Лекция 1. Методы с использованием ионизирующего...

Спецкурс

Современные тенденции развития методов

медицинской визуализации в онкологии

Методы визуализации, связанные с использованием ионизирующего излучения

Масленникова Анна Владимировна

Нижний Новгород

2016

Открытие В.К. Рентгена (ноябрь 1985 г.)

В.К.Рентген смотрит через экран аппарата.

Хромолитография. [1896/1900]

Радиационные ожоги

Edison T, Morton WJ, Swinton AAC, Stanton E. The effect of X-rays upon the eyes. Nature. 1896;53:421.

Stevens LG. Injurious effects on the skin. Brit Med J. 1896;1:998.

Gilchrist TC. A case of dermatitis due to the X-rays. Bull Johns Hopkins Hosp. 1897;7:71.

Leopold Freund, первое успешное использование рентгеновских лучей для лечения (1896)

Первое успешное лечение волосяного невуса с

помощью рентгеновских лучей (1896)

Через 70 лет

Открытие явление радиоактивности, A. Bequerel, 1896

Открытие радия Pierre and Marie Curie, 1898

Современные методы визуализации

• Связанные с использованием ионизирующего излучения

Основанные на использовании радиоактивных изотопов

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Позитронно-эмиссионная томография

Основанные на использовании рентгеновского излучения

Классическое рентгенологическое исследование

Рентгеновская компьютерная томография

• Не связанные с использованием ионизирующего излучения

Магнитно-резонансная томография

Ультразвуковое исследование

Оптические методы

Радиоизотопная диагностика

В основе радиоизотопной диагностики явление искусственной радиоактивности (1934) с использованием изотопов или их соединений при введении их в организм (in vivo) или в биологические среды организма (in vitro) изучить состояние органов и систем в норме и патологии. «Отцом» радиоизотопной диагностики считается венгерский ученый Д. Хевеши, предложивший в 1913 году использовать в биологических исследованиях метод меченых атомов, считается отцом радиоизотопной диагностики. Спустя четыре десятилетия, в 1951 году, Бенедикт Кассен создал для целей радионуклидной диагностики прямолинейный сканер, который более чем на двадцать лет стал главным инструментом ядерной медицины.

Специальная аппаратура даёт возможность представить радиодиагностическую информацию в виде цифровых величин, графического изображения и картины пространственного распределения препарата в органах и системах (сцинтиграммы).

Устройство гамма-камеры

В сцинтилляторе гамма-камеры энергия поглощённых или рассеянных гамма-квантов преобразуется в фотоны видимого излучения, причём количество излученных фотонов пропорционально поглощённой в сцинтилляторе энергии гамма-кванта. Фотоумножители преобразуют световую вспышку в сцинтилляторе в импульс тока, который регистрируется спектрометрической аппаратурой. Путь преобразования информации здесь следующий: фотон от радионуклида, распределенного в теле пациента → сцинтилляция в кристалле → импульс в ФЭУ → электронное устройство, формирующее карту изображения → вспышка света на экране осциллоскопа. Применение сборки фотоумножителей позволяет осуществить восстановление координат вспышки и, таким образом, измерить пространственное распределение маркера в теле пациента.

Гамма-камера «Сименс»

Метастазы рака молочной железы

Опухоль паращитовидной железы

Дегенеративные изменения поясничных

позвонков

Метастазы рака простаты

Метастазы опухоли в печень

Опухоль носоглотки

Формирование передне-перегородочного

инфаркта миокарда

Двусторонняя тромбоэмболия легочной артерии

Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография — это развивающийся диагностический и исследовательский метод ядерной медицины. В основе этого метода лежит возможность при помощи специального детектирующего оборудования (ПЭТ-сканера) отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченных позитрон-излучающими радиоизотопами. Позитроны возникают при позитронном бета-распаде радионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в организм перед исследованием.

Физические принципы ПЭТ

Преимущества ПЭТ

• Ранняя и более точная диагностика злокачественных новообразований;

• Изучение молекулярно-биологических и патофизиологических характеристик опухолей

• Анализ индивидуальных особенностей каждого клинического случая;

• Планирование тактики лечения, в том числе с учетом индивидуальных особенностей;

• Мониторинг лечения и контроля непосредственных и отдаленных результатов.

Меченые радиоизотопами метки и метод анализа кинетики метки используются в для количественной оценки таких процессов как кровоток, мембранный транспорт, метаболизм, синтез и др.

В ПЭТ в основном применяются позитрон-излучающие изотопы элементов второго периода периодической системы:

углерод-11 (T½= 20,4 мин.)

азот-13 (T½=9,96 мин.)

кислород-15 (T½=2,03 мин.)

фтор-18 (T½=109,8 мин.)

Синтез радионуклидов осуществляется в циклотроне

Эти изотопы - единственные формы естественных элементов (18F используется как аналог водорода) генерирующие фотонное излучение, проникающее сквозь тело. Они встраиваются в биологические молекулы, но их химические или биологические свойства которых не изменяются.

Кислород-15

• Исследование локального кровоснабжения головного мозга.

• Количественная оценки потребления кислорода миокардом и фракции выброса. Недостатком является высокая концентрационная активность [15O] в сосудах сердца, полостях сердца и легких. Поэтому сложно проводить точные измерения концентраций метки.

• Определение кислородного статуса опухолевой ткани

Аммиак, меченный азотом-13

• Для измерения кровотока. Метка перемещается из сосудов в ткани с помощью активного транспорта (натрий-калиевый насос) и путем пассивной диффузии.

• Для измерения региональной перфузии миокарда. Короткий период полураспада позволяет использовать его при повторных исследованиях. Обеспечивает получение высококонтрастных поперечных изображений сердечной мышцы. Зачастую исследования с использованием [13N]-аммиака комбинируются с введением [18F]ФДГ, что позволяет сравнивать миокардиальный кровоток с метаболизмом глюкозы, диагносцировать несоответствие и рассчитывать индекс жизнеспособности сердечной мышцы.

Ацетат

11C-меченный ацетат используется для количественной оценки окислительного метаболизма.

Карфентанил

Карфентанил является агонистом мю-опиатных рецепторов, он приблизительно в 8000 раз мощнее чем морфин. [11C]-меченный карфентанил используется в позитронно-эмиссионной томографии для исследования опиатных рецепторов головного мозга

Фтор-18 [18F]

Фтор-18 имеет период полураспада равный 109 минутам. [18F]-меченная 2-дезоксиглюкоза используется в неврологии, кардиологии и онкологии для исследования метаболизма глюкозы.

Доля ПЭТ-исследований с ФДГ превышает 96% от общего числа процедур.

Рак молочной железы

Томограммы в трех ортогональных проекциях

Метастазы рака полости рта

Метастазы карциноида в забоюшинные л/у

Метастазы колоректального рака в печень

Спасибо за внимание!