Warto przeczytać

Izotopy promieniotwórcze (radioizotopy) znalazły szerokie zastosowanie w medycynie. Kilkadziesiąt radioizotopów różnych pierwiastków wykorzystuje się obecnie do celów diagnostycznych, leczenia chorób lub do badań naukowych. Wszystkie medyczne radioizotopy są izotopami syntetycznymi. Są one otrzymywane w wyniku napromieniania odpowiednio przygotowanej próbki, a w innych przypadkach, bombardowania jej strumieniem neutronów z reaktora jądrowego lub protonami albo jonami, przyspieszonymi w akceleratorze (na przykład w cyklotronie). Kilka radioizotopów używanych w medycynie powstaje w reakcjach rozszczepienia w reaktorach jądrowych. Najpowszechniej wykorzystywane w medycynie radioizotopy, takie jak jod‑131, technet‑99m, cez‑137 i kobalt‑60, zostały odkryte na przełomie lat 30‑tych i 40‑tych XX wieku.

Obecnie (stan na rok 2020) na świecie jest ponad dziesięć tysięcy szpitali, w których wykorzystuje się radioizotopy. W krajach rozwiniętych, co roku, średnio jedna osoba na pięćdziesiąt jest diagnozowana lub leczona z użyciem radioizotopów. Około 90% przeprowadzanych procedur dotyczy diagnostyki. Pozostałe 10%, to zabiegi mające na celu poprawę stanu zdrowia pacjenta. Najczęściej używanym radioizotopem w diagnostyce jest technet‑99m, który wykorzystuje się w około 40 milionach procedur rocznie (85% wszystkich skanów diagnostycznych). Medycyna jądrowa jest najbardziej rozpowszechniona w Stanach Zjednoczonych (ponad 20 milionów zabiegów różnego typu rocznie). W Europie wykonuje się około 10 milionów zabiegów rocznie. Szacuje się, że liczba zabiegów medycyny jądrowej wykonywanych na świecie będzie zwiększać się w tempie 10% rocznie.

Diagnostyka medyczna

W procedurach diagnostycznych radioizotopy są używane w roli tzw. wskaźników promieniotwórczych. Krótkożyciowe radioizotopy medyczne dołącza się do związków chemicznych, podawanych pacjentom. Tak przygotowane substancje nazywane są radiofarmaceutykami. W zależności od celu badania, stosuje się radiofarmaceutyki, które są przetwarzane przez organizm w odpowiedni sposób, na przykład mają tendencję do koncentrowania się w miejscach dotkniętych zmianami chorobowymi lub gromadzą się w konkretnych organach. W diagnostyce wykorzystuje się głównie radioizotopy o czasie połowicznego rozpaduczas połowicznego rozpaduczasie połowicznego rozpadu do kilku godzin (rzadziej dni), które w wyniku przemian promieniotwórczych, pośrednio lub bezpośrednio, powodują emisję promieniowania gamma. W rezultacie podania pacjentowi radiofarmaceutyku (na przykład doustnie lub w formie zastrzyku), zmienione chorobowo miejsce lub badany organ staje się na pewien czas źródłem promieniowania gamma. Promieniowanie emitowane z wnętrza ciała pacjenta jest rejestrowane przez urządzenia obrazujące, dostarczając informacji o procesach i zmianach zachodzących w organizmie pacjenta. Tego typu badanie daje możliwość obrazowania tkanek miękkich.

Przykładem urządzenia obrazującego (detektora promieniowania) używanego w badaniach diagnostycznych jest gamma kamera, która może rejestrować pojedyncze kwanty gamma emitowane z różnych miejsc wewnątrz ciała pacjenta i pod różnymi kątami. Gamma kamery wykorzystywane są np. w badaniu SPECTSPECTSPECT (tomografia emisyjna pojedynczych fotonów), które umożliwia stworzenie trójwymiarowego obrazu dowolnego obszaru ciała pacjenta. Przykładowe urządzenie do badania SPECT, z dwiema gamma kamerami, zostało pokazane na rysunku 1. Najczęściej używanym radioizotopem w diagnostyce nuklearnej i w badaniach SPECT jest technet‑99m. Wykorzystuje się go między innymi do diagnozowania zmian nowotworowych, badania organów wewnętrznych, struktury kości czy przepływu krwi.

R1eQQSF8Ihn4l

Rys. 1. Ilustracja podzielona jest na dwie części prawą i lewą. Obie prezentują urządzenie nazwane SPECT, pokazane od frontu i z boku. To urządzenie medyczne wykorzystywane jest w radioterapii. Składa się z podłużnego stołu, gdzie umieszczany jest pacjent, następnie wsuwany częściowo do tunelu urządzenia. Urządzenie to masywny, pionowo ustawiony pierścień, wewnątrz którego znajduje się otwór na głowę diagnozowanego pacjenta. Z górnej i dolnej części pierścienia wystają dwa prostopadłościenne elementy w białej obudowie – gamma kamery. Gamma kamery służą do prześwietlania pacjenta i tworzenia trójwymiarowego obrazu jego ciała z widokiem na tkanki wewnętrzne.

Badanie PETPETPET (pozytonowa tomografia emisyjna) opiera się na podobnej zasadzie, co badanie SPECT. Pacjentowi podaje się radiofarmaceutyk zawierający izotop promieniotwórczy, będący emiterem pozytonów (antyelektronów). Pozyton, po przebyciu zaledwie kilku milimetrów w ciele pacjenta, ulega anihilacji z elektronem ośrodka. Anihilacja prowadzi do powstania dwóch kwantów gamma o tej samej energii, emitowanych w przeciwnych kierunkach. Oba kwanty gamma rejestrowane są w koincydencji przez detektory rozmieszczone naokoło pacjenta (zazwyczaj w postaci pierścienia), co umożliwia precyzyjną lokalizację miejsca ich emisji w ciele badanej osoby. Na rysunku 2. pokazano przykładowy obraz uzyskany podczas badania PET. Pacjentowi podano fluorodeoksyglukozę (FDG), zawierającą promieniotwórczy fluor‑18. FDG jest podstawowym radiofarmaceutykiem wykorzystywanym w badaniach PET.

PET jest metodą dokładniejszą od SPECT i pozwala na uzyskanie zdjęć o większej rozdzielczości. Koszty badania PET, jak i samego urządzenia diagnostycznego, są jednak dużo wyższe od kosztów aparatury i badania SPECT. Obecnie badania SPECT i PET są często wykonywane jednocześnie z badaniami CT (tomografia komputerowa) czy MRI (obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego), co pozwala na uzyskanie jeszcze pełniejszej informacji na temat stanu zdrowia pacjenta.

Terapia

Niektóre radioizotopy wykorzystywane są do leczenia zmian nowotworowych lub innych chorób. Najczęściej wykorzystywanym radioizotopem do celów terapeutycznych jest jod‑131, który podany pacjentom w małych ilościach, leczy raka tarczycy i inne choroby tego narządu. Jod‑131 jest podawany chorym w postaci tabletki. Inną metodą leczenia zmian nowotworowych jest brachyterapia, która polega na umieszczeniu zamkniętego źródła promieniotwórczego bezpośrednio w guzie lub jego sąsiedztwie.

W radioterapii zmiany nowotworowe są leczone poprzez naświetlanie promieniowaniem jonizującym, pochodzącym ze źródeł zewnętrznych. Powszechnie stosowanym urządzeniem w radioterapii jest tzw. bomba kobaltowa, zawierająca intensywne źródło kobaltu‑60. Izotop ten jest wykorzystywany miedzy innymi do mało inwazyjnego leczenia nowotworów mózgu (metoda leczenia tak zwanym nożem gamma). Inną metodą leczenia nowotworów jest napromienianie zmian chorobowych wiązkami neutronów lub przyspieszonymi w akceleratorze protonami albo ciężkimi jonami. Naświetlanie cząstkami naładowanymi lub ciężkimi jonami pozwala na bardzo precyzyjne deponowanie energii w zmianach nowotworowych wewnątrz ciała pacjenta. W przeciwieństwie do promieniowania gamma, które podczas przechodzenia przez ciało pacjenta lokuje energię równomiernie, zarówno w zdrowych, jak i chorych tkankach, cząstki naładowane i ciężkie jony oddają większość swojej energii tuż przed zatrzymaniem się. Jeżeli odpowiednio dobierze się energię wiązki, większość tej energii zostanie zdeponowana w guzie, a nie w otaczających go zdrowych tkankach. Obecnie w Polsce znajduje się jeden ośrodek terapii protonowej (Centrum Cyklotronowe Bronowice IFJ PAN w Krakowie). Placówka ta specjalizuje się w radioterapii protonowej nowotworów narządu wzroku.

Sterylizacja

Promieniowanie jonizujące jest wykorzystywane do sterylizacji sprzętu medycznego – strzykawek, rękawiczek, fartuchów i innych przyrządów, które nie mogą być odkażone za pomocą wysokich temperatur. Sterylizacji radiacyjnej poddaje się również niektóre organy do przeszczepów. Do wyjaławiania wykorzystuje się najczęściej intensywne źródła promieniowania gamma.

Słowniczek