Динамическая сцинтиграфия. 
Ядерная медицина: физические и химические основы

Для изучения функций внутренних органов особенно сердечнососудистой системы, почек и печени целесообразно получать серию изображений в течение определенного промежутка времени (динамическая сцинтиграфия), что более информативно, чем одна сцинтиграмма. При этом используют РФП, способные быстро накапливаться в органе или быстро проходить через этот орган, не участвуй в обмене веществ.

Продолжительность записи и ритм получения сцинтиграмм выбирают в зависимости от особенностей функционирования органа, характера РФП, задач диагностики. Для записи быстро происходящих процессов (например, деятельности сердца) применяют устройства, позволяющие упорядочить сбор информации, связав серию изображений органа с отдельными фазами его цикла.

Рис. 11. Динамическая сцинтиграфия печени.

Временные изменения пространственного распределения РФП регистрируют, получая многократные изображения за промежутки времени от нескольких миллисекунд до сотен секунд. Этот способ визуализации с помощью радиоизотопов является основным при функциональных исследованиях внутренних органов и систем организма. Регистрация излучения ведётся одновременно по всему полю видения, что даёт возможность при регистрации отдельных кадров с интервалом до 0,1 с определять характер перемещения РФП в исследуемом органе.

При динамической сцинтиграфии в памяти компьютера накапливается большое количество кадров в определенный промежуток времени. Компьютер производит подсчёт показателей из нескольких зон интереса и автоматически строит график на экране дисплея. Полученные кинетические кривые позволяют, например, с большой точностью определить состояние функции гепатоцитов, ход наполнения желчного пу’зыря и (по количеству РФП, выводимого с желчью в кишечник) состояние сфинктера.

В радионуклидной терапии при оценке риска для здоровья пациента со стороны процедур ввода в организм человека радионуклидов, используются системные биохимические модели. Их подразделяют на два главных класса: модели задержки и физиологически обоснованные модели.

Модели задержки не ставят целью биологически строгое описание реальных путей перемещения радионуклида в организме, это математически удобное рассмотрение эволюции во времени количества радионуклида в его главных резервуарах (ячейках, на которые были разбиты при моделировании структуры органа или организма) после его первоначального проникновения в кровь. Обычно используются такие параметры, как доля от общей активности, накапливающаяся в конкретной ячейке и полупериод биологического удаления — параметр специфичный для каждой камеры (ячейки). Считают, что трассер, покидающий ткани, движется по таким путям как мочевой пузырь или желудочно-кишечный тракт.

Рис. 12. Гепатограмма и динамическая сцинтиграфия печени.

В качестве примера можно упомянуть основанные на физиологии модели для элементов, откладывающихся в костях. Одна группа моделей описывает поведение элементов типа стронция, радия или свинца откладывающихся в объёме кости (рис. 13), а вторая — поведение элементов (америций, нептуний и торий), накапливающихся на поверхности кости. При этом учитывается, что «поверхностные» элементы могут присутствовать и в объёме кости, а «объёмные элементы» — длительное время пребывать на её поверхности.

Системные биокинетические модели для членов цепочек генетически связанных радионуклидов, образующихся in vivo, используются в дозиметрии (доза зависит от возраста пациента). В большинстве случаев, членов ряда, вырабатываемых in vivo, привязывают к системной биокинетической модели материнского нуклида (т.е. радионуклида, поступившего в организм). Исключения составляют благородные газы, если они являются дочерними нуклидами.

Во время пребывания в дыхательном тракте образующиеся (дочерние) радионуклиды имеют ту же динамику поведения, что и материнский изотоп. Скорость миграции ингалированных радионуклидов и их радиоактивных потомков зависит от скорости растворения носителя. Исключение представляет ^a22Rn, который покидает организм со скоростью юо ат/сут. после его образования в любом отделе дыхательного тракта. Радиоактивные члены радиоактивного ряда, образовавшиеся или мигрировавшие в желудочно-кишечный тракт после поступления, оказываются в желудочнокишечной фракции всасывания материнского нуклида. Исключение из этого общей биохимической модели поведения имеет место, если радионуклид родился в ряду, родоначальником которого был изотоп радия, тория или урана. Тогда полагают, что фракционное всасывание продукта распада, образовавшегося in vivo, аналогично поступлению в организм материнского изотопа.

Рис. 13. Структура основной модели для кальций-подобных элементов Обм — «обменный» костный объем, Необм — «необменный» костный объем.

Биокинетические модели базируются на дифференциальных уравнениях. Используй их решения можно подобрать теоретическую кривую, адекватно описывающую экспериментальные кинетические данные.

Динамическую сцинтиграфию применяют при исследовании функции почек, печени, жёлчного пузыря. Например, сцинтиграфия почек основана на использовании РФП, тронных к клубочковой и канальцевой системам. Динамическое исследование позволяет в режиме реального времени визуализировать накопительную и выделительную функцию каждой почки по отдельности. Методика исследования (при внутривенном введении меченого гиппурана) заключается в непрерывной регистрации радиоактивности над областью почек с помощью гамма-камеры. Получаемая информация записывается в памяти компьютера, и после окончания исследования на экранах мониторов воспроизводятся изображения различных этапов прохождения меченых нефротропных соединений через почки.

В норме к з мин после введения меченого гиппурана появляется изображение почечной паренхимы, активно накапливающей препарат. Через 6 мин контрастность изображения паренхимы снижается; меченое соединение заполняет чашечно-лоханочную систему, а затем через 15 мин — мочевой пузырь. С помощью специальной математической обработки на компьютере динамику прохождения радиоиндикатора можно воспроизводить в виде компьютерных ренограмм и рассчитывать её в показателях раздельного почечного клиренса.

Рис. 14. Динамическая сцинтиграфия почек.

В рамках непрямой ангиографии определяются скоростные и объёмные характеристики почечного кровотока. Сцинтиграфия почек позволяет получить важную диагностическую информацию у больных с различными заболеваниями мочевыделительной системы: оценивать экскрецию при воспалительных заболеваниях почек и нефролитиазе; определять наличие почечной недостаточности и её выраженности, определять показания к оперативному лечению у больных с обструктивными заболеваниями мочевыводящих путей, обнаружить наличие пузырно — рефлюкса мочеточника. Время проведения исследования составляет менее 30 минут.

Процесс перераспределения РФП в организме можно описать в виде математической модели, состоящей из совокупности сообщающихся камер — функционально однородных частей организма. При условиях, что концентрация РФП внутри камеры одинакова и обмен между камерами происходит за счёт диффузии или по транспортным магистралям, процессы изменения концентрации радиоактивного вещества в камерах описываются системой линейных дифференциальных уравнений с запаздывающими аргументами.

При динамическом исследовании по серии сцинтиграфических изображений строятся кривые активность-время для выбранных врачом зон интереса, аналогом которых являются соответствующие камеры в модели кинетики РФП. Эти кривые отражают пространственно-временные процессы изменения концентрации индикатора в органах и системах организма, характеризующие конкретные физиологические процессы. Определение транспортных констант к$ представляет собой классическую задачу оптимизации, которую можно решить, используя метод наименьших квадратов.