Radionuclidenonderzoek

Geschiedenis van de ontdekking van radionuclidediagnostiek

De afstand tussen natuurkundige laboratoria, waar wetenschappers de sporen van kerndeeltjes registreerden, en de dagelijkse klinische praktijk leek deprimerend lang. Het idee alleen al om kernfysische verschijnselen te gebruiken om patiënten te onderzoeken leek misschien, zo niet gek, dan toch fantastisch. Dit idee werd echter geboren uit de experimenten van de Hongaarse wetenschapper D. Hevesi, die later de Nobelprijs won. Op een herfstdag in 1912 liet E. Rutherford hem een stapel loodchloride zien die in de kelder van het laboratorium lag en zei: "Hier, zorg voor deze stapel. Probeer radium-D te isoleren van het loodzout."

Na talloze experimenten, uitgevoerd door D. Hevesi samen met de Oostenrijkse chemicus A. Paneth, werd duidelijk dat het onmogelijk was om lood en radium D chemisch te scheiden, omdat het geen afzonderlijke elementen waren, maar isotopen van één element: lood. Ze verschillen alleen doordat één ervan radioactief is. Tijdens het verval zendt het ioniserende straling uit. Dit betekent dat een radioactieve isotoop – een radionuclide – kan worden gebruikt als marker bij het bestuderen van het gedrag van zijn niet-radioactieve tweelingbroer.

Fascinerende perspectieven openden zich voor artsen: het inbrengen van radionucliden in het lichaam van de patiënt en het monitoren van hun locatie met behulp van radiometrische apparatuur. In relatief korte tijd groeide radionuclidendiagnostiek uit tot een zelfstandige medische discipline. In het buitenland wordt radionuclidendiagnostiek in combinatie met therapeutisch gebruik van radionucliden nucleaire geneeskunde genoemd.

De radionuclidenmethode is een methode om de functionele en morfologische toestand van organen en systemen te bestuderen met behulp van radionucliden en indicatoren die daarmee gelabeld zijn. Deze indicatoren - radiofarmaceutica (RP) genoemd - worden in het lichaam van de patiënt ingebracht en vervolgens worden met behulp van verschillende apparaten de snelheid en aard van hun beweging, fixatie en verwijdering uit organen en weefsels bepaald.

Daarnaast kunnen weefselmonsters, bloed en patiëntsecreties worden gebruikt voor radiometrie. Ondanks de introductie van verwaarloosbare hoeveelheden van de indicator (honderdsten en duizendsten van een microgram) die de normale levensprocessen niet beïnvloeden, heeft de methode een uitzonderlijk hoge gevoeligheid.

Een radiofarmaceutisch middel is een chemische verbinding die is goedgekeurd voor toediening aan mensen voor diagnostische doeleinden en die een radionuclide in zijn molecuul bevat. Het radionuclide moet een stralingsspectrum van een bepaalde energie hebben, minimale blootstelling aan straling veroorzaken en de conditie van het te onderzoeken orgaan weerspiegelen.

In dit opzicht wordt een radiofarmacon geselecteerd op basis van zijn farmacodynamische (gedrag in het lichaam) en nucleair-fysische eigenschappen. De farmacodynamische eigenschappen van een radiofarmacon worden bepaald door de chemische verbinding op basis waarvan het wordt gesynthetiseerd. De mogelijkheden om een RFP in te dienen, zijn afhankelijk van het type verval van de radionuclide waarmee het is gelabeld.

Bij het kiezen van een radiofarmacon voor onderzoek moet de arts allereerst rekening houden met de fysiologische oriëntatie en farmacodynamiek ervan. Laten we dit bekijken aan de hand van het voorbeeld van de toediening van een RFP in het bloed. Na injectie in een ader wordt het radiofarmacon in eerste instantie gelijkmatig verdeeld in het bloed en naar alle organen en weefsels getransporteerd. Als de arts geïnteresseerd is in de hemodynamiek en de bloedvulling van organen, zal hij kiezen voor een indicator die langdurig in de bloedbaan circuleert, zonder de wanden van de bloedvaten te passeren en in de omliggende weefsels terecht te komen (bijvoorbeeld humaan serumalbumine). Bij onderzoek van de lever zal de arts de voorkeur geven aan een chemische verbinding die selectief door dit orgaan wordt opgenomen. Sommige stoffen worden door de nieren uit het bloed opgenomen en via de urine uitgescheiden, waardoor ze worden gebruikt voor onderzoek van de nieren en de urinewegen. Sommige radiofarmaceutica zijn tropisch voor botweefsel, waardoor ze onmisbaar zijn bij onderzoek van het bewegingsapparaat. Door de transporttijden en de aard van de distributie en eliminatie van het radiofarmacon uit het lichaam te bestuderen, beoordeelt de arts de functionele staat en de structurele en topografische kenmerken van deze organen.

Het is echter niet voldoende om alleen de farmacodynamiek van een radiofarmacon te beschouwen. Er moet ook rekening worden gehouden met de nucleair-fysische eigenschappen van het radionuclide dat deel uitmaakt van de samenstelling ervan. Allereerst moet het een bepaald stralingsspectrum hebben. Om een beeld van organen te verkrijgen, worden alleen radionucliden gebruikt die γ-straling of karakteristieke röntgenstraling uitzenden, aangezien deze straling met externe detectie kan worden geregistreerd. Hoe meer γ-quanta of röntgenquanta er worden gevormd tijdens radioactief verval, hoe effectiever dit radiofarmacon in diagnostische termen is. Tegelijkertijd moet het radionuclide zo min mogelijk corpusculaire straling uitzenden - elektronen die in het lichaam van de patiënt worden geabsorbeerd en niet deelnemen aan het verkrijgen van een beeld van organen. Vanuit dit oogpunt verdienen radionucliden met een nucleaire transformatie van het isomere overgangstype de voorkeur.

Radionucliden met een halveringstijd van enkele tientallen dagen worden beschouwd als langlevend, enkele dagen als middellanglevend, enkele uren als kortlevend en enkele minuten als ultrakortlevend. Om voor de hand liggende redenen worden vaak kortlevende radionucliden gebruikt. Het gebruik van middellanglevende en vooral langlevende radionucliden gaat gepaard met een verhoogde blootstelling aan straling; het gebruik van ultrakortlevende radionucliden is om technische redenen lastig.

Er zijn verschillende manieren om radionucliden te verkrijgen. Sommige worden gevormd in reactoren, andere in versnellers. De meest gebruikelijke manier om radionucliden te verkrijgen is echter de generatormethode, d.w.z. de productie van radionucliden direct in het radionuclidendiagnostisch laboratorium met behulp van generatoren.

Een zeer belangrijke parameter van een radionuclide is de energie van elektromagnetische stralingsquanta. Quanta met zeer lage energie blijven in weefsels achter en bereiken daarom de detector van een radiometrisch apparaat niet. Quanta met zeer hoge energie passeren de detector gedeeltelijk, waardoor hun registratie-efficiëntie ook laag is. Het optimale bereik van kwantumenergie in radionuclidediagnostiek wordt beschouwd als 70-200 keV.

Een belangrijke vereiste voor een radiofarmacon is de minimale blootstelling aan straling tijdens de toediening. Het is bekend dat de activiteit van het toegediende radionuclide afneemt door twee factoren: het verval van de atomen, oftewel een fysisch proces, en de eliminatie uit het lichaam, een biologisch proces. De vervaltijd van de helft van de atomen van het radionuclide wordt de fysische halfwaardetijd T 1/2 genoemd. De tijd waarin de activiteit van het in het lichaam gebrachte geneesmiddel met de helft afneemt door eliminatie, wordt de biologische halfwaardetijd genoemd. De tijd waarin de activiteit van het in het lichaam gebrachte radiofarmacon met de helft afneemt door fysisch verval en eliminatie, wordt de effectieve halfwaardetijd (Ef) genoemd.

Voor diagnostisch onderzoek met radionucliden wordt geprobeerd een radiofarmaceutisch geneesmiddel met de kortste T1/2 te kiezen. Dit is begrijpelijk, aangezien de stralingsbelasting van de patiënt afhankelijk is van deze parameter. Een zeer korte fysische halfwaardetijd is echter ook onhandig: je moet tijd hebben om het radiofarmaceutische middel naar het laboratorium te brengen en het onderzoek uit te voeren. De algemene regel is: de Tdar van het geneesmiddel moet ongeveer gelijk zijn aan de duur van de diagnostische procedure.

Zoals reeds opgemerkt, gebruiken laboratoria momenteel meestal de generatormethode om radionucliden te verkrijgen, en in 90-95% van de gevallen is dit het radionuclide ^99mTc, dat wordt gebruikt om de overgrote meerderheid van de radiofarmaceutica te labelen. Naast radioactief technetium worden ook ^133Xe, ^67Ga en zeer zelden andere radionucliden gebruikt.

Radiofarmaceutica die het meest worden gebruikt in de klinische praktijk.

Aanbesteding	Toepassingsgebied
99m Tc-albumine	Bloedstroomonderzoek
99m 'Tc-gelabelde erytrocyten	Bloedstroomonderzoek
99m Tc-colloïde (technifit)	Leveronderzoek
99m Tc-butyl-IDA (bromeside)	Onderzoek van het galsysteem
99m Tc-pyrofosfaat (technifor)	Skeletonderzoek
99m Ts-MAA	Longonderzoek
133 Hij	Longonderzoek
67 Ga-citraat	Tumorotrope medicijnen, hartonderzoek
99m Ts-sestamibi	Tumorotropisch medicijn
99m Tc-monoklonale antilichamen	Tumorotropisch medicijn
201 T1-chloride	Hart- en hersenonderzoek, tumorotrope medicijnen
99m Tc-DMSA (technemek)	Nieronderzoek
131 T-hippuran	Nieronderzoek
99 Tc-DTPA (pentatech)	Onderzoek van de nieren en bloedvaten
99m Tc-MAG-3 (technemag)	Nieronderzoek
99m Tc-pertechnetaat	Onderzoek van de schildklier en speekselklieren
18 F-DG	Hersen- en hartonderzoek
123 I-MIBG	Onderzoek van de bijnieren

Er zijn diverse diagnostische apparaten ontwikkeld om radionuclidenonderzoek uit te voeren. Ongeacht hun specifieke doel zijn al deze apparaten ontworpen volgens één principe: ze beschikken over een detector die ioniserende straling omzet in elektrische impulsen, een elektronische verwerkingseenheid en een gegevenspresentatie-eenheid. Veel radiodiagnostische apparaten zijn uitgerust met computers en microprocessoren.

Scintillatoren, of, minder gebruikelijk, gastellers, worden meestal als detectoren gebruikt. Een scintillator is een stof waarin lichtflitsen, of scintillaties, optreden onder invloed van snel geladen deeltjes of fotonen. Deze scintillaties worden opgevangen door fotomultiplicatorbuizen (PMT's), die de lichtflitsen omzetten in elektrische signalen. Het scintillatiekristal en de PMT worden in een beschermende metalen behuizing geplaatst, een collimator, die het "gezichtsveld" van het kristal beperkt tot de grootte van het te bestuderen orgaan of lichaamsdeel.

Meestal heeft een radiodiagnostisch apparaat meerdere verwisselbare collimatoren, die door de arts worden geselecteerd op basis van de onderzoeksdoelen. De collimator heeft één groot of meerdere kleine gaatjes waardoor radioactieve straling de detector binnendringt. In principe geldt: hoe groter het gaatje in de collimator, hoe gevoeliger de detector, d.w.z. hoe beter hij ioniserende straling kan registreren. Tegelijkertijd is de resolutie echter lager, d.w.z. hoe beter hij kleine stralingsbronnen afzonderlijk kan onderscheiden. Moderne collimatoren hebben enkele tientallen kleine gaatjes, waarvan de positie wordt gekozen rekening houdend met het optimale "zicht" op het onderzoeksobject! In apparaten die ontworpen zijn om de radioactiviteit van biologische monsters te bepalen, worden scintillatiedetectoren gebruikt in de vorm van zogenaamde welltellers. In het kristal bevindt zich een cilindrisch kanaal waarin een reageerbuis met het te onderzoeken materiaal wordt geplaatst. Een dergelijk detectorontwerp vergroot de mogelijkheid om zwakke straling van biologische monsters op te vangen aanzienlijk. Vloeistofscintillatoren worden gebruikt om de radioactiviteit te meten van biologische vloeistoffen die radionucliden bevatten met zachte β-straling.

Alle diagnostische onderzoeken met radionucliden worden onderverdeeld in twee grote groepen: onderzoeken waarbij het radiofarmaceutische middel in het lichaam van de patiënt wordt ingebracht (in-vivo-onderzoeken) en onderzoeken van het bloed, weefselstukjes en secreties van de patiënt (in-vitro-onderzoeken).

Elke in-vivo-studie vereist psychologische voorbereiding van de patiënt. Het doel van de procedure, het belang ervan voor de diagnostiek en de procedure zelf moeten aan hem worden uitgelegd. Het is vooral belangrijk om de veiligheid van de studie te benadrukken. In de regel is er geen speciale voorbereiding nodig. De patiënt hoeft alleen te worden gewaarschuwd voor zijn gedrag tijdens de studie. Bij in-vivo-studies worden verschillende methoden gebruikt om het radiofarmacon toe te dienen, afhankelijk van de doelstellingen van de procedure. De meeste methoden omvatten injectie van het radiofarmacon voornamelijk in een ader, veel minder vaak in een slagader, orgaanparenchym of ander weefsel. Het radiofarmacon wordt ook oraal en via inhalatie (inhalatie) toegediend.

Indicaties voor radionuclidenonderzoek worden bepaald door de behandelend arts na overleg met een radioloog. In de regel wordt dit uitgevoerd na andere klinische, laboratorium- en niet-invasieve radiotherapie, wanneer de behoefte aan radionuclidengegevens over de functie en morfologie van een bepaald orgaan duidelijk wordt.

Er zijn geen contra-indicaties voor radionuclidendiagnostiek, er zijn alleen beperkingen vastgelegd in de instructies van het Ministerie van Volksgezondheid.

Onder de radionuclidemethoden worden de volgende methoden onderscheiden: radionuclidevisualisatiemethoden, radiografie en klinische en laboratoriumradiometrie.

De term "visualisatie" is afgeleid van het Engelse woord "vision". Het duidt op het verkrijgen van een beeld, in dit geval met behulp van radioactieve nucliden. Radionuclidevisualisatie is het creëren van een afbeelding van de ruimtelijke verdeling van het radiofarmacon in organen en weefsels wanneer het in het lichaam van de patiënt wordt ingebracht. De belangrijkste methode voor radionuclidevisualisatie is gammascintigrafie (of kortweg scintigrafie), die wordt uitgevoerd met een apparaat dat een gammacamera wordt genoemd. Een variant van scintigrafie, uitgevoerd met een speciale gammacamera (met een beweegbare detector), is laag-voor-laag radionuclidevisualisatie - enkelvoudige-fotonemissietomografie. In zeldzame gevallen, voornamelijk vanwege de technische complexiteit van het verkrijgen van ultrakortlevende positron-emitterende radionucliden, wordt ook twee-fotonemissietomografie uitgevoerd met een speciale gammacamera. Soms wordt een verouderde methode voor radionuclidevisualisatie gebruikt - scannen; dit wordt uitgevoerd met een apparaat dat een scanner wordt genoemd.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]