Радіонукліди в медицині
Радіоактивні ядра показують роботу органів зсередини й руйнують пухлину без розрізу.
Що таке радіонуклід
- Нуклід: атом із певним числом протонів і нейтронів. Радіонуклід: його ядро нестабільне й рано чи пізно розпадається, випромінюючи частинку або γ-квант.
- Хімію атома визначають електрони, тому радіоактивний ¹³¹I в організмі поводиться як стабільний ¹²⁷I: щитоподібна залоза накопичує обидва.
- Тому потрібну речовину можна «підписати» радіоактивною міткою й побачити, куди вона потрапила.
Що тут видно: ядро з протонів і нейтронів скидає надлишок енергії частинкою або γ-променем.
Чотири типи випромінювання
α-розпад
Вилітає ядро ⁴He. Пробіг у тканині: кілька клітин. Для терапії (²²³Ra).
β⁻-розпад
Нейтрон стає протоном, вилітає електрон. Терапія: ¹³¹I, ¹⁷⁷Lu.
β⁺-розпад
Позитрон анігілює з електроном: два γ-кванти по 511 кеВ. Це ПЕТ (¹⁸F).
γ-випромінювання
Ядро скидає енергію γ-квантом. Діагностика (⁹⁹ᵐTc), терапія й стерилізація (⁶⁰Co).
Що тут видно: що саме вилітає з ядра. Важка α-частинка діє на кількох клітинах, γ-кванти проходять крізь тіло й видно ззовні.
Детальніше
Ще є електронне захоплення: ядро «ковтає» електрон оболонки (p + e⁻ → n + ν). Так розпадаються ²⁰¹Tl і ¹²⁵I, випромінюючи м'які γ- й рентгенівські кванти.
Період напіврозпаду
За час T½ розпадається половина ядер. Для медицини це компроміс: надто короткий, і препарат не довезти; надто довгий, і доза зайва.
Що тут видно: рожеві кружки: атоми, що ще не розпалися, червоні спалахи: розпади. Ламана лінія (симуляція) йде за формулою N = N₀·(½)t/T½.
Діагностика: побачити орган зсередини
⁹⁹ᵐTc, сцинтиграфія та ОФЕКТ
Понад половина процедур. Лише γ 140 кеВ, T½ = 6 год. γ-камера знімає, де зібрався препарат: кістки, серце, нирки.
¹⁸F-ФДГ, ПЕТ
Глюкоза з міченою ¹⁸F. Пухлини й мозок споживають її більше, тому світяться. β⁺, T½ = 110 хв.
²⁰¹Tl, серце
Tl⁺ схожий на K⁺ і збирається в живому м'язі. «Холодні» ділянки на знімку: погане кровопостачання. T½ ≈ 73 год.
Що тут видно: мітка збирається в органі, її γ-кванти летять назовні, камера бачить, де вона.
ПЕТ-сканер
Два фотони летять у протилежні боки. Лінія між спрацьованими детекторами проходить через місце розпаду.
Що тут видно: ліворуч розпади в тілі й спалахи детекторів, праворуч сума всіх ліній: де вони перетинаються, там накопичилася мітка.
Терапія: зруйнувати лише пухлину
¹³¹I
Радіойод лікує щитоподібну залозу: β-електрони діють у межах міліметрів. T½ = 8,02 доби.
⁶⁰Co, гамма-ніж
Пучки з багатьох джерел сходяться в одній точці мозку з точністю до міліметра.
¹⁷⁷Lu
Прикріплений до молекули, що чіпляється за пухлинні клітини. T½ = 6,65 доби.
²²³Ra
Схожий на кальцій, збирається в кістках біля метастазів. α-частинки діють близько.
¹²⁵I, ¹⁹²Ir
Брахітерапія: джерело ставлять у пухлину чи поряд із нею.
Стерилізація
γ-промені ⁶⁰Co (~25 кГр) знищують мікроби на шприцах у запакованому вигляді. Предмети не стають радіоактивними.
Що тут видно: який ізотоп куди «адресований» і чому він не шкодить сусіднім органам.
Звідки беруть радіонукліди
Ядерний реактор
Нейтрони роблять ядра радіоактивними: ⁵⁹Co + n → ⁶⁰Co, ¹⁷⁶Lu + n → ¹⁷⁷Lu.
Циклотрон
Протони б'ють у мішень: ¹⁸O(p,n)¹⁸F. Через T½ ≈ 110 хв циклотрон стоїть поруч із клінікою.
Генератор ⁹⁹Mo/⁹⁹ᵐTc
«Технецієва корова»: ⁹⁹Mo (T½ = 66 год) розпадається до ⁹⁹ᵐTc, який щодня вимивають розчином. Працює близько тижня.
Що тут видно: три способи отримати короткоживучі ізотопи біля лікарні.
Таблиця ізотопів
| Нуклід | T½ | Розпад | Застосування |
|---|---|---|---|
| 99mTc | 6,0 год | γ | сцинтиграфія, ОФЕКТ |
| 18F | 109,8 хв | β⁺ | ПЕТ (ФДГ) |
| 201Tl | ≈ 73 год | e-захоплення | діагностика серця |
| 131I | 8,02 доби | β⁻, γ | щитоподібна залоза |
| 60Co | 5,27 року | β⁻, γ | гамма-ніж, стерилізація |
| 177Lu | 6,65 доби | β⁻ (+ γ) | таргетна терапія |
| 223Ra | 11,4 доби | α | метастази в кістках |
| 125I | 59,4 доби | e-захоплення | брахітерапія |
| 192Ir | 73,8 доби | β⁻, γ | брахітерапія |
| 99Mo | 66 год | β⁻ | «мати» генератора ⁹⁹ᵐTc |
Що тут видно: діагностичні ізотопи живуть години, терапевтичні: дні.
Безпека і дози
Доза в мілізівертах (мЗв), шкала логарифмічна: кожен поділ у 10 разів більший. Принцип ALARA: менше часу, більше відстані, екран (свинець, бетон).
Що тут видно: довжина смуги показує дозу. Значення орієнтовні й залежать від обладнання.
Висновки
- Радіонуклід хімічно такий самий, як звичайний атом, тому його можна використати як мітку.
- Діагностика: γ-кванти і ПЕТ показують, де зібралася речовина. Терапія: короткий пробіг α і β руйнує пухлину поруч.
- Період напіврозпаду підбирають під завдання: години для діагностики, дні для терапії.
- Безпека: мала доза, час, відстань, екран.