Презентация "Методы радионуклидной диагностики органов и систем человека" – проект, доклад

Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ Кафедра «Медицинская физика»

Курс «Физика радиоизотопной медицины» «Методы радионуклидной диагностики органов и систем человека» Москва 2013

Доцент каф. 35 Штоцкий Ю.В.

Содержание

Введение Опухоли и воспалительные процессы Эндокринная система Сердечно-сосудистая система и функции сердца Дыхательная система

Введение

Возможности РНД выявление метаболических нарушений в патологических очагах и окружающих тканях выявление опухоли возможно в тех случаях, когда структурные изменения не выявляются или неспецифичны, а также в целях получения раннего ответа опухоли на терапию для прогнозирования результата лечения Основные задачи Дифференциальная диагностика злокачественных опухолей и доброкачественных образований Определение распространенности опухолевого процесса, уточнение стадии процесса Выявление рецидивов и метастазов после проведенного лечения Оценка эффективности противоопухолевой терапии

РНД in vivo (упрощенная схема)

Гамма-излучение Позитрон

Систематика РНД

Основные принципы РНД

формирование поля гамма – излучения, испускаемого РФП из тела пациента Коллиматоры / перемещение детектора дискриминация измерительной информации По энергии – подавление вклада рассеянных фотонов По месту регистрации – улучшение импульсной загрузочной характеристики детектора По времени – в ПЭТ для отбора полезных сигналов По типу излучения – в случае бета- и гамма-топографии синхронизация физиологическими сигналами Для улучшения диагностического качества исследования получение информации о функциональных резервах РНД исследования проводят с использованием, так называемых нагрузочно - разгрузочных проб. Данные пробы могут быть двигательными, фармакологическими, визуальные, пищевые и т.п.

РНД in vivo

РНД in vitro

а – схема радиоиммунологического анализа б – график результатов радиометрии Этапы процесса: I – смешивание реагентов II – инкубация III – разделение _______________________________ Лэ – исследуемое вещество (эндогенный лиганд) Лм – меченый аналог исследуемого вещества (меченый лиганд) Вс – воспринимающая система (специфическая) Рп – прореагировавшие вещества (связанная радиоактивность) Рнп – не прореагировавшие вещества (свободная радиоактивность)

РФП для РНД

Свойства, влияющие на выбор РФП: клиническая целевая функция исследования отсутствие химической и радиационной токсичности характер транспорта РФП в организме устойчивость радиоактивной метки простота приготовления и использования стоимость и доступность

ОПТИМАЛЬНЫЙ РФП = минимальная доза внутреннего облучения и стоимость

Классификация свойств с т.з. физических основ РНД: транзит (прохождение через исследуемый орган транзитом в ходе измерения) удержание (накопление и/или удержание в исследуемом органе) способность проникать через гематотканевый барьер (движение по сосудистому руслу после введения в организм, проникновение в окружающие сосуд ткани) избирательность места накопления (накопление в патологических тканях – образование «горячих очагов», накопление в здоровых тканях – образование «холодных очагов»)

РФП, способные накапливаться в интактных тканях, окружающих опухоль РФП, способные накапливаться в тканях, подверженных неспецифическим изменениям со стороны опухоли РФП, тропные к мембранам опухолевых клеток по реакции «антиген-антитело» РФП, тропные к мембранам опухолевых клеток по механизму клеточной рецепции Специфические РФП, проникающие в опухолевые клетки Неспецифические РФП, проникающие в опухолевые клетки

Классы РФП

Тумороторпные РФП

Визуализация с туморотропными РФП

При ОФЭКТ грудной полости визуализируются очаги патологической фиксации 99mTc-MIBI в обоих легких; нормальное физиологическое накопление РФП в миокарде левого желудочка сердца

РФП на основе 99m Tc для сцинтиграфии

Пример применения РФП в сцинтиграфии

Пациент с диагнозом рака верхней доли правого легкого с метастазами во внутригрудные лимфатические узлы, для исследования применялся РФП 111In - Октреотид, предназначенный для выявления нарушений метаболических процессов в опухолях и окружающих тканях

Отстеосцинтиграфия 99mTc

Новые направления сцинтиграфии

Иммуносцинтиграфия: диагностическое применение основных РФП для этого направления: 111In-anti CEA, 111In-B72.3 — диагностика колоректального рака 111In-OC125, 99mTc-MOV18, 111In-OVTL3 — диагностика рака яичников 99mTc-225 28S F(ab)2 fragments — диагностика меланомы 99mTc-NR-LU10 — диагностика рака легких 111In-antimyosin — диагностика рабдомиосаркомы 131I-antiCEA F(ab)2 fragments — диагностика медуллярного рака щитовидной железы

РФП для ПЭТ

Визуализация в ПЭТ

Пример ПЭТ визуализации с использованием фторсодержащих РФП. a – КТ изображение, b – ПЭТ с FLT, с –FDG

Современные методы РНД

Мультимодальная визуализация: ПЭТ/КТ/ОФЭКТ-Гамма-Камера Philips AnyScan®

Характеристики системы

Модуль КТ 70 см, FOV 50 см – Диаметр апертуры, поле обзора 0,4 0,5, 0,7, 1, 1,5 и 2 сек. – Время оборота гентри на 360° Количество срезов 16 Количество элементов детектора 21504 Минимальная толщина среза 0,625 мм Модуль Гамма-камера/ОФЭКТ Диапазон изменения угла поворота детекторов 180 и 101 или 90° Толщина кристалла 9,5 мм, 12,5 мм, 15,9 мм. количество ФЭУ 48-60 FOV детектора: 530 мм х 390 мм Диапазон энергий: 40 – 600 кэВ Энергетическое разрешение для 99mTc: 9,5% Пространственное разрешение с коллиматором LEHR: 7,2 мм Модуль ПЭТ Количество детекторов 24 Размер кристалла 3,9 х 3,9 х 20 мм Количество пикселей 26448 Количество фотоумножителей 288 Поперечное разрешение 1 см: 4,1 мм Продольное разрешение 1 см: 4,2 мм Продольный FOV: 15,2 см Поперечный FOV: 55 см Чувствительность системы: 4,3 событий / (кБк∙с)

Принцип мультимодальной визуализации

Принцип мультимодальной визуализации. А – КТ изображение, В – ПЭТ изображение, С - результат совмещения А и В

РНД эндокринной системы

Возможное расположение щитовидной железы: 1 - лингвальное; 2 - интралингвальное; 3 - сублингвальное; 4 - нормальное; 5 - интратрахеальное; 6 - субстернальное

Щитовидная железа

Функции щитовидной железы: Захват йода из плазмы крови (неорганическая фаза) Синтез гормонов щитовидной железы (органическая фаза) Секреция гормонов в кровь

Заболевания щитовидной железы: Пшотиореоз –дефицит тиреоидных гормонов Гипертиреоз – повышение функции ЩЖ Тиреотоксикоз – повышенный уровень тиреоидных гормонов Зоб – узловое образование ЩЖ

Внешний вид тиреорадиометра

Измерение йодопоглотительной функции

У взрослых здоровых людей уровень поглощения 131I после введения РФП через: 2 часа составляет 7-10%; 4 часа - 15-17%; 24 часа - 29- 32%; 48 часов - 28-30%

РФП для диагностики щитовидной железы.

Сцинтиграмма щитовидной железы в норме: а – форма бабочки, б - подковообразная форма.

Анализ сцинтиграмм Определение расположения ЩЖ (величина, форма, четкость контуров) Распределение РФП (равномерное, неравномерное) Наличие и локализация патологического очага (величина, форма, контуры)

Сцинтиграфия щитовидной железы.

Нормальное (а) и абберантное (б) положение ПЩЖ

Паращитовидные железы

Радионуклиды для диагностики ПЩЖ

Схема проведения двухизотопного исследования ПЩЖ

Двухфазная сцинтиграфия с 99mTс - МИБИ

Анатомия надпочечников

Надпочечники

Радионуклиды для диагностики надпочечников

Двусторонне увеличенные надпочечники, повышенное накопление РФП

Ассиметричное (слева более выражено) накопление РФП

Кровоснабжение сердца. ПКА - правая коронарная артерия, ЛКА - левая коронарная артерия, OA - огибающая артерия, ПНА - передненисходящая артерия

РНД сердечно-сосудистой системы и функций сердца

Преимущества перфузионной сцинтиграфии миокарда: Высокая чувствительность Специфичность Информативность Неинвазивность в большинстве случаев Возможность количественной и качественной оценки тканевой перфузии миокарда

Радионуклиды для перфузионной сцинтиграфии миокарда

Группы РФП, меченных 99mТс индикаторы, попадающие в миокард после их введения в коронарное русло или в полость левого желудочка (99mТс-микросферы альбумина человеческой сыворотки); препараты, которые аккумулируются в сердечной мышце после внутривенного введения (катионные и нейтральные комплексы 99mТс). Проблемы использования 99mТс-микросфер альбумина Потенциальная возможность возникновения патологических реакций вследствие блокирования определённой части микроциркуляторного русла. (внутриартериальное введение менее 200 тысяч частиц диаметром 10-60 мкм, содержащих небольшое количество альбумина (0,04 мг) в объеме 0,1-0,5 мл, является безопасным для пациента. Необходимость введения РФП с помощью инвазивной методики внутриартериальной катетеризации.

Преимущества применения 99mТс- МИБИ Улучшенное изображение миокарда (Оптимальные сцинтиграфические изображения миокарда с этим РФП получаются через 30-90 минут после его инъекции.) При этом в сердце накапливается около 1,5% введенной дозы при нагрузке и 1,2% - в покое. Снижение дозовых нагрузок на другие органы за счет высокой скорости клиренса Период полувыделения 99mТс-МИБИ из миокарда составляет около 7 ч. Методики перфузионной сцинтиграфии сердца. Планарная перфузионная сцинтиграфия Преимущества: Визуализация всех отделов миокарда левого желудочка Простота выполнения Недостатки: Экранирование другими тканями

Методики перфузионной сцинтиграфии сердца. ОФЭКТ. Преимущества: Возможность оценить перфузию во всех отделах сердца Недостатки: Длительность исследования (20 минут) Неудобство проведения обследования для пациента(лежа на спине с закинутыми за голову обеими руками для предотвращения экранирования миокарда (при вращении детектора на 360°) или только левой рукой (при вращении на 180°). Артефакты (из-за смещения больного; структуры между миокардом и детектором гамма-камеры) Интерпретация и компьютерная обработка полученных данных 1) Врач- радиолог в ходе работы определяет границы томографируемого участка с указанием числа срезов и толщины срезов. Задаются параметры фильтрации (вид и характеристики цифрового фильтра) для улучшения соотношения сигнал/шум 3) Для оценки и интерпретации чаще всего используются косые томосрезы: -вертикальные и горизонтальные сечения по длинной оси -срезы по короткой оси сердца

Вертикальные (а) и горизонтальные (б) сечения по длинной оси, срезы по короткой оси сердца (в).

Подходы к оценке размеров дефектов перфузии. Полуколичественный метод.

Сердце «делят» на 9 сегментов, размеры дефектов определяют как: Незначительные, если зоны гипоперфузии захватывают один или два сегмента; Умеренные, в тех случаях, когда в патологический процесс вовлечены от трех до пяти сегментов; Выраженные, когда ишемические явления наблюдаются в шести и более секторах.

Подходы к оценке размеров дефектов перфузии. Количественный метод.

В основе методики лежит вычисление трех параметров: размеров дефектов перфузии; степени аккумуляции нуклида в исследуемой зоне «интегрального индекса дефекта перфузии» (ИИДП), связывающего два предыдущих показателя.

Вычисление величины дефектов перфузии

Nhypo - количество гипоперфузируемых сегментов; Nnorm - количество нормально перфузируемых сегментов.

Вычисление интегрального индекса дефекта перфузии

Сhypo - средний процент накопления РФП в дефекте перфузии Сnorm - средний процент накопления РФП в нормально перфузируемых сегментах

Реконструкция томосрезов методом полярного картирования.

Проблемы использования метода полярного картирования

Неудобно для врачей-кардиологов Проблемы, связанные с оценкой величины зон нарушенного венечного кровообращения Проблемы при сопоставлении сцинтиграмм, полученных в покое, на пике нагрузки и в условиях перераспределения РФП

Пример томографической картины. Томосрезы сердца, полученные при нагрузке и в покое.Срезы вы­полнены по длинной вертикальной (ДВО), длинной горизонтальной (ДГО) и короткой (КО) осям сердца. На срезах отмечается равномерная аккумуляция РФП в миокарде.

1 Гортань 2 Щитовидная железа 3 Трахея 4 Бронхи 5 Ребра 6 Межреберные мышцы 7 Край печени 8 Диафрагма 9 Плевральная щель 10 Сердце 11 Граница между верхней и нижней долями легкого

Строение легких (общий вид)

Дыхательная система

Бронхи (главные) Бронхи (долевые)

Третичные бронхи (сегментарные)

Бронхиолы

Концевые бронхиолы

Респираторные бронхиолы

Альвеолярные ходы и мешочки

Структура ветвления функциональных элементов легких

Правый желудочек

Легочный ствол Правая и левая легочные артерия

Долевые, сегментарные, субсегментарные легочные артерии

Артериолы и капилляры

Вены

Правое предсердие

Кровеносная система (малый круг кровообращения)

Газообмен

парциальное давление кислорода (Ра02) между 11 и 13 кПа (83-98 мм рт. ст.) парциальное давление углекислоты (РаС02) на уровне 4,8-6 кПа (36- 45 мм рт. ст.). Эффективный газообмен возможен только при вентилляционно-перфузионном равновесии.

Параметры эффективного газообмена

Тромбоэмболия легочной артерии

Закупорка лёгочной артерии или её ветвей тромбами, которые образуются чаще в крупных венах нижних конечностей или таза (эмболия) Часто возникает при: Сердечной недостаточности (в основном у пожилых лиц) Абдоминальных хирургических вмешательства Урологических и акушерско-гинекологических операции Злокачественных новообразованиях

Методы радиоизотопного исследования легких

Перфузионный Вентилляционный

Позволяет оценить: легочную вентиляцию, состояние внешнего дыхания, бронхиальную проходимость, анатомо-физиологические нарушения в малом круге кровообращения

Принцип: временная эмболизация артериально-капиллярного русла легких (примерно 0.0001 его объема) Применяемые РФП: Макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки крови, меченные 99mTc (99mTc-МАА) Микросферы человеческого альбумина, меченные 99mTc (99mTc-МСА) Лучевая нагрузка: 2.2 мЗв на легкие; 0.15 мЗв на все тело при активности 37.0 МБк

Перфузионный метод

Принцип: вдыхание излучающих инертных газов или меченных аэрозолей с целью исследования прохождения дыхательных путей Применяемые РФП: 133Xe, 127Xe,81mKr Аэрозоли меченные 99mTc (микросферы альбумина (МСА); дитилен-триамин пентаацетиловая кислота (DPTA, ДТПА) Доза: должна быть больше в 10 раз чем в перфузионном методе

Вентилляционный метод

Использование Tc в обоих методах по отдельности целесообразно, НО при последовательном сканировании обоими методами его использование невозможно Вентилляционную сцинтиграфию проводят перед перфузионной, применяя 133Xe (E=81 кэВ) Применяя 127Xe , можно проводить сначала вентилляционное исследование, НО его производство дороже

Комбинирование методов радионуклидной диагностики легких

Сравнение метода радиозотопной диагностики легких с другими методами

Слева. Сцинтиграмма легких с патологией (ТЭЛА) в различных проекциях. Справа. КТ легких с патологией в различных проекциях.

Спасибо за внимание