Нуклеарна медицина

Нуклеарна медицина
ИЦД-10-ПЦС	C
ИЦД-9	92
МеСХ	Д009683
ОПС-301 цоде	3-70-3-72, 8-53

Нуклеарна медицина је интердисциплинарна клиничка грана науке у којој је извршена интеграције медицине и других научних дисциплина у циљу проучавања функције и структуре органа.

Технике нуклеарне медицине комбинују употребу радиоактивних супстанци – трејсера (најчешће у организам пацијента уносе интравенски) и сликовне морфолошке уз употребу последње генерације дијагностичке медицинске опреме, која укључује употребу рендгенских зрака али и метода без зрачења.

Колики је значај настанка и развоја нуклеарне медицине најбоље илуструје овај податаак — да се само у Сједињеним Америчким Државама, на око 4.000 болничких одељења нуклеарне медицине и можда 1.000 самостојећих центара за снимање сваке године обави око 12 милиона студија у нуклеарној медицини, које значајно помажу у дијагностици и спашавању великог броја људских живота.

Историја

Историја нуклеарне медицине везана је за допринос великог броја научника, инжињера и физичара кроз скоро два века. Почеци ове гране медицине везани су за крај деветнаестог века и открића радиоактивности (Анри Бекерел, 1896), радијума (Марија Кири, 1898) и рендгенских зрака Вилхелм Рендген, 1895). Одмах након тога почела је и практична примена радиоактивног зрачења у области која се данас назива нуклеарном медицином.

Након ових епохалних открића икс-зрачење и извори радијума почели су да се користе и у медицини за добијање слика, засноване на радијацији пренешеној кроз тело пацијента на фотографске плоче. То је омогућавало физичарима да по први пут неинвазивно виде структуре „унутар“ људског тела. Била је то нарочито корисна метода за сликовни (имиџинг) костију.

Убрзо по овом открићу, икс-зрачење је постало главно средство за добијање радиографских слика због брзине и бољег контраста у односу на методе које су укључивале коришћење радијума и других радионуклида доступних у том историјском раздобљу.

Прва половина 20. века

Основе развој нуклеарне медицине постављене су у првој половини 20. века (између 1910. и 1945. године), када је:

• Године 1905. први пут је примењено зрачње у обољења штитне жлезде.
• Ђерђ де Хевеш (1913) развио принципе коришћења радиоактивних маркера и први их применио у биолошком систему 1923. године, изучавајући апсорпцију и транспорт радиоактивног нитрата у биљкама. У том периоду дошло је до првог проучавања метаболичких процеса помоћу радиоактивног фосфора (додуше на животињама). Доказано је да се фосфор сакупља у костима. Убрзо након тога први пут је 32П искоришћен у терапеутске сврхе (терапија леукемије).
• Први пут у истраживањима унет маркер у људски организам, око 1927. године. Када су Блумгарт и Вајс, унели водени раствор радона интравенозно у организам, а затим су мерили време проласка крви од једне до друге руке коришћењем Wилсон-ове коморе као детектора зрачења.
• Године 1930. године, пронађен циклотрон, од стране Лоренса, који је омогућавао вештачку производњу нових радионуклида. Тиме се повећао опсег биолошких процеса којису могли постати предмет изучавања. Хевеш је био први који је користио ове нове радионуклиде за проучавање биолошких процеса у биљкама и крвним ћелијама. У том периоду дошло је до првог проучавања метаболичких процеса помоћу радиоактивног фосфора (прво на животињама), када је доказано да се фосфор сакупља у костима. Убрзо након тога први пут је 32П искоришћен у терапеутске сврхе (терапија леукемије).
• Први пут је примењен 89Ср у третману канцера костију јо 1939. године, а та процедура се и сада користи.
• Коначно, на крају Другог светског рата, развијен је нуклеарни реактор као део „Менхетн Пројекта”, у оквиру кога су реактори почели да се користе за производњу радиоактивних изотопа у количинама које су могле да задовоље потребе за примену у медицини.
• Значајан догађај за нуклеарну медицину догодио се 1946. године, када је за лечење пацијента с раком штитњаче примењен радиоактивним јод, што је довело до потпуног нестанка рака код болесника. Од тада па све до раних шездесетих година, у нуклеарној медицини се највише користио јод за проучавање и постављање дијагнозе код тироидних поремећаја, као и неки други радионуклиди који су могли да се користе само за неколицину одређених органа.

Друга половина 20. века

У педесетим годинама 20. века дошло је до развоја технологије која је омогућавала добијање слика дистрибуције радионуклида у људском телу, што је представљало велики искорак у односу на дотадашње бројање сигнала у неколико изабраних тачака мерења. Направљен је уређај помоћу кога је било могуће снимити дистрибуцију радиотрасера унутар тела — тај уређај назван је „скенером”.

Развој ректилинеарног скенера (Benedict Cassen, 1951) и ангер-камере (Хал Ангер, 1958) као претече свих модерних нуклеарно-медицинских система за имиџинг појединачним фотоном, омогућило је даљи напредак у овој области медицине.

Упоредо је рађено и на развоју радиофармаколошких препарата који се накупљају и учествују у метаболизму органа. Тако су настали први медикаменти за снимање јетре и бубрега.

Године 1964. Пол Харпер први пут уводи у имиџинг коришћење технецијума, који је и данас, у нуклеарној медицини, најчешће коришћени радионуклид. То је представљало прекретницу у развоју нуклеарне медицине, јер је утицало на више чињеница — јер:

• гама-зрачење које емитује технецијум поседује врло добре особине за примену у медицинском имиџингу,
• је техницијум врло флексибилан за маркирање широког спектра једињења која се могу користити за проучавање сваког органа у телу,
• је технецијум могао да се производи у облику који је био релативно дугог века,
• је техницијум омогућујавао болницама да увек имају спремне резерве радионуклида.

Седамдесете 20. века су донеле визуализацију додатних органа (поред штитне жлезде), укључујући скенирање јетре и слезине, локализацију тумора на мозгу и имиџинг гастроинтестиналног тракта.

Осамдесетих година 20. века примењењена је нуклеарна медицина у дијагностици срчаних болести, као и интеграција дигиталних рачунара и друге софистицаре технике.

Од раних осамдесетих година двадесетог века па све до данас присутан је брз развој нуклеарно медицинских техника. Појава правих метаболичких агената, као што су означени шећери, омогућила је проучавање канцера и болести срца на начин који раније није био могућ. У том периоду дошло је и до развоја ПЕТ система (ПЕТ камере) базираних на позитронским емитерима. Ти системи су, у овом тренутку, од великог знаћаја за нуклеарну медицину.

Последњи битан корак у развоју нуклеарне медицине био је развој система за конструкцију томографских слика. Ово револуционарно откриће унапредило је читаво поље медицинског имиџинга зато што је заменило дводимензионални (2Д) приказ. тродимензионалном (3Д) дистрибуцијом радиоактивности са стварним тродимензионалним приказом. То је омогућило развој позитронске емисионе томографије (ПЕТ) и једнофотонске емисионе компјутеризоване томографије (СПЕЦТ) током седамдесетих година 20. века, чиме је започето модерно доба нуклеарне медицине.

Нуклеарна медицина у 21. веку

У првим деценијама 21. века имиџинг процедуре нуклеарне медицине све више се користе у великом броју дијагностичких тестова, уз употребу широког дијапазона маркера, који покривају све главне органске системе у телу и пружају могућност различитих мерења биолошке функције (метаболизам костију, метаболизам глукозе, тироидна функција итд.).

Овај век карактерише и почетак развоја мултимодалне инструментације. Готово сви скенери за позитронску емисиону томографију и растући број скенара за једнофотонску емисиону компјутеризовану томографију данас су интегрисани са скенерима за компјутеризовану томографију (ЦТ), формирајући ПЕТ/ЦТ и СПЕЦТ/ЦТ конфигурације. Ови системи данас омогућавају лако повезивање структуре компјутеризоване томографије (ЦТ) и функције (позитронске емисионе томографије (ПЕТ) или једнофотонске емисионе компјутеризоване томографије (СПЕЦТ) дајући бољи дијагностички увид у многим клиничким студијама.

Данас постоји отприлике 100 различитих поступака снимања у нуклеарној медицине који пружају информације о скоро сваком органском систему. Нуклеарна медицина је такопостала саставни део бриге о пацијентима као изузетно вредна у раној дијагнози многих болести.

Опште информације

Пацијент у положају за испитивање у нуклеарној медицини. Уређаји изнад и испод пацијента су двојне гама камере и свака садржи сцинтилацијски кристал и другу електронику за снимање слике

Могућност добијања важних информација из живог људског тела путем слике (мерења ин виво) или имиџингом (којим се у медицини означава низ техника медицинског сликања), има велику примену како у клиничкој, тако и у истраживачкој медицини. Имиџин је тиме унео праву револуцију у дијагностици. Заједничка особина свих имиџин техника је да су оне неинвазивне (што значи да се обављају без отварања тела). Неки од ових система припадају нуклеарном медицини док остали припадају радиологији.

У свом основном облику, нуклеарна медицина се заснива на убризгавању у тело одређеног једињења, које може емитовати гама зрачење, или позитроне. Овакво једињење се назива радиофармацеутик, чешће маркер. Када дође до распада радионуклида, емитују се соко-енергетски фотони (гама-зрачење). Енергија овог зрачења је довољно велика тако да значајан број фотона напушта тело. Спољашњи детектор гама-зрачења може да региструје фотоне и креира слику дистрибуције радионуклида, а тиме и убризганог једињења које је у свом саставу имало радионуклид. Тако нпр. уз помоћ нуклеарно-медицинских метода може да се проучава снабдевање органа крвљу, метаболизам жучи, функцију бубрега, мокраћне бешике и штитне жлезде.

Према томе сврха имиџинга радионуклидима је добијање слике дистрибуције радиоактивне субстанце унутар тела, након њеног убризгавања (нпр интравенозном ињекцијом) испитанику. Слика се при томе добија регистрацијом емисије радиоактивности уз помоћ спољашних детектора смештених на различитим локацијама око пацијента. За потребе нуклеарне медицине, пожељне су емисије γ- зрака енергије у распону од 80 до 500 кеВ (или анихилационих фотона, енергије 511 кеВ). Овакво зрачење има довољну продорну моћ за пролазак кроз телесна ткива из органа смештених у унутрашњости људског организма. Зато α-честице и електрони нису од велике користи у имиџингу пошто је њихова продорна моћ ограничена на свега неколико милиметара (и оне нису у стању да напусте тело пацијента и не могу се регистровати, осим у случају спољашњих ткива организма).

Такође при конструкције детектори који се користе у имиџингу, мора се водити рачуна да они имају добру ефикасност у детектовању γ-зрачења. Пожељно је и да поседују способност регистровања „корисних“ фотона, односно очекиваних вредности енергије. Према томе сви γ-зраци који су изгубили позициону информацију услед Комптоновог расејања унутар тела нечи бити регистровани због мала емитоване енергије.

Врсте имиџинга

У нуклеарној медицини постоје две велике класе имиџинга:

Једнофазни једнофотонски имиџинг

Једнофотонски имиџинг (Сингле пхотон имагинг) се заснива на употреби радионуклида који се распадају уз емитовање гама зрачења. Планарна слика се добија снимањем дистрибуције радионуклида у пацијенту из једног одређеног угла. Веома је сличан конвенционалној нуклеарној планарној слици помоћу гама камере (или сцинтиграфије). али је у стању да пружи истините 3Д информације. Ове информације се обично приказују као пресеци пресека кроз пацијента, али се могу слободно реформатовати или манипулисати према потреби.

Техника захтева испоруку радиоизотопа који емитује гама (радионуклид) у пацијенту,након ињекције радифармака у крвоток. Већину времена, међутим, маркер радиоизотоп је везан за специфични лиганд да би се створио радиолиганд, чија се својства везују за одређене типове ткива. Ова веза омогућава да се комбинација лиганда и радиофармацеутика преноси и везује за место од интереса у телу, где се концентрација лиганда види помоћу гама камере.

Резултат овог имиџинга је слика без „дубинских информација”, која и поред тога може бити дијагностички корисна (нпр у приказима костију, где у окружујућем ткиву није дошло до велике апсорпције радиофармацеутика).

За томографски режим оваквог имиџинга, информације се прикупљају из различитих углова око пацијента. То лекару омогућује реконструкцију слика дистрибуције радионуклида по попречном пресеку и тиме пружа много више информација од планарне слике.

Позитронски имиџинг.

У позитронском имиџингу користе се радионуклиди чијим се распадањем емитују позитрони. Емитовани позитрон има врло кратак животни век. Након анихилације са електроном долази до креирања два високоенергетска фотона који су истовремено регистровани од стране детектора. I увом случају, томографске слике се добијају снимањем из различитих углова око пацијента.

Радиофармацеутици у нуклеарној медицини

Радиофармацеутици, радиотрасери су медицинска средства (радиоактивни елементи или једињења обележена радиоизотопима или радионуклеидима) која се користе у области нуклеарне медицине као маркери (обележивачи или трасери) за дијагнозу и лечење многих болести. Број различитих радионуклида који се користе у нуклеарној медицини је релативно мали, док се са друге стране, број једињења означених (радионуклидом) много већи, и у непрекидном је порасту, због све успешнијих и активнијих истраживања у области радиохемије. Зато треба очекивати да ће се примена радионуклида у медицини, у будућности, бити присутна, у већем обиму него данас, без обзира на развој других, нерадиоактивних, техника. Разлог је, у првом реду, велика осетљивост заједно са могућношћу праћења процеса у затвореном систему какав је људско тело, спољним детекторима. Док су истовремено концентрације радиоактивних лекова тако мале да не стварају никакав фармакодинамиски учинак.

Цоммон исотопес усед ин нуцлеар медицине

изоотоп	симбол	З	Т1/2	распад	гама (кеВ)	позитрон (кеВ)
Имиџинг (сликање):
Флуорин-18	18Ф	9	109.77 м	β+	511 (193%)	249.8 (97%)
Галиум-67	67Га	31	3.26 д	ец	93 (39%), 185 (21%), 300 (17%)	-
Криптом-81м	81мКр	36	13.1 с	ИТ	190 (68%)	-
Рубидиум-82	82Рб	37	1.27 м	β+	511 (191%)	3.379 (95%)
Нитроген-13	13Н	7	9.97 м	β+	511 (200%)	1190 (100%)
Технециум-99м	99мТц	43	6.01 х	ИТ	140 (89%)	-
Индиум-111	111Ин	49	2.80 д	ец	171 (90%), 245 (94%)	-
Јод-123	123I	53	13.3 х	ец	159 (83%)	-
Ксенон-133	133Xе	54	5.24 д	β−	81 (31%)	0.364 (99%)
Талиум-201	201Тл	81	3.04 д	ец	69–83* (94%), 167 (10%)	-
Терапија:
Итриум-90	90Y	39	2.67 д	β−	-	2.280 (100%)
Јод-131	131I	53	8.02 д	β−	364 (81%)	0.807 (100%)
З = атомски број, број протона; Т1/2 =полу живот; пропадање = начин пропадања фотони = принципи енергије фотона у кило-електрон волтима, кеВ, (изобиље / пропадање) β = бета максимална енергија у мега-електрон волтима, МеВ, (изобиље/пропадање) β+ = β+ децаy; β− = β− децаy; ИТ = исомериц транситион; ец = елецтрон цаптуре * X-раyс фром прогенy, мерцурy, Хг

Дијагностичко значење добијених слика

Модалитети медицинског имиџинга, на основу значења добијене слике и врсте информација које се могу добити, класификују се на следећи начин:

Биомедицински подаци до којих се може доћи на
неинвазиван начин путем уобичајених модалитета имиџинга

Тип података	ЦТ	γ-камера	СПЕЦТ	ПЕТ	МРИ	УС
Анатомски	+				+	+
Физиолочки						+
Метаболички				+
Генетички				+	+
Функционални	+	+	+	+		+
Фармаколошки		+		+	+

ЦТ-системи

Пет скен

Слике на морфолошком нивоу (анатомском нивоу) дају ЦТ-системи. На тим сликама се разликују органи и ткива која имају битније неједнак коефицијент апсорпције X-зраˇцења. Оно ˇсто се види на тим сликама је вредност коефицијента апсорпције X-зрака ткива. Код овог система премиса је да се могу видети промена структуре или анатомије, до којих је доˇсло услед обољења. Функционално стање тих органа није могу´це констатовати. На пример, ЦТ слика мозга ˇзивог и мртвог ˇцовека (непосредно након ˇсто је преминуо) је потпуно иста.

СПЕЦТ-системи

Уређаји и снимци у нуклеарној медицини

Слике на функционалном нивоу дају СПЕЦТ-системи. Радионуклид, којим је обележен неки радиофармак, циркулише кроз дати орган тако да се не само може видети слика тога органа, већ се моће видети функционално стање тога органа или дела органа. Ограничење могућности добијања слике на функционалном нивоу је последица ограниченог избора радионуклида (99мТц, 125И, 121И итд), а одатле и радиофармака који, угланом, не могу да учествују у физиолочким процесима. Међутим, ипак се понекад за СПЕЦТ системе могу направити „еквиваленти” ПЕТ радиофармаци са нуклидима 99мТц и 121И. Тада се мож избећи визуализација ПЕТ-ом, већ се може користити СПЕЦТ.

ПЕТ-системи

Слике на метаболичком нивоу дају ПЕТ-системи. Слике добијене овим системима омогућавају праћења метаболичких процеса у неком органу. Такве слике носе виши ниво информације него слике из ЦТ и СПЕЦТ система јер се на основу њих могу установити какви су физиолошки (биохемијски) процеси у органу. Праћење метаболичких процеса омогућавају радионуклиди као што су 11Ц, 13Н, 15О и 18Ф. Одговарајући елементи ових изотопа су основни чиниоци органских једињења (посебно разних шечера) који се налазе у људском организму и учествују у биохемијским процесима. У принципу, метаболички процеси би се могли пратити и СПЕЦТ системима када би постојали одговарајући радионуклиди за ту сврху, што није случај.

МРИ-системи

МРИ-системи (од Магнетиц Ресонанце Имагинг) омогућавају имиџинг одређених физичких карактеристика ткива. Добијена слика представља, прво, слику дистрибуције протона (језгара атома водоника), што се обично нотира као ПД1. Зато се овај начин снимања често зове протонским имиџингом. Ткива са више водоника биће јасније приказана од ткива која садрже мање водоника. Међутим, слика код МРИ истема представља и слику дистрибуције временских константи Т1 и Т2, које карактеришу процес релаксације вектора магнетизације, које јако зависе од врсте ткива.

Према томе, МРИ може да визуализује различите карактеристике ткива, проток крви и више физиолошких и метаболичких функција. Такође треба имати у виду да се МРИ заснива на ефекту нуклеарне магнетне резонанције и да су принципи остварења томографског снимка сасвим различити него код ЦТ, СПЕЦТ и ПЕТ система.

Ултарсонографија

Слике добијене на ултразвучним апаратима (УС) су на морфолошком нивоу, али се могу пратити физиолошке и функционалне промене.

Literatura

• Mas JC (2008). A Patient's Guide to Nuclear Medicine Procedures: English-Spanish. Society of Nuclear Medicine. ISBN 978-0-9726478-9-2. 
• Taylor A, Schuster DM, Naomi Alazraki N (2000). A Clinicians' Guide to Nuclear Medicine (2nd изд.). Society of Nuclear Medicine. ISBN 978-0-932004-72-7. 
• Shumate MJ, Kooby DA, Alazraki NP (јануар 2007). A Clinician's Guide to Nuclear Oncology: Practical Molecular Imaging and Radionuclide Therapies. Society of Nuclear Medicine. ISBN 978-0-9726478-8-5. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Ell P, Gambhir S (2004). Nuclear Medicine in Clinical Diagnosis and Treatment. Churchill Livingstone. стр. 1950. ISBN 978-0-443-07312-0. 
• Jones DW, Hogg P, Seeram E (март 2013). Practical SPECT/CT In Nuclear Medicine. ISBN 978-1447147022. CS1 одржавање: Формат датума (веза)

Spoljašnje veze

Медији везани за чланак Nuklearna medicina на Викимедијиној остави

• Nuklearna medicina на сајту Curlie