Радионуклидная диагностика и терапия

В создание ядерной медицины внесли свой вклад многие выдающиеся учёные и инженеры, специализирующиеся в физике, химии, медицине, компьютерных науках и технологиях.

Как уже упоминалось, в 1896 г. А. Беккерель открыл явление радиоактивности солей урана, а в 1898 г. М. Кюри и Г. Шмидт независимо друг от друга обнаружили активность у тория. В 1898 г. супруги М. и П. Кюри открыли новый радиоактивный элемент — полоний и в 1902 г. выделили радий. В последующие 20 лет были открыты практически все другие радиоактивные элементы естественного происхождения.

В 1913 г. Проешер (Frederick Proescher) впервые применил внутривенное введение радия для терапии различных болезней. В 1914 г. Сейл (Seil) изучил динамику появления радона и радия в фекалиях после внутривенного введения радия. В 1924 г. Хевеши (Georg de Hevesy), Христиансен (JA. Christiansen) и Ломхольт (Sven Lomholt) применили метод радиоактивных индикаторов (^2ЮРЬ и ²¹⁰Bi) для исследовании метаболических процессов в животных. В 1925 г. Блумгард (Herrman Blumgart) и Енс (Otto Yens) использовали ²¹«Bi для измерения периода обращения крови между руками человека. Методы радионуклидной индикации были впервые использованы в клинической практике в 1927 г., когда Блумгарт и Вайс применили радон для оценки гемодинамики у больных с сердечной недостаточностью. Дж. Д. Кернан с 1929 г. проводил эндоскопическую обработку опухоли с внедрением в неё радиоактивных гранул. В 1930 г. П. Моор ввёл в склеру глаза радон с целью локального разрушения меланомы.

В 1935 г*. Чивитс (О. Chieivitz) и Хевеши (Georg de Hevesy) путём введения меченных згр фосфатов крысам продемонстрировали обмен минеральных элементов в костях. В 1936 г. Джон X. Лоуренс впервые применил в клинической терапии искусственный радионуклид, использовав з^р, наработанный на циклотроне ЭЛоуренса, для борьбы с лейкемией у.

28-летнего пациента. В том же году Гамильтон (Joseph Gilbert Hamilton) и Стоун (Robert Spencer Stone) ввели ²«Na в кровь больного лейкемией.

В 1937 г. Гамильтон (Joseph Gilbert Hamilton) изучил динамику транспорта ионов натрия в организме, а Херц (Saul Hertz), Робертс (Arthur Roberts) и Еване (Robley Evans) — физиологию щитовидной железы (с помощью ¹²⁸J). В 1939 ^г— Гамильтон, Солей (Mayo Soley) и Эванс опубликовали первую статью по диагностическому использованию *3*J. В 1939 г. Печер (Charles Pecker) обнаружил захват стронция ⁸9Sr метастазами в костях. В.

1940 г. впервые по у-излучению ‘3"J Гамильтоном были проведены in vivo исследования функции щитовидной железы. В 1941 г Герц (Saul Hertz) ввёл пациенту' терапевтическую дозу *3°J.

Становление современной радионуклидной диагностики и терапии обусловлено открытием искусственной радиоактивности (1934, супруги Ирен и Фредерик Жолио-Кюри), позволившим начать получение радиоактивных препаратов (изотопов или их соединений), которые при введении их в организм (in vivo) или в биологические среды организма (in vitro) обеспечили возможность изучения состояния органов и систем в нормальном состоянии и при патологических изменениях. К 1940 г. была доказана возможность искусственного получения радиоактивных изотопов почти всех элементов. Однако их промышленное производство медицинских радионуклидов началось лишь в 1946 г.

Стронций-89 в 1939 г. применён для борьбы с сильными болями, вызываемыми злокачественными опухолями в костях.

Первый коммерческий медицинский циклотрон был установлен в.

1941 в Вашингтонском Университете, С. Лук, где производились радионуклиды фосфора, железа, мышьяка и серы.

Термин ядерная медицина впервые упомянут в статье Сэма Сеидлина, опубликованной 7.12.1946 в Журнале Американской Медицинской Ассоциации, в которой было описано успешное лечение пациента с метастазами рака щитовидной железы препаратом, содержащем *3ij.

Необходимость регистрации излучения от радиофармпрепарата, локализованного в организме человека, потребовала разработки аппаратуры для регистрации ионизирующего излучения в условиях in vivo. Такая аппаратура не может базироваться на газоразрядных счетчиках из-за их низкой чувствительности к у-излучению. Успеха удалось добиться с помощью сцинтилляционных детекторов. Впервые такой детектор был использован Б. Кассеном в 1949 г. для локализации в организме пациента. В 1950 г. он же смонтировал сцинтилляционный детектор с кристаллом NaJ (Tl) на движущемся механизме, способном осуществлять сканирование (прямолинейный сканер, обеспечивший возможность визуализации отдельного органа).

Радионуклидная диагностика развивалась как сцинтиграфия, сущность которой заключается в визуализации распределения в организме радионуклида, введённого в состав РФП. В 1951 г. Кассен (Benedict Cassen), Куртис (Lawrence Curtis), Риид (Clifton Reed) и Либби (Raymond Libby) предложили автоматический сцинтилляционный детектор, позволяющий наблюдать кинетику' распространения радиоактивного йода по щитовидной железе. В 1954 г. Дэвид Кухл (David Kuhl) изобрел систему сканирования радионуклида in vivo.

В 1957 г. X. Энгер (Hal Anger) разработал гамма-камеру — прибор для получения радиоизотопных изображений, представляющий собой стационарный позиционно-чувствительный детектор у-излучения. Параметры гамма-камеры, в том числе коллиматора, сцинтилляционного кристалла, фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), светопровода и электронного тракта, были адаптированы для получения планарного изображения пространственного распределения РФП в организме человека. Через три года фирма «Ohio Nuclear» начала выпуск гамма-сцинтилляционных камер для ядерной кардиологии. С этого момента начинается бурное развитие ядерной медицины.

В 1954 г. в Спокане, Вашингтон, США, создано общество ядерной медицины, которое в i960 г. начало издавать журнал «Ядерная медицина». В 1971 г. Американская медицинская ассоциация официально признала ядерную медицину как самостоятельную медицинскую специальность.

В середине 50-х годов, с развитием атомной промышленности, началось производство различных радионуклидов, что привело к расширению ассортимента РФП. В это же время совершенствовались и радиометрические приборы. К 1970;ым годам радионуклидная медицина получила доступ к большей части органов, включая печень, опухоли головного мозга и желудочно-кишечный тракт.

В 1980;ых РФП начали применять в кардиологии. Этому способствовало создание метода однофотонной эмиссионной томографии, ОФЭТ, позволяющей осуществить трёхмерную реконструкцию сердца. Концепция ОФЭТ предложена Д. Е. Кухлом и Р. Едвардсом в конце 1950;ых, а в 1962 г. Кухл разработал эмиссионную реконструкционную томографию, которая вскоре стала основой методов однои двухфотонной томографии, после чего трансформировалась в компьютерную томографию. В конце 20-го века аппаратура для ОФЭТ и компьютерной томографии были объединены Брюсом Хасегавой (Калифорнийский университет, Сан-Франциско) в один диагностический прибор — ОФЭТ/КТ.

Важным этапом развития ядерной медицины явилось внедрение в медицину методов позитронно-эмиссионной томографии, ПЭТ (она же двухфотонная эмиссионная томография) — радионуклидного томографического метода исследования внутренних органов человека или животного.

История ПЭТ началась в 1950;ых, когда появилась возможность отображения испускающего позитрон нуклида. В 1953 г. Броунелл (Gordon Brownell) и Свит (Я.Я. Sweet) изобрели счётчик позитронов, основанный на регистрации аннигиляции позитронов по схеме совпадения. Оказалось, что фотоны с высокой энергией, возникающие при аннигиляции позитрона и электрона, можно использовать для описания 3D распределения химического вещества. Методика ПЭТ явилась комбинацией двух изобретений — метода радиоактивных индикаторов и томографии. Предпосылки для использования ПЭТ в медицине возникли в 1931 г., когда Ворбург обнаружил, что злокачественные опухоли отличаются повышенным уровнем потребления глюкозы. Фелпс в 1979 г. измерил локальный уровень метаболического потребления глюкозы в мозгу человека с помощью фтордезоксиглюкозы, меченной радиоактивным изотопом фтора ^t8F (позитронный излучатель).

Первый ПЭТ сканер появился в 1952 г. в Массачусетском госпитале (изобретатели: Майкл Тер-Погосян, Дж. Эуджен-Робинсон и К. Шарп Кук). Он имел два детектора на основе йодистого натрия расположенные друг напротив друга и позволял получать изображения, основанные как на обнаружении совпадения событий, так и на дисбалансе. Разрешение было низким, но чувствительность устройства все же позволяла обнаружить опухоль в мозгу и зафиксировать её пространственное положение. До начала 1970;ых годов ПЭТ использовалась редко. Затем промышленность освоила выпуск позитрон-излучающих радионуклидов и интерес к ПЭТ возрос. Были созданы алгоритмы реконструкции и усовершенствованы детекторы.

Со временем получила развитие радионуклидная терапия с использованием открытых источников излучения в виде жидкостей и газов. В ткани, лимфатические сосуды или в естественные полости начали вводить коллоидные растворы ¹⁽>⁸Au,^р, *3ij, 9°Y. Возникла системная, внутриопухолевая и внутрисосудистая радионуклидная терапия.

Параллельно созданию новых приборов шла отработка методов синтеза радионуклидов медицинского назначения и методов получения РФП на их основе. Появилась возможность для визуализации на сканере различных органов: щитовидной железы с ‘3‘J, печени с ‘^Аи, почек с ^l69Yb, сердца с ^20|Т1, лёгких с *ззХе, поджелудочной железы с ?5Se, и т. д. Большинство из этих РФП имело повышенную радиотоксичность, в основном из-за большего периода полураспада радионуклида (например, у ?5Se — 121 день). Оптимальным для проведения исследования является препарат с периодом полураспада в несколько часов или минут. Однако, такие препараты трудно использовать на практике, т.к. для того, чтобы доставить необходимую для введения дозу от производителя до пользователя, приходится прибегать к активностям, превышающим предельно допустимые уровни во много раз. Эта трудная проблема была решена с помощью использования генераторов радиоактивных изотопов. Принцип работы генератора основывается на том, что распад некоторого нестабильного элемента заканчивается созданием нового нестабильного элемента медицинского назначения. В настоящее время самым популярным изотопом, получаемым на лабораторном генераторе, является 99'" Tc. Технециевый генератор был разработан в 1957 г. в Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством Тукера (W.D. Tucker).

Радиоактивный изотоп згр _в 1936 _г. был впервые применён для борьбы с миелопролиферативными заболеваниями. Этот же изотоп в 1938 г. использовали для терапии лимфопролиферативных заболеваний, а в 1938 г. — для борьбы с костными болями. Изотоп ⁸9Sr в 1942 г. применён для лечения метастаз рака в кости. Радионуклид «3*J в 1942 г. оказался полезным при тиреотоксикозе, а в 1944 г. — при раке щитовидной железы.