozyton powstają dwa kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony) poruszające się w przeciwnych kierunkach (pod kątem 180°) i posiadają energię o wartości 511 keV każdy. Fotony te rejestrowane są jednocześnie przez dwa z wielu detektorów ustawionych pod różnymi kątami w stosunku do ciała pacjenta (najczęściej w postaci pierścienia), w wyniku czego można określić dokładne miejsce powstania pozytonów. Informacje te rejestrowane w postaci cyfrowej na dysku komputera, pozwalają na konstrukcję obrazów będących przekrojami ciała pacjenta, analogicznych do obrazów uzyskiwanych w tomografii NMR.
W badaniu PET wykorzystuje się fakt, że określonym zmianom chorobowym towarzyszy podwyższony metabolizm niektórych związków chemicznych, np. cukrów. Ponieważ energia w organizmie uzyskiwana jest głównie poprzez spalanie cukrów, to w badaniach wykorzystuje się deoxyglukozę znakowaną izotopem 18F. Najczęściej stosowanym preparatem jest F18-FDG.
PET stosuje się w medycynie nuklearnej głównie przy badaniach mózgu, serca, stanów zapalnych niejasnego pochodzenia oraz nowotworów. Umożliwia wczesną diagnozę choroby Huntingtona. Zastosowanie PET wpłynęło na znaczne poszerzenie wiedzy o etiologii i przebiegu w przypadku choroby Alzheimera, Parkinsona czy różnych postaci schizofrenii.
Dzięki diagnostyce PET istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo rozpoznania nowotworów (w około 90% badanych przypadków). Takiego wyniku nie daje się osiągnąć przy pomocy żadnej innej techniki obrazowania. PET daje także możliwość kontroli efektów terapeutycznych w trakcie leczenia chorób nowotworowych, np. za pomocą chemioterapii.
Technika rentgenowska wciąż rozwija się. Udoskonalenie aparatury oraz stosowanie coraz lepszych materiałów fotograficznych pozwoliło skutecznie skrócić czas napromieniania, a więc i zmniejszyć dawki promieniowania.
Wielkim osiągnięciem techniki rentgenowskiej jest tomografia komputerowa, w której komputer steruje wykonywaniem kolejnych zdjęć badanego narządu pod różnymi kątami i w różnych płaszczyznach. Uzyskuje się dzięki temu obraz warstwowy, co pozwala lekarzowi wykryć nawet niewielkie zmiany chorobowe.
Diagnostyka przy użyciu promieni X
Ta metoda diagnostyki ma 90% udział w kolektywnej dawce efektywnej wywołanej medycznymi zastosowaniami promieniowania jonizującego. Rocznie przeprowadza się za pomocą aparatów rentgenowskich 1910 mln badań medycznych i 520 mln dentystycznych. Średnia indywidualna roczna dawka efektywna jest szacowana na 0,4 mSv, a roczna dawka kolektywna na 2,3x106 osoboSv, przy czym dawki wywołane diagnostyką dentystyczną są o dwa rzędy wielkości mniejsze od dawek wywołanych diagnostyką medyczną.
Liczba nuklidów stosowanych w badaniach diagnostycznych doszła do sześćdziesięciu. Najszersze zastosowanie mają: 99Tc, 201Tl, 67Ga, 131I. Ponad 80% badań diagnostycznych z zastosowaniem farmaceutów stanowią zabiegi przy użyciu 99Tc o okresie połowicznego rozpadu 6 godzin. Zastosowanie radiofarmaceutyków w diagnostyce medycznej stale rośnie. W latach 1991-1996 średnio rocznie wykonywano ponad 32 mln badań, a średnia roczna dawka kolektywna była szacowana na 150 00 osoboSv.
Metodą obrazowania stosowaną w medycynie nuklearnej jest scyntygrafia. Zaletą tej techniki jest, poza uwidacznianiem struktury, również dodatkowa możliwość badania funkcji czynnościowej danego organu.
Stosując metodę atomów znaczonych, wprowadza się izotop promieniotwórczy do organizmu i wykorzystuje fakt, że określone pierwiastki (a więc i ich promieniotwórcze izotopy) gromadzą się w określonych narządach. Dzięki wysyłanemu promieniowaniu możemy następnie śledzić wędrówkę izotopu i jego rozkład w badanym narządzie, różny przy różnych schorzeniach, co pozwala badać funkcje poszczególnych narządów (np. tarczycy, nerek), pracę serca oraz aktywność fizjologiczną badanego narządu.
Do czasu wygaśnięcia wprowadzonej do organizmu promieniotwórczość, człowiek poddany takim badaniom będzie również promieniotwórczy, toteż do tego rodzaju badań dobiera się wyłącznie izotopy krótko-życiowe, jak: jod 131J, jod 122J, fluor 18F, gal 58Ga oraz tzw. izomery jądrowe: bar 137Ba, technet 99Tc i ind 113In.
Szczególnie atrakcyjne okazały się dwa ostatnie izotopy. Ich bardzo małe okresy półrozpadu (technet - 6 h, ind - 99 min.) wykluczają transport, toteż wytwarza się je na miejscu, w tzw. generatorach u użytkownika. Technet powstaje z rozpadu molibdenu, którego okres półrozpadu jest znacznie większy i wynosi 87 h, zaś ind z cyny. Użytkownik otrzymuje izotop o znacznie większym okresie półrozpadu, który w wyniku samorzutnych przemian jądrowych przechodzi w izotop krótko-życiowy. Produkt rozpadu - jako inny pierwiastek - daje się wydzielić metodą chemiczną; w ten sposób można stosować izotopy o małych okresach półrozpadu. Zastosowanie ich pozwoliło znacznie obniżyć dawki otrzymywane przez pacjentów podczas badań.
Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa
Pozytonowa Tomografia Emisyjna (ang. Positron emission tomography, PET) jest rodzajem tomografii komputerowej - techniką obrazowania, w której zamiast zewnętrznego źródła promieniowania rentgenowskiego lub radioaktywnego rejestruje się promieniowanie powstające podczas anihilacji pozytonów (anty-elektronów). Źródłem pozytonów jest podana pacjentowi substancja promieniotwórcza, ulegająca rozpadowi beta plus. Substancja ta zawiera krótko żyjące izotopy promieniotwórcze, dzięki czemu większość promieniowania powstaje w trakcie badania, co ogranicza powstawanie uszkodzeń tkanek wywołanych promieniowaniem. Niestety wiąże się także z koniecznością uruchomienia cyklotronu w pobliżu (krótki czas życia izotopów to także krótki maksymalny czas ich transportu) co znacząco podnosi koszty.
Powstające w rozpadzie promieniotwórczym pozytony, po przebyciu drogi kilku milimetrów, zderzają się z elektronami zawartymi w tkankach ciała, ulegając anihilacji. W wyniku anihilacji pary elektron - pozyton powstają dwa kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony) poruszające się w przeciwnych kierunkach (pod kątem 180°) i posiadają energię o wartości 511 keV każdy. Fotony te rejestrowane są jednocześnie przez dwa z wielu detektorów ustawionych pod różnymi kątami w stosunku do ciała pacjenta (najczęściej w postaci pierścienia), w wyniku czego można określić dokładne miejsce powstania pozytonów. Informacje te rejestrowane w postaci cyfrowej na dysku komputera, pozwalają na konstrukcję obrazów będących przekrojami ciała pacjenta, analogicznych do obrazów uzyskiwanych w tomografii NMR.
W badaniu PET wykorzystuje się fakt, że określonym zmianom chorobowym towarzyszy podwyższony metabolizm niektórych związków chemicznych, np. cukrów. Ponieważ energia w organizmie uzyskiwana jest głównie poprzez spalanie cukrów, to w badaniach wykorzystuje się deoxyglukozę znakowaną izotopem 18F. Najczęściej stosowanym preparatem jest F18-FDG.
PET stosuje się w medycynie nuklearnej głównie przy badaniach mózgu, serca, stanów zapalnych niejasnego pochodzenia oraz nowotworów. Umożliwia wczesną diagnozę choroby Huntingtona. Zastosowanie PET wpłynęło na znaczne poszerzenie wiedzy o etiologii i przebiegu w przypadku choroby Alzheimera, Parkinsona czy różnych postaci schizofrenii.
Dzięki diagnostyce PET istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo rozpoznania nowotworów (w około 90% badanych przypadków). Takiego wyniku nie daje się osiągnąć przy pomocy żadnej innej techniki obrazowania. PET daje także możliwość kontroli efektów terapeutycznych w trakcie leczenia chorób nowotworowych, np. za pomocą chemioterapii.