Введение. 
Ядерная медицина: физические и химические основы

Ядерная медицина — раздел медицинской радиологии, использующий радионуклиды и ионизирующие излучения для исследования функционального и морфологического состояния организма, а также для лечения заболеваний человека.

Ядерная медицина возникла и развивается на стыке физики, химии (в том числе радиохимии, биохимии и иммунохимии), биологии (в том числе — молекулярной биологии) и клинической медицины.

В настоящее время в медицинской практике для диагностики и лечения различных заболеваний используются разнообразные радиоактивные изотопы и источники ионизирующих излучений. Для этих целей были разработаны рентгеновские аппараты, мощные гамма-терапевтические установки, ускорители электронов, протонов и других элементарных частиц, синтезированы радиоактивные изотопы — источники ионизирующих излучений различного типа, радионуклиды медицинского назначения и меченные ими вещества — радиофармпрепараты.

В медицине нашли применение как корпускулярная (электроны, протоны, нейтроны, ускоренные ионы), так и электромагнитная (рентгеновское излучение, у-лучи) радиация.

В клинике диагностика и лечение пациентов проводится как закрытыми, так и открытыми источниками излучения. Закрытые источники используются в радиационной диагностике (рентгеноскопия, просвечивающая рентгенография, компьютерная рентгеновская томография), в радиационной терапии (гаммаи рентгеновская терапия; электронная, протонная, нейтронная, ионная (адронная) терапия; внутриполостная терапия; брахитерапия) и в лучевой хирургии (установки типа «гамма-нож»). Открытые источники применяются в радионуклидной диагностике (сцинтиграфия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография, позитронная томография) и в радионуклидной терапии (альфаи бета-терапия, терапия с помощью излучателей оже-электронов и электронов конверсии, радиоиммунная терапия и др.).

Методы радиохирургии уничтожают злокачественные опухоли с помощью таких автоматизированных систем, как гамма-, кибери икс-нож.

В ядерной медицине радионуклиды используются для диагностики или терапии в составе радиофармпрепаратов, производимых в специальных радиохимических лабораториях, позволяющих осуществлять направленный синтез меченых соединений.

Прежде чем переходить к основному материалу, дадим определения некоторым важным понятиям, используемым в данном пособии. Брахитерапия, контактная лучевая терапия — вид радиотерапии, при которой источник излучения вводится внутрь поражённого органа. Метод позволяет подвести максимальную дозу радиации непосредственно на опухолевый очаг при минимизации воздействия на критические органы и смежные ткани. Диагноз — заключение о сущности болезни и состоянии пациента, выраженное в принятой медицинской терминологии и основанное на всестороннем систематическом изучении пациента.

Диагностика — учение о методах и принципах распознавания болезней и постановки диагноза. Осуществляется либо внешним осмотром, либо при помощи диагностической аппаратуры, либо диагностической программы.

Диагностика функциональная — раздел диагностики, посвящённый объективной оценке, обнаружению отклонений и установлению степени нарушений функции различных органов и физиологических систем организма на основе измерения физических, химических или иных показателей их деятельности с помощью инструментальных или лабораторных методов исследования. Диагностика радиоизотопная — раздел радиологии, включающий распознавание патологических изменений в организме с помощью радиоактивных изотопов и меченых ими соединений.

Корпускулярная терапия — лучевая терапия с использованием потоков частиц (электронов, тяжелых заряженных частиц, нейтронов, пи мезонов). Лучевая диагностика — использование магнитных полей, звуковых волн или ионизирующего излучения, как правило, в сочетании с компьютером, для изображения тех или иных структур организма.

Лучевая терапия — применение ионизирующих излучений с лечебной целью. Источниками излучений служат генерирующие их устройства и радиоактивные препараты. Включает альфа-, бета-, гамма-, рентгенотерапию и др. Нейтрон-захватная терапия — метод лечения рака с использованием ядерных реакций, возникающих между элементами, целенаправленно введенными в опухоль (стабильные изотопы бора, гадолиния, кадмия и др.) и тепловыми нейтронами. Генерируемое в результате реакций излучение поражает опухолевые клетки.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография — техника томографии, использующей рентгеновские лучи. Близка к сцинтиграфии, но может формировать трёхмерные изображения.

Позитронно-эмиссионная томография — радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов человека или животного. Метод основан на регистрации пары у-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов. Позитроны возникают при /?⁺-распаде радионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в организм перед исследованием. Протонная терапия — один из видов корпускулярной терапии, которая использует протоны для облучения больной ткани (наиболее часто при терапии онкологических заболеваний).

Радиационная медицина — раздел медицины, посвященный изучению влияния ионизирующего излучения на организм человека, проблемам диагностики, лечения и профилактики заболеваний, которые вызваны действием ионизирующего излучения. Радиационная медицина образовалась на стыке физики, химии, биологии и медицины.

Радиобиология — наука, изучающая действие ионизирующих излучений на растительные и животные организмы, а также на всю биосферу. Радиоиммунная терапия — направление лечения, при котором радиоактивная молекула прикрепляется в моноклональному антителу. Это позволяет проводить лучевую терапию непосредственно в опухоли.

Радиоиммунный анализ — метод количественного определения биологически активных веществ (гормонов, ферментов, лекарственных препаратов и др.) in vitro в биологических жидкостях, основанный на конкурентном связывании анализируемых нерадиоактивных и аналогичных им радиоактивных веществ со специфическими связывающими системами, с последующим детектированием излучений.

Радиология — научная дисциплина, предмет изучения которой — теория и практика использования источников ионизирующих излучений для диагностики и лечения заболеваний, а также биологическое действие ионизирующих излучений.

Радиология интервенционная — раздел медицинской радиологии, разрабатывающий научные основы и клиническое применение лечебных и диагностических манипуляций, осуществляемых под контролем лучевого исследования.

Радионуклидная диагностика — лучевое исследование, основанное на использовании радиоактивных изотопов или соединений, меченных радионуклидами (радиофармпрепаратов).

Радиотерапия, лучевая терапия — метод лечения ионизирующей радиацией (рентгеновским, гамма-излучением, бета-излучением, нейтронным излучением, пучками элементарных частиц, генерируемых на ускорителе). Применяется в основном для лечения злокачественных опухолей.

Радиотоксикология — раздел токсикологии, изучающий токсикологические свойства радионуклидов и вызываемые ими патологические изменения в организме животных и человека с целью изыскания средств ограничения их всасывания, ускорения выведения и лечения производимых ими радиационных поражений. Радиофармацеотические препараты (радиофармпрепараты, РФП) — диагностические и лечебные средства, неотъемлемой частью которых является радионуклид. Радиофармпрепарат — это химическое соединение, в состав которого входит радиоактивная метка, способное включаться в естественный метаболизм при его введении в организм.

Радиохирургия или стереотаксическая радиохирургия — медицинская процедура, состоящая в однократном облучении высокой дозой ионизирующего излучения доброкачественных и злокачественных опухолей, и др. патологических очагов с целью их уничтожения или приостановки их функционирования. Рентгенография — метод исследования внутренней структуры объектов путём их проекции рентгеновскими лучами на фотопленку или матрицу детекторов излучений. Метод основан на получении проекционного изображения анатомических структур организма посредством прохождения через них рентгеновских лучей и регистрации степени ослабления рентгеновского излучения. Рентгенодиагностика — метод распознавания заболеваний при помощи рентгеновских лучей.

Рентгенология — раздел радиологии, изучающий воздействие на живой организм рентгеновского излучения, возникающие от этого заболевания и патологические состояния, их лечение и профилактику, методы диагностики и методы лечения заболеваний с помощью рентгеновских лучей.

Рентгеноскопия — метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на светящемся (флуоресцентном) экране. Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, включающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей.

Сцинтиграфия — метод функциональной визуализации, заключающийся во введении в организм радиоактивных изотопов и получении изображения путём регистрации испускаемого ими излучения.

Таргетная терапия (от английского слова target — мишень) — современная терапия онкологических заболеваний с использованием препаратов молекулярно-направленного действия (воздействия на компоненты опухоли (белки, рецепторы, гены), имеющие «критическое» значение для развития новообразования Терапия — лечение, оздоровление, лекарство: i) Терапия — раздел медицины, содержащий сведения о внутренних заболеваниях и их лечении; 2) Терапия — лечение консервативными (нехирургическими) методами.

Томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством многократного его просвечивания каким-либо видом излучения в различных пересекающихся направлениях (т.н. сканирующее просвечивание).

Томография .медицинская — метод использования рентгеновских лучей или ультразвуковых волн для получения снимков анатомических структур, расположенных внутри тела человека; при этом получается чёткое изображение зоны интереса, в то время как изображения всех других зон затеняются. Получаемая в результате рентгенограмма называется томограммой.

Томография компьютерная о медицине — направление в диагностической рентгенологии, предназначенное для обследования мягких тканей тела путём послойной регистрации на рентгеновском сканере с последующим объединением в объёмное изображение изучаемого объекта.

Флюорография — рентгенологическое исследование организма с проекцией нужного изображения на флуоресцентный экран с последующим фотографированием этого изображения.

Хирургия — область медицины, изучающая острые и хронические заболевания, которые лечатся при помощи оперативного (хирургического) вмешательства. Ядсрная медицина — направление медицины, использующее радиоактивные вещества и ионизирующие излучения для диагностики и терапии в различных областях медицины. Особенность её методов — функциональность. Сцинтиграммы и томограммы отражают физиологические и патофизиологические изменения, происходящие в организме. Это достигается использованием радиофармпрепаратов, способных накапливаться в определенных морфологических структурах. Методы ядерной медицины отражают динамику протекающих в органе физиологических или биохимических процессов, т. е. выявляют отклонения от нормы на ранних стадиях и точно локализуют патологию.

Цель образования бакалавров и магистров по курсу «Ядерная медицина: физические и химические основы»:

— освоение принципов и методов использования ионизирующих излучений, радионуклидов, химических соединений, меченных различными радиоактивными изотопами, испускающими различные виды излучений (радиофармпрепараты) в медицинской диагностике, терапии и хирургии.

Задачи дисциплины:

• — сформировать прочные знания по ядерно-физическим, физическим, химическим и токсическим свойствам радионуклидов медицинского назначения;
• — научить методам использования ионизирующих излучений в медицинской радиационной диагностике и терапии, способам радионуклидной диагностики, а также методам использования различных типов радиофармпрепаратов в терапии.

В результате освоения дисциплины и выполнения необходимого объема самостоятельной работы студент должен:

знать

• — историю развития ядерной медицины;
• — основные положения ядерной физики и радиохимии;
• — основы влияния ионизирующих излучений на биологические объекты;
• — математический аппарат томографии;
• — методы планарной рентгенографии, компьютерной томографии реитгено-, гаммаи адронной терапии, радиационной хирургии, брахитерапи, сцинтиграфии, однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, позитронной томографии, радиоиммушного анализ, а также кинетические методы анализа;

уметь

• — регистрировать различные виды ионизирующих излучений;
• — рассчитывать радиационные дозы, получаемые пациентом при внешнем и внутреннем облучении;

владеть

• — навыками обращения с радиоактивными веществами, соблюдения правил техники безопасности работы в радиохимической химической лаборатории и в клинике;
• — методами измерения радиационных полей в условиях рентгеновской и компьютерной томографии;
• — методами производства радионуклидов;
• — методами направленного синтеза радифармпрепаратов;
• — способами применения различных радиационных и ядерных методов для диагностики и лечения различного рода заболеваний.