Радионуклидные методы исследования в онкологии

В отличие от большинства диагностических методик, используемых в онкологии, радионуклидные (ядерной медицины) методы позволяют оценить не только структурные изменения в органах, но и нарушения метаболических процессов в опухолях и окружающих тканях. Важную роль эти методы играют в оценке функционального состояния органов и систем у больных с новообразованиями. Радионуклидные методы не ограничиваются выявлением опухоли. Радиофармпрепараты (РФП) используются при уже установленной опухоли для определения распространенности злокачественного процесса – наличия регионарных и отдаленных метастазов. В неясных случаях оказывают помощь в дифференциальной диагностике опухоли и других патологических процессов. Для диагностического исследования рекомендуется на первом этапе использование наиболее чувствительных методик, а на втором – наиболее специфичных.

Для диагностики опухолей применяются различные РФП, испускающие бета - и гамма излучение. Их условно делят на следующие группы:

1. РФП, способные накапливаться в тканях, окружающих опухоль (органотропные):

- в интактных тканях, в тканях, подверженных специфическим изменениям со стороны опухоли

2. РФП, тропные к мембранам опухолевых клеток:

- по реакции «антиген-антитело», по механизму клеточной рецепции

3. РФП, проникающие в опухолевые клетки:

- специфические, неспецифические.

В 1 группе РФП, тропные к той или иной ткани организма, накапливаются в ней, а наличие опухоли выявляется как очаг пониженного накопления. Например, золото-198 или коллоид технеций аккумулируются в купферовских клетках печени, а первичные опухоли печени или метастазы в ней выглядят в ней как «дефекты накопления» («холодные очаги»). Йод-123 и йод-131, технеций -пертехнетат используются в диагностике узловых образований и опухолей щитовидной железы. Недостатком этой методики является ее невысокая специфичность. РФП могут гиперфиксироваться в участках тканей, окружающих новообразование. Например, участки ткани вокруг костной опухоли реагируют остеобластической активностью и позволяют визуализировать костные метастазы и первичные опухоли на самых ранних стадиях, когда рентгенологическими методами их обнаружить еще невозможно.

Во 2-й группе РФП, тропных к мембранам опухолевых клеток по механизму «антиген-антитело», лежит реакция меченных моноклональных антител с антигенами мембран опухолевых клеток. Реакция имеет высокую онкоспецифичность. Из РФП, тропных к мембранам опухолевых клеток по механизму клеточной рецепции, используются аналоги сомастатина при диагностике нейроэндокринных опухолей (карциноид, феохромацитома, меланома), мелкоклеточного рака легких, новообразований ЦНС и лимфом.

В 3-й группе к специфическим РФП, проникающим в опухоли, относятся изотопы йода -123 и 131, которые используются для диагностики дифференцированных опухолей щитовидной железы, их метастазов. Йод-123 - метайод – бензил - гуанидин (йод-123 - МИБГ) обладает высокой эффективностью в выявлении нейроэндокринных опухолей. Неспецифические РФП, проникающие в опухолевые клетки (цитрат галлия - 67) многие годы используется для диагностики лимфом и мелкоклеточного рака легких, изотопы таллия-201 и 199 используются для диагностики новообразований бронхов, лимфом, рака щитовидной железы, опухолей костей, головного мозга.

Существуют различные методы радионуклидного выявления опухолей.

Радиометрия в онкологической практике применяется при диагностике пигментных новообразований. Используют фосфор-32, который является чистым бета-излучателем. Определяют процент накопления его в симметричном здоровом участке и в области новообразования. Резкое повышение концентрации фосфора указывает на злокачественный характер опухоли.

Сканирование – получение изображения органа с помощью введенного в организм РФП. Над исследуемым органом располагается движущийся коллимированный детектор, который по гамма - излучению собирает информацию и фиксирует ее в виде изображения органа. По сканограмме определяют форму, размеры, топографию, функциональную активность органа. Исследование занимает значительное время из-за небольшого размера детектора, который вынужден, для получения полного изображения органа, перемещаться над больным. Изображение можно получить и с помощью аппарата «ГАММА-КАМЕРА», в котором коллимированный детектор имеет большой диаметр и в его поле зрения попадает сразу весь исследуемый орган. Такое исследование называется гаммасцинтиграфией. С ее помощью можно получить статическое и динамическое функционально-анатомическое изображение, т.е., этот метод позволяет изучать быстро протекающие процессы распределения вводимых в организм РФП. Широко применяется и радионуклидная эмиссионная томография. Как и любая томография, она обеспечивает послойное исследование органа. Радионуклидные томографы не могут конкурировать с морфологической томографией в выявлении анатомических деталей, но зато обладают важной способностью улавливать распределение РФП в разных частях исследуемого органа, что отражает его функциональное состояние. То есть, радионуклидную томографию с полным правом называют функциональной томографией. Роль ее значительна в тех случаях, когда функциональные нарушения предшествуют явным анатомическим изменениям.

По характеру используемого излучения радионуклида все эмиссионные томографы разделяются на однофотонные (ОЭТ) и позитронные (ПЭТ) – двухфотонные. При ОЭТ в гамма-камере детектор перемещается вокруг исследуемой части тела. Используют гамма-излучающие РФП, которые выбирают в зависимости от задач исследования. При ПЭТ применяются короткоживущие радионуклиды, испускающие позитроны. Позитрон, вылетая из атома, вступает во взаимодействие с электроном в окружающей ткани; в результате встречи обе частицы исчезают и вместо них образуются два гамма - кванта (аннигиляция). В ПЭТ происходит регистрация этих гамма - квантов с помощью нескольких колец детекторов, окружающих пациента. Регистрируются только те гамма-кванты, которые образовались одновременно. ПЭТ дает уникальную диагностическую информацию. Применяется в настоящее время, главным образом, в трех областях медицины: онкологии, кардиологии и неврологии. Подобно КТ и МРТ используется техника томографии, что позволяет получать срезы в различных плоскостях. С помощью ПЭТ возможно получение функциональных изображений, отражающих процессы жизнедеятельности органов и тканей организма человека на молекулярном уровне. Меченое вещество выбирается в зависимости от той функции организма, за которой необходимо проследить. Например, если необходимо определить, насколько быстро клетки себя строят (опухоль!), то выбирают аминокислоту С-11- метионин, (необходима при строительстве белковой молекулы). На экране будут изображены яркие участки в тех местах, где находятся эти интенсивно работающие клетки. В этих случаях применяется аналог глюкозы – фтордезоксиглюкоза с периодом полураспада 110 минут. Уникальность этого радионуклидного исследования заключается и в том, что можно получить точные сведения о метаболизме позитронного излучателя в организме в любом ограниченном объеме ткани. Это очень важно, поскольку очень часто изменения на функциональном клеточном уровне предшествуют морфологическим изменениям. Поэтому многие заболевания диагностируются с помощью ПЭТ намного раньше, чем на КТ и МРТ, до появления структурных изменений, что существенно улучшает прогноз. При диагностике онкологических заболеваний становится возможным не инвазивное определение степени злокачественности опухоли, определение поражения лимфоузлов, отдаленных метастазов, рецидивов, проведение дифференциальной диагностики между рубцовыми изменениями и рецидивом опухоли. ПЭТ позволяет провести мониторинг эффективности лечения – определить ответную реакцию опухоли на лучевую терапию, химиотерапевтическое лечение. При эффективности лечения снижается потребление глюкозы опухолевыми клетками, снижается уровень накопления С-11-метионина, уменьшаются количество и размеры метастазов. На сегодняшний день ПЭТ является одним из самых информативных методов, применяемых в ядерной медицине.

Для диагностики злокачественных опухолей применяется методика радиоконкурентного анализа. В крови больного ведут поиск веществ, выделяемых опухолью – опухолевые маркеры. По их концентрации возможно судить о наличии опухолевого процесса и уточнить прогноз заболевания. Высокая концентрация опухолевых маркеров в крови является неблагоприятным прогностическим фактором.

Перспективным методом является иммуносцинтиграфия, с помощью которой возможно установить местонахождение опухоли с помощью меченых противомаркерных антител. Насыщают опухоль радионуклидом и визуализируют ее на топограммах. Эта методика применяется для диагностики рецидивов леченой злокачественной опухоли и выявления ее метастазов. В настоящее время применяется при колоректальном раке, опухолях молочной железы.

В рамках лучевой диагностики складывается новое направление – клиническая радиологическая биохимия.К ней относятся такие методы, как рентгеноспектральный анализ – исследование химического состава биологических образцов по их рентгеновским спектрам; рентгеноструктурный анализ по распределению рассеянных лучей в пространстве и их интенсивности изучают структуру биологических объектов; активационный анализ – определение концентрации стабильных нуклидов в биологических образцах и во всем организме. Все эти методы перспективны в диагностике на ранних стадиях онкологических заболеваний.

Магнитно-резонансный метод исследования основан на явлении ядерно-магнитного резонанса. Непосредственно анализ электромагнитных сигналов релаксирующих протонов используют для спектрографии и магнитно-резонансной томографии (МРТ).

МР - спектрография. Сущность метода состоит в следующем: исследуемый образец ткани или жидкости помещают в стабильное магнитное поле. На образец воздействуют импульсными радиочастотными колебаниями. Изменяя напряжение магнитного поля, создают резонансные условия для разных элементов в спектре магнитного резонанса. Полученные МР-сигналы анализируются. Интенсивность и плотность их зависят от плотности протонов и времени релаксации, что позволяет судить о химической и пространственной структуре вещества. По виду МР-спектра дифференцируют зрелые и незрелые опухолевые клетки, оксигенированные и гипоксические ткани, проницаемость мембран, т.е., получают важные для биологии и медицины сведения.

Магнитно-резонансная томография позволяет получать изображение любых слоев тела человека в любом сечении. МР-томограммы представляют пространственное распределение молекул, содержащих атом водорода. На них лучше, чем на компьютерных томограммах, отражаются мягкие ткани: мышцы, жировая прослойка, хрящи, сосуды. Так как в костной ткани небольшое содержание воды, кость не создает экранирующего эффекта и не мешает изображению спинного мозга, межпозвоночных дисков. Этот метод имеет высокую разрешающую способность. Высокая естественная контрастность тканей на МР-изображениях, в большинстве случаев, не требует применения контрастирующих веществ. Отсутствует лучевая нагрузка на пациента. К недостаткам метода относят: длительность исследования, необходимость полной неподвижности больного.

Показаниями к МРТ-исследованиям в онкологической практике являются: подозрения на первичные и метастатические опухоли головного и спинного мозга, опухоли мягких тканей, гортани, наличие объемных образований средостения, подозрения на сосудистый характер образования, подозрения или наличие опухолей в брюшной полости, забрюшинном пространстве, малом тазу. В случае подозрения на опухоль иногда нативное исследование дополняется контрастным усилением. Показаниями к исследованию крупных суставов является подозрение на опухолевое поражение с внутрисуставным распространением.

Термография -метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра. При термографии определяется характерная «тепловая» картина всех областей тела. У здорового человека она относительно постоянна, но при патологических состояниях меняется. В онкологической практике этот метод чаще применяется при исследовании молочных желез. Для злокачественной опухоли характерна зона интенсивной гипертермии (на 2-2,5 градуса выше температуры симметричной области). Структура участка гипертермии однородна, контуры сравнительно четкие, видны расширенные сосуды. Для эффективности исследования применяется способ, так называемой, активной термографии. Она проводится после физико-химических воздействий, на которые нормальные и опухолевые ткани реагируют неодинаково. При гипергликемической пробе, которая основана на внутривенном введении в организм глюкозы, при злокачественной опухоли температура повышается в зоне поражения на 0.7-3.0 градуса. Температура опухоли повышается также в условиях гипербарической оксигенации в кислородной лечебной барокамере.