Радионуклидные методы визуализации

1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет
Национальный проект «Образование»
Радионуклидные методы визуализации
Выполнено в рамках проекта
Инновационная образовательная среда в классическом университете
Санкт-Петербург
2006
2
УДК 621.039.85
Радионуклидные методы визуализации: Учебное пособие / Б.В. Забродин,
В.Н. Ломасов, А.В.Моторный - СПб.: СПБГУ, 2006. - 87 с.
В пособии приводятся сведения из области радионуклидной диагностики, описываются
радионуклиды, применяемые для диагностирования, и способы их получения. Большое внимание уделяется получению циклотронных радиофармпрепаратов для позитронноэмиссионной томографии. Методическое пособие предназначено студентам и аспирантам
физико-математических специальностей, студентам радиологам, а также специалистам в области ядерной медицины.
УДК
621.039.85
Работа выполнена в рамках проекта
«Инновационная образовательная среда в классическом университете»
Национального проекта «Образование»
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2006
© Б.В. Забродин, В.Н. Ломасов, А.В.Моторный 2006
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………………4
1.
Элементы ядерной физики в радионуклидной диагностике ……….……..6
1.1. Основные понятия ….………………………………………………………..6
1.2. Синтез радионуклидов ….…………………………………………………...9
1.3. Единицы измерения радиоактивности ……………………………………10
2.
Основы получения изображения при радионуклидной диагностике ... 12
2.1. Систематика радионуклидной диагностики ..………………………….…...12
2.2. Основные принципы радионуклидной диагностики……………………….14
2.3. Визуализация в диагностике ..……………………………………………….15
3.
Радионуклиды, применяемые для визуализации …………………………25
3.1 Критерии выбора радионуклида ..……………………………………………25
3.2. Изотопы и радиофармпрепараты для радионуклидной диагностики ..…...33
3.3 Изотопы и препараты для позитронной эмиссионной томографии…….....37
4.
Технические средства получения КЖ и УКЖ радионуклидов ….………41
4.1
Радионуклидные генераторы ……………………………………………...42
4.2
Циклотрон – источник тяжелых заряженных частиц для наработки позитронных эмиттеров
………………...……….………..…………………49
4.3. Оборудование для производства позитронных радионуклидов …..……...56
4.3.1. Мишень для производства радионуклида фтор-18 …………..………….57
4.3.2. Мишень для производства радионуклида азот-13 ………………..……..58
4.3.3. Мишень для производства радионуклида углерод-11 ………..…………59
4.3.4. Мишенные устройства для производства радионуклидов ……..……….61
4.3.5. Транспортировка облученных мишенных веществ в защитные боксы ..64
4.4. Технология и аппаратура для синтеза РФП …..……………………………65
4.5. Модули синтеза РФП (конструкции, химические схемы процессов)….....66
5. Защитное оборудование ……………………………………………………….79
6. Контроль качества РФП для ПЭТ …………………………………………….82
Литература ………………………..………………………………………………85
Словарь терминов …………………………………………………………..........86
4
ВВЕДЕНИЕ
В течение последних десятилетий отмечается неуклонный рост тяжелых сердечно-сосудистых, онкологических и нейропсихических заболеваний. Отечественными
и зарубежными учеными разработан ряд эффективных методов их лечения. Однако
успех проводимых лечебных мероприятий в первую очередь зависит от своевременности и точности диагностики, обеспечивающей объективную оценку как морфологических, так и функциональных изменений в пораженных органах и тканях.
Опыт клинической медицины показывает преимущества методов диагностики,
основанных на визуализации патологических и нормальных участков тканей тела человека с помощью различных физических методик, дающих возможность визуализации
органов и тканей: рентгенологические, ультразвуковые, магнитно-резонансные, термографические. При этом наилучший диагностический эффект достигается при их совместном использовании.
В последнее время значительное развитие получила клиническая диагностика
заболеваний человека с помощью введения в его организм радиоизотопов в индикаторных количествах – радионуклидная диагностика (РНД). Визуализация с помощью радиоизотопов включает в себя ряд методов получения изображения, отражающих распределение в организме меченных радионуклидами веществ. Эти вещества называются
радиофармпрепаратами (РФП) и предназначены для наблюдения и оценки физиологических функций отдельных внутренних органов. Характер распределения РФП в организме определяется химической структурой РФП, а также такими факторами, как величина кровотока объёма циркулирующей крови и наличием того или иного метаболического процесса.
Впервые метод меченых атомов, лежащий в основе РНД, применил ДжХэвеши, который в 1924 г. с Bi-214 изучал гемоциркуляцию у животных, а в 1935 г. он
же исследовал биораспределение b-излучающего радионуклида
P в тканях крыс с
32
помощью коллимированного счетчика Гейгера - Мюллера. Именно 32P был первым радионуклидом, который был использован для РНД на человеке с целью определения
распространенности опухолевого процесса в головном мозге. С этой целью в ходе нейрохирургической операции миниатюрный детекторный зонд со счетчиком Гейгера-
5
Мюллера вводился в ткани головного мозга, и по уровню скорости счета импульсов
хирург мог уточнять границы распространения опухолевого очага в этих тканях.
В 1927 г. Блумгарт и Вейс применили газ радон для оценки гемодинамики у
больных с сердечной недостаточностью. В 1940 г. впервые по g-излучению
131
I Га-
мильтоном были проведены in vivo исследования функции щитовидной железы.
Радионуклиды для РНД сначала получали на циклотронах (первый циклотрон
разработал Э.Лоуренс в Беркли в 1928 г.), но их полезный выход был слишком мал для
широкого клинического использования. Новый этап в развитии радиофармацевтики
наступил с появлением ядерных реакторов, первоначально предназначенных для получения плутония в военных целях. На реакторе в Окридже с конца 40-ых гг. был налажен синтез и медицинских радионуклидов, прежде всего 32Р и
131
I. Позднее был разра-
ботан ряд РФП с другими радионуклидами, в частности, с 85Sr, 198Аи, 59Fе и др.
В наше время данная ветвь медицины прочно вошла в арсенал диагностических средств современных учреждений здравоохранения и по своей значимости
не уступает таким современным инструментальным методикам, как магнитнорезонансная томография, ультразвуковые и рентгеновские исследования.
В лечебных целях РФП также используются, однако они синтезируются на основе более долгоживущих  - и - - радионуклидах, а химическая структура РФП
должна способствовать его удержанию в целевом органе. Этот метод лечения называется радионуклидной терапией (РНТ). В современной научной литературе РНД и РНТ
объединяются термином ядерная медицина.
В настоящее время во всем мире, в том числе и в России, создаются комплексы
оборудования и технологий производства РФП, что продиктовано требованиями развития
медицины и вызывает необходимость подготовки специалистов, способных
успешно эксплуатировать это оборудование.