Глава 6. Основы и клиническое применение радионуклидного метода диагностики

Физические основы радионуклидной диагностики

В основе радионуклидного метода диагностики лежит явление естественной радиоактивности, открытое в конце XIX века французским физиком Анри Беккерелем. Этот ученый впервые показал, что некоторые химические элементы способны испускать «невидимые лучи», которые засвечивают рентгеновскую пластину так же, как и рентгеновские лучи. За это открытие Анри Беккерель в 1903 г. был удостоен Нобелевской премии.

Открытие рентгеновского излучения и естественной радиоактивности стало фундаментом, на котором построены современная ядерная физика и медицинская радиология.

Излучение, обнаруженное Беккерелем, стали называть сначала бекке-релевыми лучами - по аналогии с рентгеновскими. Однако оказалось, что новое излучение не однородное, а складывается из трех составляющих, которые стали именовать по первым буквам греческого алфавита - α-, β-и γ-излучение.

Альфа-излучение (⁴α2) представляет собой поток атомов гелия, лишенных электронов. Альфа-частица имеет двойной положительный заряд (два протона и два нейтрона) и массу, равную 4 атомным единицам. Пробег α-частиц в теле человека составляет несколько десятков микрон.

Бета-излучение - это поток β-частиц, т. е. электронов (e^-1) или позитронов (β+). Каждая частица обладает одним элементарным положительным или отрицательным электрическим зарядом. Масса электрона составляет всего около ¹/₁₈₄₀массы атома водорода. Электроны, образовавшиеся при распаде радионуклидов, проникают на несколько миллиметров в ткани человека.

Гамма-излучение - электромагнитное излучение, испускаемое при радиоактивном распаде. В отличие от тормозного излучения спектр γ-излу-чения дискретный, так как переход ядра атома из одного энергетического состояния в другое осуществляется скачкообразно. Свойства γ-излучения определяются длиной волны (λ) и энергией кванта (E). Энергия γ-кван-тов находится в пределах от десятков килоэлектрон-вольт до мегаэлектронвольт, поэтому они имеют высокую проникающую способность и оказывают выраженное биологическое действие.

Современная радионуклидная диагностика основана на регистрации γ-кван-тов, либо испускаемых непосредственно радиоактивными нуклидами при

их распаде (сцинтиграфия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография), либо образующихся при взаимодействии позитронов, испускаемых нуклидом, с электронами окружающих атомов.

Регистрация γ-квантов производится несколькими способами - подсчетом ионизаций в ионизационных камерах, газоразрядных счетчиках и фиксацией пробега γ-квантов в некоторых веществах при попадании в них ионизирующих излучений (так называемых сцинтилляторах). Число ионизаций, или сцинтилляций, соответствует числу радиоактивных распадов и, соответственно, количеству радиоактивного нуклида.

Единицей активности радионуклида в системе СИ является беккерель (Бк). 1 Бк равен 1 ядерному превращению за 1 с. На практике еще используют внесистемную единицу кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 х 10¹⁰ ядерных превращений за 1 с; 1 Бк равен 0,027 нКи.

В общем виде схема превращений атомов испусканием γ-квантов или позитронов выглядит для гамма-излучающих нуклидов:

атом радиоактивного нуклида - стабильный атом + γ-квант; для позитрон-излучающих нуклидов:

протон - позитрон (+) + нейтрино (0) + нейтрон (0); далее в организме происходит взаимодействие позитрона с электроном электронной оболочки атомов:

позитрон (+) + электрон (-) - γ-квант + γ-квант.

В связи с различиями в физических свойствах γ-квантов, образующихся при распаде γ-излучающих и позитрон-излучающих нуклидов, в современной ядерной медицине методики с использованием тех и других выделились в самостоятельные методы, которые будут рассмотрены отдельно.

РАДИНУКЛИДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НА ОСНОВЕ ГАММА-ИЗЛУЧАЮЩИХ НУКЛИДОВ

Радиофармацевтическим препаратом (РФП) называется разрешенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью химическое соединение, содержащее в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид.

Большинство РФП, меченных γ-излучающими нуклидами, искусственно синтезированы эти химические соединения тем или иным образом отображают функцию органов и тканей или имитируют естественные метаболиты организма. В последние годы разработаны РФП на основе естественных химических соединений или их аналогов, которые более точно отражают течение биологических процессов при различных заболеваниях.