Twoja wyszukiwarka

KLARA SZATKIEWICZ
ŚWIECĄCE OGNISKA
Wiedza i Życie nr 8/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 8/1997

PIERWSZE ZASTOSOWANIA RADIOIZOTOPÓW W MEDYCYNIE BYŁY ODZWIERCIEDLENIEM ZUPEŁNEGO BRAKU WIEDZY O NIEPOŻĄDANYCH SKUTKACH NAPROMIENIENIA.

Rad 226 już w roku 1915 stosowany był jako lek wzmacniający, a także - w postaci kremów - jako środek odmładzający skórę. Dopiero po kilkunastu latach zorientowano się, że ten promieniotwórczy pierwiastek może wywoływać nowotwory i wycofano się z tych praktyk. Nie trzeba było jednak długo czekać na nowe próby wykorzystania fascynującego wówczas zjawiska, promieniotwórczości, w medycynie.

W roku 1931 po raz pierwszy zastosowano do badania tarczycy jod 131, co dało początek nowej gałęzi diagnostyki medycznej, scyntygrafii. Można ją określić jako przeciwieństwo badań radiologicznych - obraz narządów uzyskuje się, rejestrując promieniowanie wprowadzonych do wnętrza organizmu izotopów promieniotwórczych.

W scyntygrafii wykorzystuje się różne związki chemiczne, łatwo przyswajalne przez poszczególne narządy ludzkiego ciała. Tworzenie tej techniki diagnostycznej zaczęło się więc od poszukiwania takich substancji, które są wybiórczo gromadzone przez wątrobę, nerki czy serce, czyli mówiąc inaczej, starannie omijają narządy, które nas w konkretnym badaniu nie interesują. Dopiero następnym krokiem jest połączenie ich z izotopem promieniotwórczym - "zwiadowcą" scyntygrafii, a proces ten, zwany znakowaniem, przeprowadza się krótko przed badaniem.

Izotopów jest wiele, jednak idealny "zwiadowca" musi spełniać kilka warunków. Także czysto praktycznych, jak łatwość łączenia się z różnymi substancjami czy niski koszt wytwarzania. Ale przede wszystkim powinien emitować wyłącznie promieniowanie gamma, bez domieszki promieniowania alfa i beta; poza tym charakteryzować się krótkim czasem połowicznego rozpadu, ponieważ oznacza to, że szybko zniknie z organizmu człowieka, a zatem będzie dla człowieka bezpieczny. Prawdziwym przełomem w rozwoju scyntygrafii było wprowadzenie izotopów krótko żyjących, o czasie połowicznego rozpadu nie większym niż kilka godzin.

Fot. APEX SPX

Najlepiej spełniający wszystkie wspomniane wymagania okazał się technet 99 uzyskiwany w sztucznych warunkach w wyniku rozpadu molibdenu 99. Jego czas połowicznego rozpadu wynosi około 6 godzin. Obecnie jest on najczęściej stosowanym radioizotopem w rutynowej diagnostyce. Właściwie dopiero wprowadzenie na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych radiotechnetu umożliwiło szerokie zastosowanie badań izotopowych w pediatrii. Niestety, niektóre związki chemiczne nie łączą się z nim, dlatego w praktyce stosuje się też inne izotopy. Na przykład jod 131 - do badań tarczycy. Jego wadą jest dłuższy okres połowicznego rozpadu (7.5 dnia) oraz emitowanie także promieniowania beta. To sprawia, że identyczna dawka jodu 131 obciąża pacjenta 60 razy bardziej niż technet 99. W scyntygrafii stosuje się także gazy szlachetne - ksenon 133, krypton 85 (badania perfuzji mózgu), gal 67 (w onkologii), selen 75 (w diagnozowaniu przytarczyc i kory nadnerczy). Istnieje jednak wyraźna tendencja do zastępowania ich radiotechnetem.

Związki chemiczne znakowane izotopami promieniotwórczymi wprowadzone do wnętrza ciała pacjenta pochłaniane są przez narządy nierównomiernie, zatem - analizując ich rozkład - można wyciągnąć ciekawe wnioski diagnostyczne. W interpretacji wyników ważną rolę odgrywają tzw. ogniska scyntygraficzne, czyli te obszary, które inaczej niż otoczenie pochłaniają znakowaną substancję. Znaczne jej nagromadzenie to ognisko "gorące", obszar wolny od znacznika zaś to ognisko "zimne". To ostatnie zawsze budzi szczególną czujność lekarza, może bowiem zdradzać rozwijający się nowotwór.

Jak uzyskać obraz? Pierwszym krokiem do uzyskania czytelnego obrazu badanych narządów jest dokładne zliczenie wszystkich emitowanych z wnętrza ludzkiego ciała kwantów promieniowania gamma. W czasach odkrywcy promieniotwórczości Antoine'a Henriego Becque-rela stosowano do jej wykrycia kliszę fotograficzną. Potem skonstruowano licznik scyntylacyjny. Dziś obrazy uzyskuje się za pomocą aparatów o bardziej złożonej budowie - scyntygrafów lub gamma kamer, ale zasada ich działania pozostaje taka sama. Podstawowym elementem urządzeń scyntygraficznych jest głowica detekcyjna. W niej znajduje się kryształ scyntylacyjny - najczęściej jodek sodowy domieszkowany talem - który wykrywa emitowane promieniowanie. Kolimator ogranicza pole widzenia do potrzeb badania. Spełnia więc podobną funkcję jak soczewka w aparacie fotograficznym.

Kwant promieniowania gamma zostaje pochłonięty przez kryształ scyntylacyjny, który reaguje błyskiem świetlnym. Mówiąc inaczej, energia kwantu gamma zostaje przekształcona w energię promieniowania widzialnego.Właśnie błyski są nośnikami informacji - ich liczba na jednostkę powierzchni przesądza o wyglądzie obrazu. Energia promieniowania widzialnego wykorzystywana jest następnie do wybicia fotoelektronów z fotokatody (fotokatoda to elektroda ujemna, która emituje elektrony pod wpływem padającego na nią światła). Wyjściowa liczba fotoelektronów powiększana jest w wyniku wtórnej emisji, do której dochodzi we wzmacniaczu zwanym fotopowielaczem (elektrody dodatnie zwane dynodami przyciągają elektrony, które wybijają kolejne elektrony). Na wyjściu z fotopowielacza powstają impulsy prądu na tyle silne, że możliwa jest ich analiza. Analizator wysokości impulsów odcina impulsy pochodzące z tła, czyli zakłócenia. Na podstawie dochodzących impulsów następuje generacja i zapis obrazu.

Początkowo pojedynczy kryształ umieszczany był nad badanym narządem i rejestrował zmiany promieniowania w czasie. Pole widzenia nieruchomego licznika scyntygraficznego było jednak bardzo małe, co uniemożliwiało przedstawienie większego obrazu. Aby ominąć taką niedogodność, kryształ umieszczono na ruchomej dźwigni. Tak powstał scyntygraf dający obraz w skali 1:1. Dość długie badanie było jednak męczące dla pacjenta, ruch głowicy uniemożliwiał wykonanie badania dynamicznego, czyli obserwacji funkcjonowania wybranego narządu w czasie, a poza tym niemożliwe było uzyskanie obrazu całego ciała. Konstruktorzy postanowili więc zatrzymać kryształ i powiększyć go do kilkunastu centymetrów. Tak powstała gamma kamera (1959 rok), dzięki której skrócił się czas badania. Dołączając wózek przemieszczający kamerę, umożliwiono badanie całego ciała. Nowoczesne gamma kamery mogą obracać się wokół ciała pacjenta, dając obrazy warstwowe - tomograficzne! Metodę tę opracowano na początku lat osiemdziesiątych, a nazywa się tomografią emisyjną pojedynczego fotonu SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography). Stosuje się ją do badań mózgu, wątroby, układu kostnego. Metodę tę można również stosować do badań całego ciała (whole body SPECT). Jej zaletą jest możliwość uwidocznienia dynamiki przechodzenia znacznika przez narząd. Do obróbki sygnałów niezbędny stał się komputer, który rekonstruuje serie poprzecznych przekrojów o lepszym kontraście i rozdzielczości niż w badaniu jednopłaszczyznowym.

KLARA SZATKIEWICZ specjalizuje się w konstruowaniu sprzętu medycznego, jest doktorantką Politechniki Warszawskiej.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(02/97) TAJEMNICE CIAŁA
(02/97) ZŁAPAĆ ECHO
(04/97) NOWE OBLICZE RENTGENA
(08/97) JAK ZIMNE, TO NIEBEZPIECZNE
(10/97) WPAŚĆ W REZONANS