Radionukliditutkimus

Radionuklididiagnostiikan löytämisen historia

Etäisyys fysiikan laboratorioiden, joissa tiedemiehet tallensivat ydinhiukkasten jälkiä, ja jokapäiväisen kliinisen käytännön välillä tuntui masentavan pitkältä. Jo pelkkä ajatus ydinfysiikan ilmiöiden käyttämisestä potilaiden tutkimiseen saattaa tuntua, ellei hullulta, niin upealta. Tämä ajatus syntyi kuitenkin unkarilaisen tiedemiehen D. Hevesin, joka myöhemmin voitti Nobel-palkinnon, kokeissa. Eräänä syyspäivänä vuonna 1912 E. Rutherford näytti hänelle laboratorion kellarissa makaavan lyijykloridikasan ja sanoi: "Tässä, hoida tämä kasa. Yritä eristää radium-D lyijysuolasta."

D. Hevesi suoritti lukuisia kokeita yhdessä itävaltalaisen kemistin A. Panethin kanssa, ja niiden jälkeen kävi selväksi, että lyijyä ja radium D:tä oli mahdotonta erottaa kemiallisesti, koska ne eivät olleet erillisiä alkuaineita, vaan yhden alkuaineen - lyijyn - isotooppeja. Ne eroavat toisistaan vain siinä, että toinen niistä on radioaktiivinen. Hajotessaan se lähettää ionisoivaa säteilyä. Tämä tarkoittaa, että radioaktiivista isotooppia - radionuklidia - voidaan käyttää merkkiaineena tutkittaessa sen ei-radioaktiivisen kaksoisolemuksen käyttäytymistä.

Lääkäreille avautui kiehtovia näkymiä: radionuklidien antaminen potilaan kehoon ja niiden sijainnin seuranta radiometristen laitteiden avulla. Suhteellisen lyhyessä ajassa radionuklididiagnostiikasta tuli itsenäinen lääketieteen ala. Ulkomailla radionuklididiagnostiikkaa yhdistettynä radionuklidien terapeuttiseen käyttöön kutsutaan isotooppilääketieteeksi.

Radionuklidimenetelmä on menetelmä elinten ja järjestelmien toiminnallisen ja morfologisen tilan tutkimiseksi radionuklidien ja niillä merkittyjen indikaattoreiden avulla. Nämä indikaattorit - niitä kutsutaan radiofarmaseuttisiksi aineiksi (RP) - viedään potilaan kehoon, ja sitten erilaisten laitteiden avulla määritetään niiden liikkumisen, kiinnittymisen ja poistamisen nopeus ja luonne elimistä ja kudoksista.

Lisäksi kudosnäytteitä, verta ja potilaan eritteitä voidaan käyttää radiometriaan. Vaikka indikaattorin käyttö on merkityksetöntä (mikrogramman sadasosat ja tuhannesosat), joka ei vaikuta normaaliin elintoimintojen kulkuun, menetelmällä on poikkeuksellisen korkea herkkyys.

Radiolääke on kemiallinen yhdiste, joka on hyväksytty annettavaksi ihmisille diagnostisiin tarkoituksiin ja jonka molekyylissä on radionuklidi. Radionuklidin säteilyspektrin on oltava tietyn energian omaava, sen on aiheutettava mahdollisimman vähän säteilyaltistusta ja sen on heijastettava tutkittavan elimen tilaa.

Tässä suhteessa radiolääke valitaan ottaen huomioon sen farmakodynaaminen (käyttäytyminen kehossa) ja ydinfysikaaliset ominaisuudet. Radiolääkevalmisteen farmakodynamiikka määräytyy kemiallisen yhdisteen mukaan, jonka perusteella se syntetisoidaan. RFP:n rekisteröintimahdollisuudet riippuvat sen radionuklidin hajoamistyypistä, jolla se on merkitty.

Radioaktiivista lääkettä tutkittaessa lääkärin on ensinnäkin otettava huomioon sen fysiologinen suuntautuminen ja farmakodynamiikka. Tarkastellaan tätä esimerkkinä radioaktiivisen lääkkeen antamisesta vereen. Laskimoon injektoinnin jälkeen radioaktiivinen lääkeaine jakautuu aluksi tasaisesti vereen ja kulkeutuu kaikkiin elimiin ja kudoksiin. Jos lääkäri on kiinnostunut elinten hemodynamiikasta ja veren määrästä, hän valitsee indikaattorin, joka kiertää verenkierrossa pitkään menemättä verisuonten seinämien ulkopuolelle ympäröiviin kudoksiin (esimerkiksi ihmisen seerumin albumiini). Maksaa tutkiessaan lääkäri suosii kemiallista yhdistettä, jonka tämä elin ottaa selektiivisesti talteen. Jotkut aineet talteen verestä munuaisten kautta ja erittyvät virtsaan, joten niitä käytetään munuaisten ja virtsateiden tutkimiseen. Jotkut radioaktiiviset lääkkeet ovat trooppisia luukudokselle, mikä tekee niistä välttämättömiä tuki- ja liikuntaelimistön tutkimisessa. Tutkimalla radioaktiivisen lääkkeen kuljetusaikoja sekä jakautumisen ja poistumisen luonnetta kehosta lääkäri arvioi näiden elinten toiminnallisen tilan sekä rakenteelliset ja topografiset ominaisuudet.

Pelkän radiolääkkeen farmakodynamiikan tarkastelu ei kuitenkaan riitä. On otettava huomioon sen koostumukseen sisältyvän radionuklidin ydinfysikaaliset ominaisuudet. Ensinnäkin sillä on oltava tietty säteilyspektri. Elinten kuvan saamiseksi käytetään vain γ-säteitä tai karakteristista röntgensäteilyä emittoivia radionuklideja, koska nämä säteilyt voidaan rekisteröidä ulkoisella havaitsemisella. Mitä enemmän γ-kvantteja tai röntgenkvantteja muodostuu radioaktiivisen hajoamisen aikana, sitä tehokkaampi tämä radiolääke on diagnostisesti. Samalla radionuklidin tulisi emittoimaan mahdollisimman vähän solukalvosäteilyä - elektroneja, jotka absorboituvat potilaan kehoon eivätkä osallistu elinten kuvan saamiseen. Tästä näkökulmasta katsottuna parempia ovat radionuklidit, joiden ydinmuutos on isomeerisen siirtymätyypin mukainen.

Radionuklideja, joiden puoliintumisaika on useita kymmeniä päiviä, pidetään pitkäikäisinä, useita päiviä keskiikäisinä, useita tunteja lyhytikäisinä ja useita minuutteja erittäin lyhytikäisinä. Ilmeisistä syistä niissä käytetään yleensä lyhytikäisiä radionuklideja. Keskiikäisten ja erityisesti pitkäikäisten radionuklidien käyttöön liittyy lisääntynyt säteilyaltistus, ja erittäin lyhytikäisten radionuklidien käyttö on teknisistä syistä vaikeaa.

Radionuklideja voidaan saada useilla tavoilla. Osa niistä muodostuu reaktoreissa, osa kiihdyttimissä. Yleisin tapa saada radionuklideja on kuitenkin generaattorimenetelmä eli radionuklidien tuottaminen suoraan radionuklidien diagnostiikkalaboratoriossa generaattoreiden avulla.

Radionuklidin erittäin tärkeä parametri on sähkömagneettisen säteilyn kvanttien energia. Hyvin pienienergiset kvantit jäävät kudoksiin eivätkä siksi saavuta radiometrisen laitteen ilmaisinta. Hyvin suurienergiset kvantit kulkevat vain osittain ilmaisimen läpi, joten niiden rekisteröintitehokkuus on myös alhainen. Radionuklididiagnostiikan optimaalinen kvanttienergia-alue on 70–200 keV.

Tärkeä vaatimus radiolääkkeelle on minimoida säteilyaltistus sen antamisen aikana. Tiedetään, että käytetyn radionuklidin aktiivisuus vähenee kahdesta tekijästä johtuen: sen atomien hajoaminen eli fysikaalinen prosessi ja sen poistuminen elimistöstä – biologinen prosessi. Radionuklidin atomien puolet hajoamisaikaa kutsutaan fysikaaliseksi puoliintumisajaksi T 1/2. Aikaa, jonka aikana elimistöön annetun lääkkeen aktiivisuus puolittuu sen poistumisen vuoksi, kutsutaan biologiseksi puoliintumisajaksi. Aikaa, jonka aikana elimistöön annetun radiolääkkeen aktiivisuus puolittuu fysikaalisen hajoamisen ja poistumisen vuoksi, kutsutaan efektiiviseksi puoliintumisajaksi (Ef).

Radionuklididiagnostiikassa pyritään valitsemaan radiofarmaseuttinen lääke, jolla on lyhin T1/2. Tämä on ymmärrettävää, koska potilaan säteilykuorma riippuu tästä parametrista. Hyvin lyhyt fysikaalinen puoliintumisaika on kuitenkin myös hankala: radiofarmaseuttisen lääkkeen toimittamiseen laboratorioon ja tutkimuksen suorittamiseen on varattava aikaa. Yleissääntö on: lääkkeen Tdar-arvon tulisi olla lähellä diagnostisen toimenpiteen kestoa.

Kuten jo todettiin, laboratoriot käyttävät tällä hetkellä useimmiten generaattorimenetelmää radionuklidien saamiseksi, ja 90–95 %:ssa tapauksista tämä on radionuklidi ^99mTc, jota käytetään valtaosan radiolääkkeiden merkitsemiseen. Radioaktiivisen teknetiumin lisäksi käytetään ^133Xe:tä, ^67Ga:ta ja hyvin harvoin muita radionuklideja.

Kliinisessä käytännössä yleisimmin käytetyt radiolääkkeet.

Tarjouspyyntö	Soveltamisala
99m Tc-albumiini	Verenkiertotutkimus
99m 'Tc-leimatut punasolut	Verenkiertotutkimus
99m Tc-kolloidi (tekninen fitti)	Maksan tutkimus
99m Tc-butyyli-IDA (bromesidi)	Sappijärjestelmän tutkiminen
99mTc -pyrofosfaatti (teknifori)	Luuston tutkimus
99m Ts-MAA	Keuhkotutkimus
133 Hän	Keuhkotutkimus
67 Ga-sitraatti	Kasvainta aiheuttava lääke, sydäntutkimus
99m Ts-sestamibi	Kasvaintrooppinen lääke
99m Tc-monoklonaaliset vasta-aineet	Kasvaintrooppinen lääke
201 T1-kloridi	Sydän, aivotutkimus, kasvaimia edistävä lääke
99m Tc-DMSA (tekninen molekyyli)	Munuaisten tutkimus
131 T-hippuraania	Munuaisten tutkimus
99 Tc-DTPA (pentatek)	Munuaisten ja verisuonten tutkiminen
99m Tc-MAG-3 (tekninen mag)	Munuaisten tutkimus
99mTc -perteknetaatti	Kilpirauhasen ja sylkirauhasten tutkimus
18 F-DG	Aivo- ja sydäntutkimus
123 I-MIBG	Lisämunuaisten tutkimus

Radionukliditutkimusten suorittamiseen on kehitetty erilaisia diagnostisia laitteita. Tarkoituksestaan riippumatta kaikki nämä laitteet on suunniteltu yhden periaatteen mukaisesti: niissä on ilmaisin, joka muuntaa ionisoivan säteilyn sähköisiksi impulsseiksi, elektroninen prosessointiyksikkö ja tiedon esitysyksikkö. Monet radiodiagnostiset laitteet on varustettu tietokoneilla ja mikroprosessoreilla.

Detektoreina käytetään yleensä tuikelaitteita tai harvemmin kaasulaskimia. Tuikelaite on aine, jossa nopeasti varautuneiden hiukkasten tai fotonien vaikutuksesta esiintyy valonvälähdyksiä eli sintillaatioita. Nämä tuikelaitteet sieppaavat valonvälähdykset sähköisiksi signaaleiksi, jotka muuntavat valonvälähdykset. Tuikekide ja PMT on sijoitettu suojaavaan metallikoteloon, kollimaattoriin, joka rajoittaa kiteen "näkökentän" tutkittavan elimen tai ruumiinosan kokoon.

Yleensä radiodiagnostiikkalaitteessa on useita vaihdettavia kollimaattoreita, jotka lääkäri valitsee tutkimuksen tavoitteiden mukaan. Kollimaattorissa on yksi suuri tai useita pieniä reikiä, joiden läpi radioaktiivinen säteily tunkeutuu detektoriin. Periaatteessa mitä suurempi kollimaattorin reikä on, sitä suurempi on detektorin herkkyys eli sen kyky rekisteröidä ionisoivaa säteilyä, mutta samalla sen resoluutio on pienempi eli kyky erottaa pieniä säteilylähteitä erikseen. Nykyaikaisissa kollimaattoreissa on useita kymmeniä pieniä reikiä, joiden sijainti valitaan ottaen huomioon tutkimuskohteen optimaalinen "näkö"! Biologisten näytteiden radioaktiivisuuden määrittämiseen suunnitelluissa laitteissa käytetään tuikedetektoreita niin sanottujen kaivolaskimien muodossa. Kiteen sisällä on sylinterimäinen kanava, johon asetetaan koeputki, jossa tutkittava materiaali on. Tällainen detektorin rakenne lisää merkittävästi sen kykyä kaapata heikkoa säteilyä biologisista näytteistä. Nestesintillaattoreita käytetään radionuklideja sisältävien biologisten nesteiden radioaktiivisuuden mittaamiseen pehmeällä β-säteilyllä.

Kaikki radionuklididiagnostiset tutkimukset jaetaan kahteen suureen ryhmään: tutkimukset, joissa radiolääke annetaan potilaan elimistöön – in vivo -tutkimukset, ja potilaan veren, kudospalojen ja eritteiden tutkimukset – in vitro -tutkimukset.

Kaikki in vivo -tutkimukset vaativat potilaan psykologista valmistautumista. Potilaalle tulee selittää toimenpiteen tarkoitus, sen merkitys diagnostiikassa ja itse toimenpide. Erityisen tärkeää on korostaa tutkimuksen turvallisuutta. Yleensä ei ole tarvetta erityiselle valmistelulle. Potilasta tulee vain varoittaa hänen käyttäytymisestään tutkimuksen aikana. In vivo -tutkimuksissa käytetään erilaisia radiolääkkeen antotapoja toimenpiteen tavoitteista riippuen. Useimmat menetelmät käsittävät radiolääkkeen injektoimisen pääasiassa laskimoon, paljon harvemmin valtimoon, elinkudokseen tai muihin kudoksiin. Radiolääkettä käytetään myös suun kautta ja inhalaatiolla.

Radionukliditutkimuksen indikaatiot määrää hoitava lääkäri radiologin konsultaation jälkeen. Yleensä se tehdään muiden kliinisten, laboratorio- ja ei-invasiivisten sädehoitojen jälkeen, kun tietyn elimen toimintaan ja morfologiaan liittyvien radionukliditietojen tarve selviää.

Radionuklididiagnostiikalle ei ole vasta-aiheita, terveysministeriön ohjeissa on vain rajoituksia.

Radionuklidimenetelmistä erotetaan seuraavat: radionuklidien visualisointimenetelmät, radiografia, kliininen ja laboratorioradiometria.

Termi "visualisointi" on johdettu englanninkielisestä sanasta "visio". Se tarkoittaa kuvan ottamista, tässä tapauksessa radioaktiivisten nuklidien avulla. Radionuklidien visualisoinnilla tarkoitetaan kuvan luomista radiolääkkeen alueellisesta jakautumisesta elimissä ja kudoksissa, kun se viedään potilaan kehoon. Radionuklidien visualisoinnin pääasiallinen menetelmä on gammaskintigrafia (tai yksinkertaisesti skintigrafia), joka suoritetaan gammakameralla. Yksi gammakameralla (liikkuvalla ilmaisimella) suoritettava skintigrafian muunnelma on kerros kerrokselta tapahtuva radionuklidien visualisointi - yksifotoniemissiotomografia. Harvoin, pääasiassa erittäin lyhytikäisten positroneja emittoivien radionuklidien saamisen teknisen monimutkaisuuden vuoksi, myös kaksifotoniemissiotomografia suoritetaan erityisellä gammakameralla. Joskus käytetään vanhentunutta radionuklidien visualisointimenetelmää - skannausta; se suoritetaan skannerilla.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]