Физические основы радиологии

Радиоактивность - это способность ядер некоторых химических элементов к самопроизвольному распаду с выделением лучистой энергии в виде альфа-, бета- и гамма-лучей. Естественная радиоактивность была открыта французским физиком А.Беккерелем в 1896 году, который обнаружил испускание солями урана невидимых лучей, вызывающих почернение фотографической эмульсии подобно рентгеновским лучам. Исследованиями Марии и Пьера Кюри, Резерфорда/было установлено, что пучок радиоактивных лучей неоднороден и в магнитном поле распадался на составные части: альфа-лучи отклонялись к отрицательному полюсу и представляли собой положительно заряженные частицы, бета-лучи отклонялись к положительному полюсу, а гамма-лучи не отклонялись вообще и представляли собой электромагнитные волны, подобно рентгеновским лучам. В дальнейшем было установлено, что альфа-лучи сложные частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, бета-лучи - это поток электронов, либо позитронов, если бета-излучение положительное.

 

Радиоактивные лучи обладают свойствами:

1.  Проникать через различные среды.

2.  Ионизировать среду, через которую проходят.

3.  Вызывают свечение некоторых веществ - люминофоров.

4.  Вызывают почернение фотографической эмульсии.

5.  Обладают биологическим действием.

Глубокое изучение свойств радиоактивных элементов привело английского физика Резерфорда в 1911г. к созданию планетарной модели строения атома. Этой моделью, усовершенствованной датским ученым Нильсом Бором и отечественным ученым Иваненко, мы пользуемся по настоящее время, поскольку она помогает понять явление радиоактивности. Все атомы нейтральны и состоят из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных частиц - электронов. По таблице Менделеева можно представить строение атома любого химического элемента. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов - это заряд ядра - в таблице Менделеева порядковый номер. Сумма протонов и нейтронов - это массовое число, т.е. атомный вес. Числу протонов в ядре соответствует количество электронов на электронных уровнях, число последних определяется по периоду. Количество электронов на внешнем электронном уровне определяется по группе, а в химическом отношении - это валентность. Протоны и нейтроны удерживаются внутри ядра силами, называемыми ядерными. Стабильные устойчивые ядра содержат определенные числа протонов и нейтронов. Если ядро содержит избыток протонов или нейтронов, то оно неустойчиво, радиоактивно. Самопроизвольно изменяя свой состав, ядро со временем попадает в стабильную область.

1934 год ознаменовался открытием французских ученых Фредерика и Ирэн Жолио-Кюри явления искусственной радиоактивности. Так появился хорошо известный термин - радиоактивный изотоп. В настоящее время путем бомбардировки стабильных химических элементов нейтронами можно получить радиоактивный изотоп любого химического элемента, называемые в настоящее время радионуклидами. Т.о. открылась возможность ввода в организм больного радионуклидов, наблюдать за их местонахождением с помощью радиодиагностической аппаратуры. Метод получил название радионуклидной диагностики, а радионуклиды, вводимые в организм, - радиофармацевтических препаратов (РФП).

 

Характеристика радиоактивности

Период полураспада - время, за которое распадается половина атомов радиоактивного вещества.

Доля атомов, распадающихся в единицу времени, - это постоянная распада.

Активность радиоактивного вещества - это количество атомов, распадающихся в единицу времени.

Удельная активность - количество распадающихся атомов в единицу времени в единице массы вещества.

Единицы активности

По системе СИ

Беккерель - это один распад в секунду.

 

Производные:

Килобеккерель - 1000 беккерелей. Мегобеккерель - 1000000 беккерелей.

 

Внесистемные единицы.

Кюри - 3,7х1010 распадов в секунду.

 

Производные:

Микрокюри - 3,7х107 распадов в секунду. Милликюри - 3,7х104 распадов в секунду

 

Ионизирующие излучения невидимы, не имеют запаха, поэтому измерение их возможно с помощью приборов, регистрирующих эффект действия излучений на физические, химические и биологические среды. Отсюда различают физические, химические и др. методы регистрации излучений. Чаще используются физические: ионизационные и люминесцентный (сцинтиляционный) методы регистрации излучений. Для выполнения радио- нуклидных исследований разработаны разнообразные диагностические приборы, в которых есть детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы, блок электронной обработки и блок представления данных. По виду последнего различают: метод радионуклидной визуализации, радиографию, клиническую и лабораторную радиометрию.

Радионуклидная визуализация - это получение изображения исследуемого органа, части тела или всего тела пациента при введении в организм РФП, с помощью гамма-сцинтиграфии. Вариантами гамма-сцинтиграфии являются однофотонная или двухфотонная эмиссионная томография. Иногда используют для визуализации сканер, исследование называется сканированием.

Для изучения динамики радиоактивности организма, для изучения различных физиологических и биохимических процессов в ряде установок можно результаты исследования зарегистрировать в виде цифр и проводить такое исследование через повторные интервалы времени и на основании полученных данных судить о накоплении и выведении радиоактивного вещества - это радиометрия. Она пригодна для регистрации медленно протекающих процессов.

Для изучения процессов, сопровождающихся быстрым изменением интенсивности излучения, требуется непрерывная регистрация импульсов. В таких случаях используют счетные установки, в которых измеритель скорости счета соединен с самописцем, вычерчивающим кривую - радиограмму, а метод регистрации называется радиографией. Примером может служить изучение вентиляции легких, гемодинамики, накопление и выведение радиоактивных веществ печенью, почками и т.д.

Для осуществления указанных методов используются радионуклиды (радиоактивные изотопы) или меченные ими индикаторы, которые называют радиофармацевтическими препаратами (РФП).

РФП - это разрешенное фармакопейным комитетом для введения человеку с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид.

РФП должен отвечать ряду требований:

1.  Быть безвредным.

2.  Период полураспада должен быть достаточно коротким, но должен позволить провести необходимое во времени исследование.

3.  Быстро выводится из организма.

4.  Обладать тропностью к исследуемому органу или изучаемому обмену.

5.  Должен иметь определенный спектр излучения.

6.  Использовать в малых (индикаторных) дозах. Важная минимальная лучевая нагрузка, для оценки которой пользуются понятиями.

Физический период полувыведения - время распада половины атомов радионуклида. Время, за которое активность препарата, введенного в организм, снижается наполовину за счет его выведения, называется периодом биологического полувыведения. Время, в течение которого активность введенного в организм РФП уменьшается наполовину вследствие физического распада и выведения, называют эффективны?" периодом полувыведения.

В ряде случаев радионуклидное исследование может быть проведено без введения в организм РФП - in vitro, т.е. все исследования проводят в пробирках. Оно позволяет обнаружить в биологических жидкостях (кровь, моча) гормоны, ферменты, лекарственные и др. вещества в ничтожно малых концентрациях. Принцип этого метода, называемого радиоиммунологическим анализом, состоит в конкурентном связывании искомых стабильных и аналогичных им меченых веществ со специфической воспринимающей системой.

Радионуклидный анализ in vitro стали называть радиоиммунологическим, поскольку он основан на использовании иммунологических реакций антиген-антитело. Однако в дальнейшем были созданы другие, близкие по целям и методике, но различающиеся по деталям виды исследования in vitro. Так если в качестве меченой субстанции применяют антитело, а не антиген, анализ называют иммунорадиометрическим, если же в качестве связывающей системы взяты тканевые рецепторы, говорят о радиорецепторном анализе.