Система помощи izotope инструкция по применению

Статья на конкурс «био/мол/текст»: «Не навреди» — древний основополагающий принцип медицины. Дыхательные диагностические тесты заболеваний полностью ему удовлетворяют, в отличие от зондирования, биопсии и подобных методов. А использование тест-препаратов со стабильным изотопом углерода ¹³С исключает и возможность радиоактивного облучения (не только пациентов, но и персонала). Выпил раствор ¹³С-препарата и по содержанию ¹³СО₂ в выдыхаемом воздухе определил состояние того или иного органа — просто, точно и безопасно. Но еще более широкие возможности открывают новейшие ¹³С-магниторезонансные методы, которые позволяют получать высококачественные снимки опухолей, сосудов… и даже контролировать метаболические процессы, а значит, и наше здоровье без использования рентгеновских, радиоизотопных и прочих дорогих, сложных и небезопасных методов диагностики.

Стабильно-изотопные дыхательные тесты

«Хотите узнать о своем здоровье? Выдохните в пробирку!» — так вам скоро скажет доктор, определяющий состояние вашего желудка, кишечника, печени, селезенки и многих других важнейших органов и систем организма. «Как же это — так просто?» — удивитесь вы. Да, и в скором времени вполне реально.

Есть такие способы диагностики самых разных заболеваний, при которых не надо глотать «кишку» (точнее — зонд), облучаться вредными лучами, отдавать драгоценную кровь (или другие жидкости) и надолго ложиться в больницу. Все просто, не больно, достаточно быстро и абсолютно безопасно.

Речь идет о медицинских дыхательных тестах. К примеру, в кабинете гастроэнтеролога вам дают выпить раствор препарата в соке и через 20 минут просят выдохнуть в пробирку. Все, больше от вас ничего не потребуется. Доктор тут же присоединит эту пробирку к прибору и сообщит результат: опаснейшая бактерия H. pylori у вас отсутствует.

Что же это за чудодейственный препарат? А это всем известная мочевина; правда, не совсем обычная. Вместо распространенного углерода ¹²С ее молекула содержит изотоп ¹³С, которого в природе немного — чуть больше 1%, но он есть везде, и в теле человека его около 200 граммов (рис. 1). Это так называемый стабильный изотоп углерода, который не распадается, ничего не излучает и отличается от «обычного» атома ¹²С только тем, что он чуть тяжелее — на один нейтрон.

С физикой покончили. А что касается химии, то ценность изотопа ¹³С как раз в том, что он совершенно не меняет химические свойства веществ, благодаря чему мы можем принимать ¹³С-препараты, ничего не опасаясь. Зато этот изотоп легко увидеть с помощью современных приборов, на чем и основана стабильно-изотопная диагностика: если гнусная H. pylori все же попала в ваш организм, да еще и активна (что бывает далеко не всегда), ее фермент (уреаза) быстро разлагает мочевину, образующийся СО₂ кровью переносится в легкие и удаляется с выдыхаемым воздухом. Выпив раствор ¹³С-мочевины, вы выдохните ¹³СО₂, что и увидит доктор на экране прибора. Кстати, этой ¹³С-мочевины всего-то и надо 1 мг на 1 кг вашего веса (рис. 2).

Вот такая диагностика. И никаких зондов (а дети с ними как мучаются!..). Но кроме перечисленных достоинств, эти методы обладают высочайшей точностью (до 100%) и специфичностью (т.е., поставленный диагноз будет однозначен). Именно благодаря этим достоинствам можно получить массу информации, например: как работает желудок (перистальтика), поджелудочная железа (хорошо ли усваиваются жиры), здорова ли печень (циррозы, гепатиты) и т.д. Можно даже определить угрозу появления опухолей (!) — достаточно вспомнить, что H. pylori может вызывать рак желудка (открытие этой бактерии и ее роли в возникновении болезней ЖКТ в 2005 г. было удостоено Нобелевской премии [1]). Нужно только иметь вполне определенные ¹³С-препараты (т.н. биомаркеры).

Как же обстоят дела в практической медицине? В цивилизованных странах такая диагностика применяется уже почти 20 лет и давно стала рутинной и массовой процедурой [2], [3]: только в США за год проводится 5–7 млн. ¹³С-дыхательных тестов. Врачи применяют все новые и новые ¹³С-биомаркеры, а исследователи расширяют список доступных препаратов.

В последние годы у нас в стране эти методы тоже получили развитие. Благодаря усилиям московских ученых и специалистов, такая диагностика разработана, и во много раз дешевле, чем «у них» — ведь она полностью основана на собственных, российских разработках, а также на нашем изотопном сырье, которого мы производим больше всех в мире. Участие в работе таких всемирно известных медицинских центров, как Российский Онкологический Научный Центр, НИИ Онкологии, ЦНИИ Гастроэнтерологии, институт им. Н.В. Склифосовского (НИИ Скорой Помощи) и даже ИМБП (ранее называвшийся Институтом Космической Медицины), обеспечило также создание принципиально новых методов диагностики опаснейших болезней (рак, язва, гастрит, цирроз). Осталось только официально зарегистрировать эти препараты.

Давайте более внимательно посмотрим на новые достижения российской науки.

Специалистам хорошо знаком мощный метод изучения лекарственных препаратов — «фармакокинетика». Тут нет ничего сложного: применительно к нашей теме, это наблюдение за изменением во времени содержания ¹³СО₂ в выдохе пациента после приема ¹³С-препарата. И именно этот метод современной диагностики позволяет судить не просто о наличии или отсутствии заболевания, но и о его степени (насколько оно «запущено»). Это тем более важно, что выявление болезней на ранней стадии часто является единственным условием излечения (таков, например, рак). Фармакокинетика позволяет с математической точностью определить стадию заболевания, характеристики больного органа, а значит, и указать правильный путь лечащему врачу или хирургу.

Вот, например, препарат метацетин, содержащий изотоп ¹³С (т.е. меченый метацетин). Он интересен тем, что разрушается печенью с выделением того же ¹³СО₂:

И оказалось, что фармакокинетические зависимости (как говорят, «кривые») ¹³С-метацетина позволяют с высокой точностью определить параметры печени, оценить степень ее детоксикационной активности (выведения токсинов) и даже массу, что чрезвычайно важно в послеоперационный период при частичном удалении этого жизненно необходимого органа. Математические модели, разработанные нашими учеными, позволяют различать все степени циррозов (а их четыре), гепатита, других заболеваний. По меткому выражению одного из специалистов ИМБП — «Раньше печень была черным ящиком, а теперь с помощью ¹³С-дыхательного теста мы не только диагностируем заболевание, но и видим, как работают ее ферментные системы». Не правда ли, здесь комментарии излишни? И все это возможно без использования сложного, громоздкого и дорогостоящего оборудования.

Кстати, об оборудовании. Сейчас стали весьма известны медицинские томографы (МРТ), в том числе, вследствие их немалой цены. Так вот, для ¹³С-дыхательных тестов такие приборы не нужны, не нужны и соответствующие помещения, и меры защиты (там ведь магнитные поля). Нужен всего лишь стол, на котором стоит небольшой анализатор — инфракрасный или масс-спектрометрический. А в состав тест-набора входит трубочка и две пробирки (или мешочка) для выдыхаемого воздуха (рис. 4). И все.

За рубежом такие приборы тоже давно выпускаются . Но мы же говорим об отечественной ¹³С-диагностике, поэтому нам нужны свои — чем мы хуже?! Нет, мы вовсе не хуже, и такой анализатор, пригодный для массовой диагностики населения, у нас разработан, изготовлен и испытан (рис. 4). Он имеет ничуть не худшие характеристики, чем зарубежные. И, конечно, он будет дешевле.

В основном применяются ИК-анализаторы (IRIS-2, UBiT IR-300, HeliFAN, POCone, The Oridion BreathIDR) [3] и масс-спектрометры (HeliView, IsoPrime), а также опттогальванический спектрофотометр LARA. Тест-наборы включают: емкость с ¹³С-мочевиной; пробирки, уплотненные мягкой пластиковой пробкой (или герметизируемые пакетики); трубочку для выдыхаемого воздуха (рис. 4); и инструкцию по применению препарата. Чувствительность современных изотопных масс-спектрометров позволяет определять 1000 молекул СО₂ в пробе анализируемого газа, т.е. величину порядка 10^–17% об. при анализе 1 мл газа (выдыхаемый воздух содержит ~0,04% об. ¹³СО₂).

Кроме уже упомянутых ¹³С-мочевины и ¹³С-метацетина, давайте посмотрим на далеко не полный список диагностических ¹³С-препаратов, появившихся (но пока не зарегистрированных) в нашей стране в результате проведенных работ (кстати, эти работы проводились в 2007–2012 годах; впервые в России [5] ). Вот препараты с одной меткой ¹³С: октаноат натрия и 1-¹³С-каприловая кислота применяются для диагностики перистальтики желудка и синтеза других ¹³С-препаратов; бикарбонат натрия — для определения кислотности в желудке, выявления опухолей, гиперкапнии (легочное заболевание, вызываемое повышением уровня углекислого газа в крови), изучения энергетического обмена в организме и назначения диет питания; тимидин и глюкоза — для диагностики опухолей (индикаторы роста раковых клеток); формиат натрия — для диагностики функции печени (рис. 5).

Работы выполнялись на основании многолетней научно-технической программы Правительства Москвы по теме «Новые методы и технологии ранней диагностики онкологических и других опасных заболеваний» под руководством Научного и клинического центра «Интермедбиофизхим». Работы были инициированы специалистами научно-технической компании «Ростхим», являвшейся головной организацией по разработке методов синтеза ¹³С-продуктов для стабильно-изотопной диагностики и иных областей [5]. В работах принимали участие 16 научных организаций Москвы, включая институты РАН, РАМН, вузы и ГНЦ.

С помощью ¹³С-глюкозы можно также легко диагностировать диабет: у этих пациентов глюкоза не разлагается, и ¹³СО₂ не выделяется. Но если биомаркер содержит две или более меток ¹³С, чувствительность определения будет выше; это характерно для ¹³С₃-триоктаноина (с тремя атомами ¹³С), применяемого для диагностики усвояемости жиров поджелудочной железой. Кроме того, «полимеченые» ¹³С-препараты используют не только для дыхательных тестов. И здесь мы подошли к очень интересной, совершенно новой тематике, открывающей далекие горизонты в изучении живых организмов и, конечно, в диагностике опаснейших заболеваний, которые не дают покоя человечеству и все еще уносят множество жизней: различные виды рака, болезни Альцгеймера, Канавана, заболевания кровеносных сосудов, эндокринной и других систем.

¹³С-Магниторезонансная диагностика

Давно известно, что в живых организмах постоянно происходит обмен веществ — то, что на языке специалистов называется общим термином «метаболизм», который определяет концентрации участвующих в нем метаболитов. В здоровом теле (как и в его клетках) — одни значения концентраций, но если клетки трансформируются, и начинается рост опухоли, или возникают другие недуги, уровни метаболитов существенно изменяются. Однако обнаружить эти изменения весьма и весьма непросто, поскольку организм — сложнейшая биохимическая система и содержит огромное число самых разнообразных веществ, которые, к тому же, нужно еще суметь проанализировать (вспомните хотя бы, сколько стоит биохимический анализ крови).

Но выход был найден с помощью того же изотопа ¹³С. Физикам и химикам уже давно известно, что ядро этого изотопа — миниатюрный магнитик (т.е. оно имеет магнитный момент), который будет сразу обнаружен, если его внести в магнитное поле (как стрелка компаса в поле Земли). Это свойство веществ, меченных изотопом ¹³С, давно используется в науке для определения их строения, превращений и для решения многих других полезных задач (метод ¹³С-ЯМР). Поэтому ясно, что если «пометить» наши метаболиты изотопом ¹³С, их можно будет не только «засечь», но и определить концентрации, — что и необходимо для диагностики [6]. Но как это сделать, не причинив вреда пациенту? Очень просто: нужно ввести в его организм какой-либо «естественный» ¹³С-биомаркер, принимающий участие в обмене веществ — например, ¹³С-глюкозу. Тогда вскоре, в результате обмена, метка ¹³С перераспределится между другими метаболитами (рис. 6), и мы сможем измерить их содержание с помощью хроматомасс-спектрометрии или уже известных томографов.

Да, в данном случае без томографов не обойтись. Но это гораздо дешевле и безопаснее, чем использовать, например, метод ПЭТ (позитронно-эмиссионную томографию), в котором применяются радиоактивные вещества, необходимы синхротроны (занимают целое помещение) и часто имеются жесткие ограничения по времени, поскольку радиофармпрепараты быстро распадаются и теряют свою активность.

Один из самых уважаемых в мире журналов — Science — в мае 2012 г. опубликовал данные о скорости процессов поглощения и выделения 111 различных метаболитов для 60 видов опухолей [7] (рис. 7). Проанализировав этот большой материал, специалисты установили, каким видам опухолей соответствуют те или иные соотношения метаболитов. Появились даже так называемые «карты метаболитов» (или SIDMAP — Stable Isotope-based Dynamic Metabolic Profiling) [6]. Например, скорости выделения аденозина клетками с меланомой (рак кожи и слизистых) на порядок выше, чем у клеток с лейкемией (рак крови); а для другого метаболита — орнитина — эта скорость в сотни раз больше, чем у аденозина для всех видов опухолей.

При раке легких в пораженных клетках, в отличие от здоровых, наблюдаются очень высокие концентрации молочной и янтарной кислот, а также глутаминовой и некоторых других аминокислот, тогда как концентрации глюкозы понижены (рис.   [8]. Установлены «характеристические» значения уровней метаболитов для рака груди, мозга, печени, толстой кишки, яичников, простаты. Многие из этих результатов получены именно с помощью спектроскопии магнитного резонанса на ядрах ¹³С (¹³С-ЯМР), которые оказались весьма информативны для диагностики заболеваний на основе анализа состава ¹³С-метаболитов.

Эти работы открывают большие перспективы для диагностики опухолей ¹³С-магниторезонансным методом. Уже опубликованы результаты клинического применения такой диагностики. Так, записывая сигналы ¹³С-ЯМР ¹³С-креатина и ¹³С-холина после введения пациенту ¹³С-глюкозы, удалось получить четкое изображение опухоли мозга (глиобластомы) на обычной томограмме, где эта опухоль не видна (рис. 9а) [9]. Но такие работы пока еще редкость: значительно больше исследований выполняется на животных (крысы, мыши, собаки) (рис. 9б) [10]. Специальная математическая обработка сигналов ¹³С-ЯМР меченых метаболитов позволяет получать цветные изображения опухолей, что значительно облегчит работу врача.

В настоящее время конструируются датчики для обследования человека — например, в форме подголовника для исследования мозга (рис. 10) [11], изучаются режимы записи резонансных сигналов, разрабатываются методики введения ¹³С-препаратов — как внутривенно, так и путем обычного приема внутрь в виде таблетки, раствора и т.п. Добавим, что для записи спектров ¹³С-ЯМР используют обычные серийные томографы. И недалеко время, когда мы сможем «увидеть» в организме то, что не под силу обычному МРТ, не прибегая к рентгеновским лучам, радиоактивности или иным «сильным» (а порой и разрушительным) воздействиям.

Но в основе этих новейших спасительных методов, о которых мы рассказали, лежат вещества с изотопом ¹³С, без которых такая диагностика невозможна. Россия обладает уникальными возможностями: крупнейшим в мире производством изотопов, готовыми к внедрению процессами получения ¹³С-продуктов и приборами для медицинской диагностики, новейшими методиками проведения ¹³С-изотопных дыхательных тестов. Нужно использовать это богатство. Иначе все эти услуги придется покупать, а последствия нам хорошо известны.

И в заключение — еще два интересных момента.

Уже более десяти лет публикуются работы о грандиозном увеличении чувствительности ¹³С-магниторезонансной диагностики, если использовать так называемую процедуру гиперполяризации магнитных моментов ядер ¹³С. Не вдаваясь в подробности, отметим только, что при этом значительно возрастает доля ядер ¹³С, ориентирующих свою «стрелку» вдоль магнитного поля, что приводит к увеличению интенсивности сигнала в 10 000–100 000 раз! (рис. 11) [12]. А в этом случае можно получать уже не только спектры, чтобы потом накладывать их на снимки МРТ, а столь же качественные снимки внутренних органов, порой даже превосходящие по качеству обычные снимки МРТ (рис. 11) [13]. Метод активно развивается (за рубежом), при этом даже используются современные российские устройства, в частности, СВЧ-генератор ELVA-1 из Санкт-Петербурга [14].

Наконец, необходимо сказать и о том, что не только медикам нужны препараты с изотопом ¹³С. Их широко используют в криминалистике, судебно-медицинской экспертизе, космической медицине, антидопинговом контроле, экологии, геологии, геофизике, изучении биосинтеза, при защите патентных прав на химические технологии, в изучении механизмов химических реакций, процессов эволюции живых организмов и других научных исследованиях, в производстве стандартных образцов — везде, где необходимы маркеры и можно отказаться от опасных радиоактивных изотопов. Все это стало возможным благодаря новейшим достижениям методов изотопного анализа и органического синтеза. При этом вслед за ¹³С обязательно придет очередь других стабильных изотопов (см. подзаголовок статьи) — ¹⁰B, ¹¹B, ²⁸Si, ³³S, обладающих другими ценными свойствами. Однако суть этих методов — темы отдельных статей.

1. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2005;
2. Рапопорт С.И., Шубина Н.А., Семенова Н.В. ¹³С-Дыхательный тест в практике гастроэнтеролога. М.: «ИД-МЕДПРАКТИКА-М», 2007. — 136 с.;
3. Anil S Modak. (2007). Stable isotope breath tests in clinical medicine: a review. Journal of Breath Research. 1, 014003;
4. Артемов В.М., Баранов В.Ю., Невмержицкий В.И. (2003). «Способ измерения отклонения отношений концентраций двух компонент газовой смеси от заданной величины». Патент РФ № 2216724;
5. История ООО «Ростхим». Сайт «Ростхим»;
6. László G. Boros, Natalie J. Serkova, Marta S. Cascante, Wai-Nang Paul Lee. (2004). Use of metabolic pathway flux information in targeted cancer drug design. Drug Discovery Today: Therapeutic Strategies. 1, 435-443;
7. M. Jain, R. Nilsson, S. Sharma, N. Madhusudhan, T. Kitami, et. al.. (2012). Metabolite Profiling Identifies a Key Role for Glycine in Rapid Cancer Cell Proliferation. Science. 336, 1040-1044;
8. Teresa WM Fan, Andrew N Lane, Richard M Higashi, Mohamed A Farag, Hong Gao, et. al.. (2009). Altered regulation of metabolic pathways in human lung cancer discerned by 13C stable isotope-resolved metabolomics (SIRM). Molecular Cancer. 8, 41;
9. A. Gregory Sorensen. (2006). Magnetic Resonance As a Cancer Imaging Biomarker. JCO. 24, 3274-3281;
10. John Kurhanewicz, Daniel B. Vigneron, Kevin Brindle, Eduard Y. Chekmenev, Arnaud Comment, et. al.. (2011). Analysis of Cancer Metabolism by Imaging Hyperpolarized Nuclei: Prospects for Translation to Clinical Research. Neoplasia. 13, 81-97;
11. Brian Ross, Alexander Lin, Kent Harris, Pratip Bhattacharya, Brian Schweinsburg. (2003). Clinical experience with13C MRSin vivo. NMR Biomed.. 16, 358-369;
12. Sven Månsson, Edvin Johansson, Peter Magnusson, Chun-Ming Chai, Georg Hansson, et. al.. (2006). 13C imaging—a new diagnostic platform. Eur Radiol. 16, 57-67;
13. K. Golman, J. H. Ardenkjaer-Larsen, J. S. Petersson, S. Mansson, I. Leunbach. (2003). Molecular imaging with endogenous substances. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 10435-10439;
14. J. H. Ardenkjaer-Larsen, B. Fridlund, A. Gram, G. Hansson, L. Hansson, et. al.. (2003). Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 10158-10163.

Сцинтиграфия является одним из высокоинформативных неинвазивных способов диагностики, относящихся к разделу клинической медицины, которая занимается применением радионуклидных фармацевтических препаратов.

Проведение обследования с его помощью уделяет возможность визуализировать орган – системы и тканевые структуры. В процессе диагностирования с использованием радиоизотопного фармацевтического средства и устройства, которое помогает регистрировать распространение гамма – лучей, одновременно с визуализацией производится оценка работы и масштабность поражения щитовидной железы.

Нюансы проведения сцинтиграфии щитовидной железы

Обследование щитовидной железы данным методом не несет опасности для организма исследуемого пациента. В качестве изотопа применяют технецию, характеризующуюся непродолжительным периодом полураспада и наименьшей радиотоксичностью. Дозы используемого радиоактивного средства хватит для получения необходимых показателей, но не может негативно повлиять на организм.

Для выявления изменений и нарушений пациенту вводят радиоактивный препарат в комплексе с лекарственными средствами, чтобы они по кровотоку достигли до проблемного органа. Используемое радиофарм-средство включает соединения, которые быстро усваиваются исследуемым органом или тканьевыми структурами, а также радиоактивные изотопы, внедренные в средство–переносчик.

Клиническую картину визуализируют с использованием сканера частиц и гамма – камеры. Для достоверной диагностики и получения информации с высокой точностью часто применяют обе установки. В период обследования установка регистрирует и анализирует полученные показатели и создает картину тканей в участке обследования. С применением специально разработанных программ регистрируется работа органа, на экране и бумаге отображаются графики в виде кривых. График показывает функциональность железы с высокой точностью.

Как проводиться обследование

Сцинтиграфия щитовидной железы проводится в два этапа – введение радиофарм-средства и сканирование в гамма–камере. Предварительно перед проведением исследования доктор беседует с больным, разъясняет ему, что такое сцинтиграфическое исследование, и как оно проводится.

Пациенту вводят или дают выпить радиоактивный изотоп. Радиофармпрепарат вводят через катетер, размещенный в локтевой вене. Различные используемые средства достигают проблемной зоны через разное время. В большинстве случаев предварительные стенографии производят спустя около 5 минут после введения радиофарм-средства. С помощью этих снимков наблюдают за кровотоком и приблизительно определяют масштабность поврежденного участка.

В период сцинтиграфии больной должен принимать горизонтальное положение на рабочем столе гамма–камеры и не двигаться в течение всей манипуляции. Дыхательный ритм у него должен быть ровным, не слишком глубоким. С целью повышения объема крови, активизации кровотока в сосудистом канале и лучшей транспортировки диагностического средства больному рекомендуется выпить большое количество чистой воды.

Последующие снимки уделяют возможность регистрировать распределение препарата в тканевых структурах, фиксировать зоны активной аккумуляции (если они имеются) или наоборот, области, в которых маркер куммулируется невыраженным образом. Стенографию проводят через 3 – 4, при необходимости через 6 – 8 часов после введения радиофарм средства.

Иногда возникают ситуации, когда специалист проводит повторное сканирование через день с начала обследования для наблюдения динамики вывода используемого маркера из проблемной зоны.

Сцинтиграфию могут проводить и спустя 24 часа после введения радиоактивного средства. При этом исследуемому изотоп вводят накануне процедуры натощак, диагностирование проводят на следующий день. Время проведения сканирования – около 30 минут.

Используемые препараты

Сцинтиграфия щитовидной железы проводится с использованием определенных радиоактивных препаратов:

• Йод 131. Средство попадает в организм пероральным путем;
• Йод 123. Применяется данный вид препарата редко из–за высокой стоимости. Способ введения – внутривенно;
• Технеций-99. Процедура с технецием проводится чаще, чем с другими маркерами. Вещество вводят внутривенно, оно сравнительно быстрее выводится из организма и менее опасно для здоровья.

Типы процедур

Для точного диагностирования применяют определенные типы процедуры:

• статический — сцинтиграфия щитовидной железы проводится спустя полчаса после попадания в организм радифарм-средства. Способ предназначен для наблюдения аккумуляции изотопа в тканях проблемного органа, сопровождающейся произведением серии снимков.
• динамический — длительность составляет до 3 часа, после поступления к самой манипуляции. Радиоизотопное исследование щитовидной железы этого вида помогает следить за размещением маркера в проблемной зоне.
• томографический — выполняется с использованием однофотонной эмиссионной КТ, что уделяет возможность построить трехмерное изображение обследуемого участка.
• планарный — данный вид диагностирования позволяет получить картину проблемной зоны в 2 взаимно вертикальных изображениях.

Подготовительные мероприятия

Сцинтиграфическое исследование требует подготовки, однако эти мероприятия не влияют на привычный жизненный ритм. Подготовка к сцинтиграфии щитовидной железы с учетом всех указаний врача позволяет получить более четкие и информативные показатели:

• за 3 месяца до сцинтиграфии не разрешается проведение рентгенографических исследований с контрастными элементами, а также МРТ, урографии и ангиографии;
• в течение месяца до манипуляции важно отказаться от включения в еду определенных продуктов, как морепродукты, содержащие большое количество йода;
• за 3 – 6 месяцев требуется прекратить использование Амиодарона;
• за 1 – 2 месяца следует прекращать прием лекарств, содержащих йод. Нужно отменить прием и тиреоидных гормонов за 3 недели;
• за 7 дней до процедуры не рекомендуется применять определенные препараты.

Перед началом диагностирования обязательно избавиться от металлических украшений, зубных протезов с металлическими конструкциями, других предметов, содержащих металл или приготовленных из него.

После окончания процедуры советуется обильное питье, для ускорения вывода радиоактивных элементов из организма.

В каких случаях проводят, и когда запрещается сканирование?

Процедура назначается с целью выяснения характера узловых формирований. Сцинтиграфия щитовидной железы уделяет возможность выяснить причину убавления или повышения деятельности органа. Метод применяют также в целях контролирования лечебного курса, для выявления динамики выздоровления и определения дальнейшей стратегии терапевтического курса.

Сцинтиграфию также проводят, при:

• аномальном расположении долей;
• необходимости четкой визуализации и выявления вспомогательных долей;
• сбоях функции железы;
• дифференциации тиреотоксикоза;
• необходимости расчета дозы для правильной организации процедуры с применением йода с повышенной радиоактивностью;
• повышении паратгормона.

Сцинтиграфия щитовидной железы проводится введением радиофармпрепарата, однако стенография картины при этом не производится.

Для проведения процедуры имеются определенные противопоказания.

Не разрешается проводить сцинтиграфию беременным женщинам и во время лактации. Запрещается проводить радиодиагностику в случае, если на день, предназначенный для проведения сканирования уже проводились рентген или КТ. Радиоизотопное исследование щитовидной железы данного вида не проводят, если вес пациента 150 кг и более.

Побочные эффекты

Манипуляция с точки зрения радиации неопасна для здоровья. Побочные эффекты в большинстве случаев фиксируются в результате индивидуальной непереносимости и повышенной чувствительности исследуемого лица.

У исследуемого может временно регистрироваться повышение или снижение артериального давления, появляться частые позывы помочиться. Нечасто, но имеется риск появления жара, головокружения, покраснения, зуда и слабости.

При повышенной чувствительности к йоду проводят сцинтиграфию щитовидной железы с технецием, который практически не становится причиной появления негативных выявлений.

Вероятности облучения контактирующих с больным субъектов после процедуры практически не существует. Для избежания повторного поступления радиационной дозы в организм требуется строгое придерживание гигиенических норм. Нужно часто мыть руки, принимать ванны, душ, часто менять белье и постельные принадлежности, полотенце.

Материалы, используемые при радиоактивной манипуляции после окончания нужно оставить в клинике, где они будут помещены в специально предназначенные тары для веществ, контактирующих с радиофарм-средствами.

Для предупреждения побочных эффектов и вредного влияния на организм требуется придерживание мер предосторожности:

• женщины (репродуктивного возраста) должны проходить сканирование через 12 дней после последнего менструального цикла, чтобы избежать вероятной беременности;
• при проведении сканирования у детей обязательным условием является корректировка дозы радиофармпрепарата в соответствии с весом ребенка;
• кормящим матерям нужно отказаться от кормления грудью;
• человек, проходящий данное обследование, должен исключить контакт с детьми, с женщинами, ожидающими рождения ребенка, и кормящими матерями на конкретный период времени, продолжительность которого зависит от применяемых маркеров.

Как и почему обследуют паращитовидную железу?

Паращитовидные железы расположены позади, с обеих сторон щитовидной железы. Они вырабатывают паратгормон, стимулирующий повышение процента Ca и кальцитонин, способствующий выведению Ca из организма.

Когда способность синтезирования этих желез нарушается, возникают сердечная и почечная недостаточности, повышается свертываемость крови, наблюдаются сбои нервной системы, усвоения пищи, проблемы с ЖКТ, деформации костных образований, аномальные переломы. Сцинтиграфия позволяет определить причину нарушения метаболизма Ca в организме.

Для проведения обследования используют технеций-99, его вводят за 20 минут до сканирования, повторное введение производят спустя три часа.

Оценка способа

Тиреосцинтиграфия щитовидной железы проводится с учетом преимуществ и изъянов процедуры. Врач перед проведением радионуклидной диагностики разъясняет пациенту все возможные последствия, знакомит с порядком проведения, и как нужно будет вести себя после исследования.

К преимуществам способа относятся:

• неинвазивность метода и минимальный вред процедуры для организма исследуемого. Количество используемого изотопа подбирается для обеспечения четкой картины проблемной зоны. Риск возникновения негативного воздействия на организм при таких дозах крайне мал;
• возможность единовременного обследования специфики структуры органа и его деятельности;
• фиксирование степени поражения;
• возможность повторить процедуру несколько раз для точного диагностирования без вреда для здоровья;
• отсутствие дискомфорта и болевых ощущений в период процедуры;
• возможность проводить радиоизотопное исследование щитовидной железы пациентов любого возраста. Однако при проведении сканирования детей, нужно учесть, что они не могут в течение всей процедуры оставаться в неподвижном состоянии, а даже малейшее движение может стать причиной искажения действительной картины заболевания и послужить основой для неправильного диагноза.

К минусам данного метода относятся:

• продолжительность исследования. Иногда для получения точной информации требуется около 7 часов;
• четкость и контрастность снимка. Изображение может быть размытым;
• возможность проведения диагностики этим способом только в конкретных клиниках;
• подготовительные мероприятия, в которые входят отказ от приема некоторых препаратов, средств дезинфекции.

Как ставят диагноз?

Результаты исследования сцинтиграфических изображений, рекомендации и выписки исследуемый получает после окончания процедуры. Результаты могут быть представлены также на продолжении нескольких дней.

Метод уделяет возможность обнаружить <> или<> области в ткани. В норме на сцинтиграмме железа имеет равномерно темный окрас. Появление темных участков (горячие – имеют оранжевый и красный цвет) свидетельствуют на формирование участка повышенной активности при токсическом зобе, а также узловом тиреоидите. Наиболее светлые зоны (холодные – имеют цвет от голубого до фиолетового оттенка) указывают на наличие области с пониженной функцией, что выявляется при кистозных формированиях и других новообразованиях, при раке.

Когда маркер постепенно или поступательно аккумулируется в щитовидной железе, фиксируется наличие диффузного токсического зоба. Не интенсивное поглощение радиофармсредства тканевыми структурами – сигнал о наличии гипотиреоза.

При разных болезненных выявлениях, связанных с функциональностью щитовидной железы, сцинтиграфия является точным и надежным методом диагностирования. Информация, полученная с использованием этого способа, позволяет своевременно обнаружить проблему и организовать соответствующее лечение.

Видеозаписи по теме

Наталья Денисова
«Наука из первых рук» №5–6, 2018

Слово «ядерная» в приложении к чему-либо обычного человека всегда настораживает. И диагностическая ядерная медицина в этом смысле не исключение. Автор этой статьи, не медик, но научный сотрудник с физическим образованием, следит за развитием этой активно развивающейся области современного здравоохранения в силу своих научных интересов, связанных с математическим моделированием. Одна из главных целей этой публикации не просто познакомить широкого читателя с самыми передовыми диагностическими технологиями, но и обосновать необходимость создания в России мультидисциплинарного исследовательского центра ядерной медицины, которого в нашей стране пока нет.

Ядерная медицина — так называют раздел клинической медицины, который использует в диагностике и лечении радиоактивные фармацевтические препараты. Современными методами диагностики в ядерной медицине являются позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОЭКТ). Сегодня их широко используют в онкологии, кардиологии и нейрологии. В последнее десятилетие особое внимание в мировой клинической практике уделялось методу ПЭТ, который на сегодня признан «золотым стандартом» в диагностике раковых заболеваний.

За последние годы и в России построено более десятка ПЭТ-центров, в первую очередь в Москве и Санкт-Петербурге. Федеральная сеть центров ядерной медицины расширяется, охватывая различные регионы страны: уже построены ПЭТ-центры в Уфе, Хабаровске, Челябинске, Красноярске, Ханты-Мансийске, Казани, Екатеринбурге, Белгороде, Тольятти.

В мае 2018 г. на Петербургском международном экономическом форуме было подписано соглашение о стратегическом партнерстве Новосибирской области и ООО «Лечебно-диагностический центр Международного института биологических систем имени Сергея Березина» по созданию центра ядерной медицины в Новосибирске. Стоимость проекта составит более 1 млрд рублей, а сам центр планируется ввести в эксплуатацию в ближайшие годы.

В связи с этим возникает ряд вопросов, которые интересны не только специалистам, но и широкой общественности. Например, какую информацию несут изображения, полученные с помощью диагностических методов ядерной медицины? В чем состоит их преимущество при онкологических заболеваниях? Какова лучевая нагрузка на пациента при обследованиях методами ПЭТ и ОЭКТ? Сколько стоит такое обследование, и кто будет за него платить?

От морфологии — к физиологии

К стандартным и широко известным методам диагностики сегодня можно отнести рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ), каждый из этих методов имеет свою нишу приложения.

С помощью КТ регистрируют степень поглощения рентгеновского излучения биологическими тканями, которая зависит от плотности среды. Эти изображения имеют высокую контрастность в случае соседства сред с существенно различающейся плотностью, например, «мягкие ткани — кости», из-за чего КТ наиболее широко используется для диагностики травм и болезней костей и оценки состояния легких. А с использованием контрастных веществ КТ применяют и для исследования кровеносных сосудов, в том числе для выявления инсульта.

Метод МРТ основан на явлении ядерного магнитного резонанса. С его помощью получают изображение пространственного распределения протонов (ядер атомов водорода, входящих в состав молекулы H₂O), которое наиболее контрастно для мягких тканей с различным содержанием воды. МРТ используют для исследования головного и спинного мозга, диагностики опухолей, заболеваний нервной системы.

И КТ, и МРТ позволяют получать высококачественные «анатомические изображения» с высокой (менее 1 мм) степенью разрешения. Однако при онкологических заболеваниях необходимо различать нормальные и аномальные структуры в пределах одного и того же органа, и в таких случаях этим методам часто недостает чувствительности, особенно на ранних стадиях болезни.

Усилить чувствительность методов КТ и МРТ можно с помощью контрастных веществ. Большинство опухолей, особенно злокачественных, имеют лучшее кровоснабжение, чем здоровые ткани, и контрастное вещество будет накапливаться в них в большей концентрации. Однако эти отличия не всегда настолько значимы, чтобы на основе визуальных оценок можно было поставить диагноз.

Оба этих метода дают изображения, основанные преимущественно на морфологических различиях тканей. Принципиальное отличие диагностических методов ядерной медицины состоит в том, что они позволяют визуализировать метаболические процессы (химические реакции, необходимые для поддержания жизни), протекающие в организме на клеточном уровне.

Метим опухоль

Диагностические методы ядерной медицины, и ПЭТ и ОЭКТ, используют радиофармпрепараты, состоящие из рабочего вещества с присоединенной к нему радиоактивной «меткой». Рабочее вещество — это специально подобранное молекулярное соединение, которое участвует в естественных метаболических процессах в организме человека.

Например, в кардиологии для оценки кровоснабжения миокарда методом ОЭКТ широко применяется препарат Тс99m-МИБИ на основе метокси-изобутил-изонитрила, который захватывается здоровыми клетками миокарда. Метка накапливается в областях с ненарушенным кровоснабжением, и только в неповрежденных клетках, что позволяет диагностировать патологии кровоснабжения миокарда и выявлять области некротического повреждения.

В онкологии метод ОЭКТ в последние годы уступает свои позиции ПЭТ. В этой области медицины практически все ПЭТ-обследования проводят с помощью препарата фтордезоксиглюкоза, по составу близкому к обыкновенной глюкозе и меченному изотопом фтора ¹⁸F. Глюкоза — универсальный источник энергии, поэтому раковые клетки, отличающиеся усиленным метаболизмом, накапливают этот препарат в более высоких концентрациях, чем здоровые. И на ПЭТ-изображениях очаги поражения видны в виде ярких пятен.

В ОЭКТ и ПЭТ используются разные радионуклиды-метки. В первом случае это радиоактивные вещества, которые при распаде испускают гамма-кванты. Радионуклиды, использующиеся при ПЭТ-диагностике, испускают позитроны — античастицы электронов. В биологических тканях присутствует много свободных электронов, поэтому позитрон встречается с электроном, пройдя расстояние менее 1–2 мм. Частицы аннигилируют, выделяя энергию в виде двух гамма-квантов, вылетающих в противоположных направлениях, которые и регистрируются детекторами. Поток гамма-квантов при ПЭТ существенно выше, что и обеспечивает более высокое качество получаемых изображений.

В чем преимущества метода ПЭТ в сравнении с другими видами томографии для диагностики рака? Во-первых, он позволяет не только дифференцировать доброкачественные и злокачественные образования, но и обнаруживать опухоль на самой ранней стадии развития, когда шансов на успех излечивания существенно больше. Во-вторых, это единственный метод, с помощью которого можно просканировать все тело после обнаружения первичной опухоли, чтобы диагностировать наличие или отсутствие метастазов, что чрезвычайно важно для определения тактики лечения. Наконец, только ПЭТ дает самую раннюю оценку эффективности проводимого лечения, а также позволяет отличить рецидив от морфологических повреждений ткани после хирургических и лучевых процедур.

ПЭТ-исследования используют и для контроля опухолевого процесса уже после курса терапии. Например, при изначально гормонопозитивном раке молочной железы опухоль иногда прогрессирует после окончания стандартной 5-летней гормонотерапии. Но в рутинной клинической практике онкологи часто пренебрегают возможностью повторного установления диагноза, особенно при внутригрудной и внутрибрюшинной локализации метастазов. Это непросто сделать даже с помощью ПЭТ-диагностики из-за низкой метаболической активности очагов вследствие небольших размеров. Однако эти ограничения можно преодолеть за счет использования нового препарата — ¹⁸F-фторэтилтирозина, который еще только входит в практику передовых клиник.

Нужно отметить, что «молекулярные изображения», полученные с помощью диагностических методов ядерной медицины, не обладают той высокой четкостью, которая присуща анатомическим изображениям КТ и МРТ. В самом начале своего развития этот раздел получил даже шутливое название unclear medicine вместо nuclear medicine. Чтобы привязать очаги поражения к анатомическому строению, в современной диагностической ядерной медицине используют гибридные ПЭТ/КТ- и ПЭТ/МРТ-системы, при которых изображения, полученные разными методами, накладываются друг на друга.

Решают кадры

«Проблема России не в томографах, проблема России — в мозгах, в катастрофическом недостатке специалистов и исследований в этой области». Эта цитата из приветственного доклада хирурга-онколога академика М. И. Давыдова на конференции по медицинской физике в 2010 г. остается актуальной и доныне.

В Европе, США, Японии и Китае быстрое развитие ядерной медицины в последние годы привело к росту числа исследований в этой области, увеличению численности и повышению уровня подготовки специалистов. Текущую ситуацию в России можно оценить как критическую. Чтобы решить проблему подготовки кадров для рутинной и исследовательской работы в области ядерной медицины, нужно вводить соответствующие курсы на действующих кафедрах медицинских вузов, а также готовить немедицинских специалистов: радиохимиков, медицинских физиков, математиков, биологов.

Назрела необходимость быстро решать вопрос образовательной подготовки специалистов для ядерной медицины, так как было бы стратегической ошибкой закупать дорогостоящее высокотехнологичное оборудование и при этом не иметь грамотных специалистов, которые могут на нем работать.

С учетом все возрастающей сложности медицинских технологий визуализации задача интерпретации полученных изображений становится все более трудной для врачей. К решению этой проблемы сегодня подключаются исследователи в области «больших данных» и искусственного интеллекта, специалисты в области решения обратных некорректных задач, создатели новых радиофармацевтических препаратов. Такой подход требует создания сильных исследовательских групп, объединяющих врачей, инженеров, физиков, химиков, биологов, математиков.

Будущее ядерной медицины определяется, прежде всего, мультидисциплинарными фундаментальными исследованиями, направленными на разработку более эффективных радиофармпрепаратов, обеспечение радиационной безопасности и создание новых аппаратных средств регистрации гамма-излучения, а также на совершенствование математических методов обработки полученной информации. Кстати сказать, в мире фундаментальные исследования в этой области ведутся сегодня настолько интенсивно и широко, что основной Европейский журнал по ядерной медицине и молекулярной визуализации (EJNMMI) даже разделился на несколько дисциплинарных журналов.

Ниже мы коснемся только одного из направлений, близкого автору по роду его научной деятельности, которое связано с применением математического моделирования и компьютерных имитаций в области диагностической ядерной медицины. Необходимость такого подхода диктуется невозможностью из-за лучевой нагрузки проводить исследования на людях, тогда как эксперименты на мелких животных не могут решить проблем, возникающих при диагностике человека.

Матмоделирование в помощь

Томографические исследования в новосибирском Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО РАН были инициированы д. ф.-м. н. Н. Г. Преображенским еще в 1980-е гг. с целью использовать их для диагностики газа и плазмы. В начале 2000-х гг. специалисты института совместно с врачами НМИЦ им. академика Е. Н. Мешалкина (Новосибирск) начали применять математическое моделирование для компьютерной имитации процедуры обследования кардиологических больных методом ОЭКТ. Сейчас эти исследования продолжаются в сотрудничестве с Институтом вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, а также Национальным медицинским исследовательским центром кардиологии (Москва), Венским медицинским университетом и отделением ядерной медицины Центральной клинической больницы Вены (Австрия) при поддержке РФФИ и Австрийского научного фонда.

Математическое моделирование процедуры ОЭКТ и ПЭТ — это сложная физико-математическая проблема, состоящая из ряда задач: создания математических моделей (фантомов), описывающих распределение радиофармпрепарата в органах пациента; моделирования процесса формирования «сырых» проекционных данных, регистрируемых детекторами; разработки метода решения обратной задачи реконструкции изображений из «сырых» данных. Фактически при компьютерном моделировании математический фантом служит виртуальным «пациентом», а реальная томографическая установка заменяется виртуальной системой.

Эти исследования позволяют выявить причины возникновения на изображениях «ложных дефектов», приводящих к неправильному диагнозу, а также оценить предельные размеры патологических очагов, которые можно визуализировать в зависимости от их локализации и индивидуальных особенностей анатомического строения пациента. С помощью этого подхода можно также тестировать новые алгоритмы реконструкции изображений и выполнять исследования по оптимизации протокола сбора данных.

В России подобная работа пока ведется только в ИТПМ СО РАН. Несколько лет тому назад совместно с отделением томографии НМИЦ им. ак. Е. Н. Мешалкина был разработан первый отечественный 3D-математический фантом для исследований в области диагностической ядерной кардиологии. Этот фантом описывает распределение препарата Тс99m-МИБИ в органах грудной клетки среднестатистического пациента мужского пола при исследовании перфузии (кровоснабжения) миокарда методом ОЭКТ. Рассчитанные для него проекционные данные хорошо согласуются с данными реальных клинических обследований. Фантом использовался в различных исследованиях, в том числе по снижению дозы радиофармпрепарата с целью уменьшения лучевой нагрузки на пациента.

Существует два подхода к развитию фантомов: на основе методов компьютерной графики и на основе простых фигур, описываемых уравнениями пространственной геометрии. С самого начала мы хотели построить фантомы, которые можно было бы легко трансформировать, меняя размеры и положение органов, чтобы исследовать влияние анатомического строения пациентов на качество изображений.

Например, в течение более 20 лет оставалась непонятой причина появления «ложных дефектов» на изображениях в верхушечной зоне миокарда при исследовании его перфузии. Эти артефакты имитируют или маскируют поражения миокарда, что затрудняет интерпретацию изображений и вынуждает назначать дополнительные дорогостоящие обследования. По результатам исследований на основе численных методов с использованием нашего фантома были предложены рекомендации по внесению изменений в протокол обследований пациентов.

Сегодня в процессе создания находится фантом для компьютерной имитации процедуры обследования «всего тела» методом ПЭТ.

Ядерная медицина с самого начала создавалась исследовательскими коллективами, где «плечо к плечу» работали врачи, физики, химики, математики и биологи, и сегодня она продолжает активно развиваться как мультидисциплинарное направление.

У Новосибирска имеется огромный научный потенциал в области диагностической, терапевтической и интервенционной ядерной медицины: перспективные разработки и хорошие заделы по разным направлениям наряду с большим опытом сотрудничества есть и в институтах СО РАН, и в медицинских учреждениях. Достаточно упомянуть лишь о методе бор-нейтронозахватной терапии рака, который успешно развивается в Институте ядерной физики СО РАН совместно с другими научными и медицинскими организациями. Создание в Новосибирске мультидисциплинарного исследовательского центра ядерной медицины даст крепкую основу для развития фундаментальных и прикладных исследований в этой области.

Литература
1. Беляев В. Н., Климанов В. А. Физика ядерной медицины. М.: НИЯУ МИФИ, 2012, Ч. 2, 248 с.
2. Климанов В. А. Физика ядерной медицины. М.: НИЯУ МИФИ, 2012, Ч. 1, 308 с.
3. Колядина И. В., Абдуллаев А. Г., Танишина Н. Б. и др. Мультимодальный подход к дифференциальной диагностике метастатического поражения при раке молочной железы: описание клинического случая // Злокачественные опухоли. 2017. Т. 7. № 3. С. 31–36.
4. Denisova N. V., Terekhov I. N. A study of myocardial perfusion SPECT imaging with reduced radiation dose using maximum likelihood and entropy-based maximum a posteriori approaches // Biomed. Phys. Eng. Express. 2016. V. 2. № 5. P. 055015 (12).
5. Denisova N. V., Ansheles A. A. A study of false apical defects in myocardial perfusion imaging with SPECT/CT // Biomed. Phys. Eng. Express. 2018. V. 4. № 6. P. 065018 (12).
6. Jones D. S., Podolsky S. H., Greene J. A. et al. The Burden of Disease and the Changing Task of Medicine // N. Engl. J. Med. 2012. V. 366. P. 2333–2338.