Контактное воздействие производится при непосредственном приложении источника излучения к ткани опухоли, производится интраоперативно или при поверхностно расположенных новообразованиях. В связи с этим данный метод, пусть и менее вредный для окружающих тканей, используется значительно реже. При внутритканевом (интрастициальном) методе в ткани, содержащие опухолевый очаг, вводятся закрытые источники в виде проволок, игл, капсул, сборок из шариков. Такие источники бывают как временной, так и постоянной имплантации.
При дистанционном воздействии между очагом воздействия и источником излучения могут лежать здоровые ткани. Чем их больше, тем сложнее доставить необходимую дозу излучения к очагу, и тем больше побочных эффектов терапии. Но, несмотря на наличие серьёзных побочных эффектов, этот метод наиболее распространён. Это обусловлено тем, что он наиболее универсален и доступен в использовании.
Перспективным является метод протонной терапии. Метод позволяет прецизионно нацеливаться на опухоль и уничтожать её при любой глубине локализации. Окружающие ткани получают минимальный урон, так как практически вся радиационная доза выделяется в опухоли на последних миллиметрах пробега частиц. Одним из препятствий для широкомасштабного использования протонов при лечении рака является размер и стоимость необходимого циклотронного или синхроциклотронного оборудования.
В данном методе радионуклид (как самостоятельный агент или в составе радиофармпрепарата) накапливается избирательно в тканях, содержащих опухолевый очаг. При этом используются открытые источники, растворы которых непосредственно вводятся в организм через рот, в полость, опухоль или сосуд. Примером способности некоторых радионуклидов накапливаться преимущественно в определённых тканях могут служить: йод — в щитовидной железе, фосфор — в костном мозге и др.
Задача медицинской диагностики состоит в изучении внутренней структуры организма (визуализации). Основные методы лучевой медицинской диагностики можно разделить на 3 группы.
Рентгенография, компьютерная рентгеновская томография.
Магнитно-резонансная томография (ядерная-магнитная резонансная томография).
Использование для диагностики радионуклидов. Эмиссионная томография.
Радионуклиды широко используются для проведения диагностических исследований в различных областях медицины. Для нормального функционирования различных органов необходимы различные элементы, так называемые органогены. Кроме основных (O, H, C, N, K, Ca, Mn, S) , необходимы также такие элементы как I, Si, F, Na, Fe, Mg, B, Cu и др. Поэтому введение органогена или подходящего химического соединения (молекулы-вектора), меченного соответствующим радионуклидом, позволяет получать информацию о состоянии тех или иных органов и их метаболизме. Различается два вида радионуклидной диагностики
Сцинтиграфия и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ - SPECT). Для ОФЭКТ обычно используют γ-излучатели с энергией γ-квантов в пределах 100-200 кэВ и периодами полураспада от нескольких минут до нескольких дней.
Позитронно-эмисионная томография (ПЭТ - PET). Для ПЭТ используются β+-излучатели с периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких часов.
Сцинтиграфия и однофотонная эмиссионная компьютерная томография. Пациенту вводят препарат, состоящий из молекулы-вектора и радионуклида. Молекула-вектор поглощается определённой структурой организма (орган, ткань, жидкость). Радионуклид излучает, и его излучение регистрируется детектором (гамма-камерой).
В состав современной гамма-камеры входят
многоканальный коллиматор, выделяющий направление гамма-квантов;
сцинтиллятор большой площади (~ 60×45 см);
матрица из ФЭУ;
электроника, с помощью которой извлекается информация о координатах и интенсивности сцинилляции;
ЭВМ, в котором строится сцинтиграфическое двумерное изображение исследуемого органа.
Чтобы получить информацию о направлении вылета из человеческого тела γ-квантов, происходит их коллимация в многоканальном коллиматоре. Сцинтиллятор детектора просматривается матрицей фотоумножителей. Таким образом определяется направление прихода γ-кванта, что дает возможность реконструировать точку его испускания.
Дальнейшее развитие радиоизотопной диагностики привело к созданию однофотонных эмиссионных компьютерных томографов (ОФЭКТ). В этих томографах трехмерное изображение получается путём компьютерной обработки серии плоскостных сцинтиграмм.
Подавляющее большинство диагностических процедур (~80%) при помощи техники сцинтиграфии и ОФЭКТ выполняется в течение последних 30 лет с препаратами 99mTc. Однако используют и другие радиоизотопы. В таблице приведены некоторые изотопы, используемые в диагностике
Так для сцинтиграфии сердца использют 201Tl, пирофосфат 99m Тс, 67Ga. Галлий, например, накапливается в воспалительных очагах в сердце, что проявляется на сцинтиграммах. При сцинтиграфии легких: с помощью альбумина, меченного 131I или 99m Тс, на сцинтиграммах обнаруживают зоны значительного уменьшения накопления изотопа, что свидетельствует о тромбоэмболии легочной артерии. Изображение костного мозга можно получить с помощью серного коллоида, меченного технецием 99m Тс, который накапливается в клеточных элементах костного мозга. При острых лейкозах, у больных миелосклеирозом, при лимфогранулематозе в изображениях костного мозга имеются особенности. Сцинтиграфия щитовидной железы проводится с помощью препаратов 131I или 99m Тс, что позволяет диагностировать в ней узловые образования.
ПЭТ сегодня является одним из самых совершенных диагностических инструментов. Рентгеновская, ультразвуковая, и магнитно-резонансная томография проявляют структуру органа на стадии её патологического изменения. ПЭТ же способен зарегистрировать изменения в обменных процессах, которые этому предшествуют. ПЭТ помогает самому раннему распознаванию патологических сдвигов задолго до появления морфологических изменений. Рассмотрим принцип работы ПЭТ. Пациенту вводят радиофармпрепарат (РФП), содержащий β+-активные изотопы 15O (период полураспада 2.04 мин), 13N (9.96 мин). 11С (20.4 мин). 18F (110 мин) и др. Позитроны, испущенные радионуклидами, имеют в биологических тканях очень короткий пробег (несколько мм). В результате аннигиляции позитронов образуются два γ-кванта с энергиями 511 кэВ. Таким образом, аннигиляция происходит практически в том же месте, где находилась молекула РФП. γ-Кванты разлетаются в противоположных направлениях и регистрируется методом совпадений. Пара датчиков располагается на одной прямой с различных сторон пациента, и оба γ-кванта из пары попадают на свои датчики одновременно. В результате регистрации такого события можно построить прямую линию, проходящую через область концентрации радионуклида. Сегментированный детектор выполнен в виде нескольких колец, окружающих пациента см. рис. 04 . Зарегистрировав большое число пар γ-квантов, и, построив пересечение их траекторий, можно получить изображение распределения РФП и таким образом визуализовать исследуемый орган.
Наиболее распространенным радиофармпрепаратом (РФП) для ПЭТ является фтордезоксиглюкоза (FDG). Относительно большой период полураспада 18F позволяет располагать его производство отдельно, транспортируя полученный РФП в несколько близлежащих ПЭТ- центров. Однако, наиболее качественные изображения получаются при использовании таких радионуклидов, как 15O, 13N и 11С Технология ПЭТ используется для зондирование структуры мозга. Глюкоза наиболее активно поглощается теми областями мозга, которые в данный момент выполняют определенную функцию. ПЭТ позволяют получать изображения областей поглощения маркированной радионуклидом глюкозы. Таким образом выявляются те области мозга, которые связаны с различными видами умственной деятельности.
Изотопы для ПЭТ, как правило, вырабатывают на месте проведения исследования. Это связано с тем, что большинство ПЭТ- изотопов являются ультракороткоживущими, с периодами полураспада исчисляется несколькими минутами и даже секундами. Ускорители производящие необходимые для ПЭТ часто располагаются вблизи томографа, либо являются составной части комплекса. Поскольку для получения поэитронных эмиттеров достаточно иметь протоны с энергией от 10-18 МэВ или дейтоны с энергией 5-9 МэВ (для этой цели подходят малогабаритные циклотроны). Часто томографы поставляются вместе с циклотроном. Кроме того необходима автоматическая радиохимическая лаборатория.
Цель мишенной радионуклидной терапии, та называемо эндорадиотерапии, является повышение терапевтического индекса, т. е. усиление повреждение опухоли по сравнению с нормальными тканями путем использования метаболических, биохимических особенностей опухолевых клеток. В качестве цитотоксического агента могут быть использованы различные радионуклиды, обладающие физическим характеристиками, которые отвечают требованиям селективного воздействия на опухолевые клетки. Таким образом, практическая реализация мишенной радиотерапии связана с двумя основными проблемами - оптимальным выбором радионуклидов, распадающихся с эмиссией частиц, энергии которых адекватна для терапии того или иного типа опухолей, а также с использованием носителя, обеспечивающего доставку изотопа непосредственно к опухолевым клеткам.