Znakowanie izotopowe jest to proces zamiany w związku chemicznym trwałego jądra, wysyłającym promieniowanie izotopem promieniotwórczym tego samego pierwiastka, dzięki czemu można śledzić drogę tego atomu wewnątrz układu biologicznego lub mechanicznego. Związek chemiczny zawierający izotop promieniotwórczy jest nazywany związkiem znaczonym, a atom służący do znakowania atomem znaczonym (wskaźnikiem izotopowym). Promieniotwórczy związek ma takie same własności chemiczne i fizyczne (czasami są drobne różnice) jak naturalny związek, a jego obecność można wykryć za pomocą odpowiednich detektorów. Metoda wskaźników jest szeroko stosowana w chemii, biologii, medycynie i technice. Bardzo często do znakowania używa się izotopu wodoru ³H, składającego się z jednego protonu i dwóch neutronów, zwanego trytem. Tryt ma czas połowicznego rozpadu 12,5 lat. Jeżeli w każdej cząsteczce związku na miejsce wodoru podstawiony zostanie atom trytu, to taki związek nosi nazwę związku trytowego. Najczęściej stosuje się wodę trytową T₂O.

Scyntygram płuc

Tę technikę stosuje się często w medycynie. Podczas badań diagnostycznych śladowe ilości krótkożyjącego izotopu lub częściej substancji znakowanej nazywanej w medycynie radiofarmaceutykiem zostają wprowadzone do organizmu człowieka. Najczęściej używanym radioizotopem jest technet-99m, rzadziej używa się jodu-131, talu-201 i galu-67. Izotopy te zwykle są związane z odpowiednio dobranymi związkami chemicznymi powodującymi gromadzenie się ich w tym, a nie w innym narządzie. Znaczniki te podaje się zazwyczaj bezpośrednio do naczyń, w wyjątkowych przypadkach doustnie lub wziewnie w dawce zależnej od masy i powierzchni ciała. Radioizotop spełnia w tym przypadku rolę "szpiega". Dzięki jego obecności łatwo można prześledzić za pomocą urządzeń rejestrujących promieniowanie czy rozkład podanego radiofarmaceutyku w badanym narządzie jest prawidłowy. Stosowane radiofarmaceutyki biorą udział w określonych procesach

Scyntygram nerek, na dole pokazana jest zmiana radioaktywności wraz z czasem podanym w minutach.

życiowych narządu, zatem rozkład radioaktywności obrazuje wielkość, kształt i strukturę badanego narządu, a także pozwala ocenić jego czynności (na przykład przepływ krwi, przepływ żółci w przewodach wątrobowych czy filtrację moczu).
Urządzeniami służącymi do rozkładu radioaktywności w organizmie człowieka są scyntygrafy lub znacznie częściej obecnie stosowane gamma - kamery (zdjęcie u góry). Ich podstawową częścią jest detektor promieniowania umożliwiający pomiar radioaktywności równocześnie w całym narządzie. Nowoczesne gamma - kamery współpracują z systemem komputerowym. Uzyskane tą metodą obrazy rozkładu podanego znacznika pozwalają ocenić strukturę i czynność badanego narządu. Taki obraz komputerowy nazywamy scyntygramem. Najczęściej wykonuje się izotopowe badania tarczycy, nerek, kości, płuc i serca.
Na przykład badanie nerek polega na podaniu pacjentowi śladowej substancji znakowanej i wydalanej przez nerki z moczem. Śledząc na ekranie monitora jak szybko narasta i zanika radioaktywność w nerkach, można określić czy ich ukrwienie jest prawidłowe, czy czynność komórek nerkowych wychwytujących podaną substancję jest sprawna, a odpływ moczu nie napotyka na przeszkody.
Dawka promieniowania jaką otrzymuje pacjent podczas tego badania jest tak niewielka, że poleca się je u dzieci zamiast urografii - podstawowej techniki rentgenowskiej w badaniach nerek. Ponadto radiofarmaceutyki nie wywołują powikłań spotykanych przy stosowaniu kontrastów radiologicznych, takich jak wstrząs i uczulenie.
Opracowano na podstawie materiałów Państwowej Agencji Atomistyki "Promieniowanie i medycyna".

---

Badanie przy użyciu emisyjnej tomografii pozytonowej

Emisyjna tomografia pozytonowa w skrócie PET (positron emission tomography) polega na wstrzykiwaniu pacjentowi promieniotwórczego izotopu wysyłającego promieniowanie beta plus czyli pozytony (dodatnie elektrony), co prowadzi do anihilacji i emisji fotonów, wykrywanych w kolejnych warstwach. W badaniu korzysta się z pierwiastków o krótkich czasach życia takich (¹¹C, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁸F), wbudowanych do określonych cząsteczek, na przykład glukozy, wody, amoniaku lub leków, które zostają wprowadzone do organizmu pacjenta drogą żylną lub przez inhalację. Czas połowicznego rozpadu użytych pierwiastków jest na tyle krótki (na przykład dla węgla ¹¹C wynosi 20 minut, a dla ¹⁸F około 2 godzin), że nie stanowi zagrożenia dla zdrowia pacjenta. Poszczególne tkanki zużywają wprowadzone substancje znaczone w różnym tempie. Izotopy rozpadając się, są źródłem pozytonów. Każdy pozyton w wyniku spotkania z elektronem anihiluje, czyli para elektron - pozyton zamienia się w energię, dając parę fotonów (kwanty gamma) o energii 511 keV każdy, rozbiegających się w przeciwne strony (wynika to z zasady zachowania pędu). Te fotony są następnie rejestrowane przez detektory.
Detektory PET mają kształt pierścienia, wewnątrz którego w trakcie badania znajduje się pacjent. Za rejestrację kwantów gamma w typowych tomografach odpowiedzialne są tzw. scyntylatory kryształowe. Scyntylatory są to materiały, w których pod wpływem padania kwantów gamma emitowane jest światło. Kryształy scyntylacyjne połączone są z fotopowielaczami rejestrującymi światło powstałe w scyntylatorach. Jeżeli dwa umieszczone naprzeciwko siebie fotopowielacze jednocześnie rejestrują fotony, to wyznaczają one prostą przecinającą komórkę, w której nastąpiła emisja. Jeśli w danym obszarze nastąpiło wiele anihilacji, to na podstawie każdej zarejestrowanej pary kwantów gamma otrzymuje się jedną linię. Przecięcie linii pozwala na odtworzenie miejsca, z którego zostały wyemitowane kwanty gamma. Jeśli dodatkowo detektor pozwala na wyznaczenie czasu przelotu kwantów gamma od miejsca anihilacji do detektora, to możliwe jest dokładne umiejscowienie rozpadów radiofarmaceutyka. Komputer zbierający dane tworzy mapę intensywności powstawania pozytonów.
Produkcja scyntylatorów kryształowych jest jednak procesem kosztownym, stanowiącym największą część kosztów. Z tego względu powierzchnia urządzenia odpowiedzialna za detekcję kwantów gamma jest stosunkowo niewielka w porównaniu do rozmiarów ciała pacjenta. Badanie całego ciała musi więc być podzielone na wiele etapów, warstwa po warstwie. W PET otrzymujemy obrazy stanowiące przekroje ciała pacjenta podobnie jak w tomografii komputerowej. Obserwowany rozkład emisji pozwala ustalić tempo zużywania tych molekuł przez poszczególne komórki, co jest miarą ich metabolizmu. Nadmierny metabolizm może wskazywać na nowotworowe przerzuty, choroby neurologiczne, jak choroba Alzheimera, a także pozwala obserwować różnice w aktywności neuronów podczas pracy mózgu. Pierwszy pozytonowy tomograf emisyjny w Polsce został uruchomiony w Centrum Onkologii w Bydgoszczy. Dziś działa już ponad dwadzieścia.
Badanie to związane jest z koniecznością uruchomienia w pobliżu cyklotronu (urządzenie do przyspieszania cząstek) w celu wytworzenia na miejscu potrzebnych izotopów, ze względu na krótki czas połowicznego rozpadu (zaniku) potrzebnych izotopów, co znacząco zwiększa koszty badania.
Opracowano na podstawie nr 9/2004 czasopisma Świat Nauki.

---

Promieniowanie rentgenowskie przechodząc przez substancję ulega rozproszeniu oraz przede wszystkim pochłanianiu czyli absorpcji. Pochłanianie zależy od liczby atomowej (ilość protonów w jądrze pierwiastka lub inaczej numer pierwiastka w układzie okresowym) substancji przez którą przechodzi promieniowanie oraz częściowo od gęstości substancji. Czym większa liczba atomowa pierwiastka wchodzącego w skład substancji to większe jest pochłanianie (dokładniej absorpcja jest proporcjonalna do czwartej potęgi liczby atomowej).
Tę własność wykorzystano w medycynie do prześwietleń różnych części ciała. Promieniowanie rentgenowskie kieruje się na ciało pacjenta a następnie pada na kliszę fotograficzną. Pod wpływem promieniowania rentgenowskiego następuje reakcja materiału kliszy. Po wywołaniu otrzymujemy obraz. Na przykład podczas prześwietlania ciał ludzkiego rzeczywista absorpcja w kościach,

Zdjęcie rentgenowskie tętnic mózgowych

składających się głównie z fosforu i wapnia (duże liczby atomowe) przewyższa około 150-krotnie absorpcję z w miękkich tkankach ciała, gdzie głównie pochłania woda (wodór i tlen mają małe liczby atomowe). Dlatego podczas prześwietlenia wyraźnie wyróżnia się cień pochodzący od kości. Typowe prześwietlenia wykonuje się po złamaniach kości i do prześwietlenia klatki piersiowej wykazujące zmiany w płucach.
W badaniach radiologicznych stosuje się również związki kontrastowe czyli substancje, które silnie pochłaniają promieniowanie rentgenowskie. Wprowadzenie ich na przykład do układu naczyniowego pozwala na uwidocznienie przebiegu i zarysu tętnic oraz żył. Ta dziedzina nosi nazwę arteriografii. Obok znajduje się zdjęcie tętnic mózgowych wykonane tą techniką.


Klasyczny obraz radiograficzny ma charakter analogowy i uzyskiwany jest zazwyczaj na kliszy rentgenowskiej. W tej postaci może być oglądany i analizowany bezpośrednio lub po zamianie (przez skanowanie laserowe) na obraz cyfrowy, za pomocą monitora. Obraz w postaci cyfrowej jakkolwiek zubożony o część informacji ma tę zaletę, że może być przetwarzany, jak to ma miejsce w opisanych dalej nowoczesnych metodach wizualizacji oraz łatwo archiwizowany.
Nowoczesne urządzenia rentgenowskie wyposażone w tak zwany tor wizyjny składający się ze wzmacniacza obrazu, kamery wideo, łączącego je układu optycznego oraz komputera, umożliwiają uzyskiwanie obrazu cyfrowego bezpośrednio w czasie rzeczywistym. Dzięki temu jest możliwa wizualizacja nie tylko struktury ale także czynności narządów, a w szczególności układu krążenia. Procedura otrzymywania i przetwarzania radiologicznych obrazów cyfrowych nazywa się radiografią cyfrową.

---

Badanie przy użyciu tomografii komputerowej

Tomografia w skrócie CT (computed tomography) polega na wykonywaniu wykonywaniu kolejnych zdjęć rentgenowskich sterowanych komputerem badanego narządu w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem. Pozwala to uzyskać warstwowy obraz, przedstawiający bardzo dokładnie nawet niewielkie zmiany chorobowe.
Tomograf komputerowy składa się ze stołu, na którym leży pacjent, gantry, w której znajduje się lampa promieniowania rentgenowskiego wraz z detektorami oraz z komputerowej konsoli, na której programuje się i ogląda badania. Skaner tomografu komputerowego obraca się wokół leżącego pacjenta, wykonując co kilka stopni liczne pomiary. Na podstawie pomiarów gęstości osłabiania promieniowania komputer tworzy obrazy poprzecznych przekrojów ciała pacjenta uwidaczniające z dużą dokładnością tkanki organizmu i strukturę narządów. Poddane dalszej obróbce komputerowej przekroje poprzeczne mogą być źródłem obrazów trójwymiarowych. Obecnie rozdzielczość wynosi 1 mm, a zbadanie milimetrowej warstwy zajmuje sekundę. Tomografia komputerową stosuje się w przypadku znacznych różnic w gęstości tkanek, nadaje się więc do diagnozowania złamań, zakrzepów i kamieni nerkowych.

Zdjęcie tomograficzne głowy na poziomie oczodołów

W przypadku tomografii oprogramowanie komputerowe jest integralną częścią przebiegu badania. Specjalna konsola tomografu umożliwia sterowanie i kontrolowanie przebiegu badania, przyjmuje informację o badanym obszarze anatomicznym, a następnie przetwarza je tak, aby uzyskać możliwie najdokładniejsze odzwierciedlenie szczegółów badania. Przetworzone wyniki wpisywane są do pamięci magnetycznej na dysku detektora, a następnie odbierane przez system przetwarzania danych. Dalej zapisuje się je na drukarce, na monitorze lub na nośniku magnetycznym. Dzięki kamerze można ponadto wykonać zdjęcia oglądanego narządu na błonie światłoczułej. Tak jak w każdej technice cyfrowej, w tomografii komputerowej istnieje możliwość dowolnego powiększania i dzielenia obrazu oraz dokonywania jego wtórnej rekonstrukcji. Możliwości te zależą jednak od oprogramowania aparatu.
W celu uzyskania lepszego obrazu wieczorem jeden dzień przed badaniem i w dniu badania należy wypić rozcieńczoną w trzech szklankach wody jedną ampułkę urografiny. Czasami, w celu dokładniejszej oceny danego obszaru, pacjentowi podaje się dożylnie odpowiedni środek kontrastowy (osłabiający promieniowanie rentgenowskie). Podanie badanemu takiego środka powoduje, że fale rentgenowska jest prawie całkowicie pochłonięta w tych tkankach (np. naczynia żylne) a na ekranie komputera widzimy jasne pole, odpowiadające w tym przypadku naczyniom żylnym wypełnionym środkiem kontrastowym. Środki kontrastowe można podzielić na: środki podawane dożylnie, doustnie i doodbytniczo.
Opracowano na podstawie materiałów Państwowej Agencji Atomistyki "Promieniowanie i medycyna" i strony internetowej http://www.zdrowie.med.pl/bad_obraz/tomografia.html.

---

« Poprzednia  Następna »