Застосування радіонуклідів у медицині — це використання нуклідів з нестабільним ядром для діагностики та лікування хвороб. Радіонукліди вводять у вигляді радіофармпрепаратів: їхнє випромінювання або показує роботу органа на зображенні, або руйнує хвору тканину. Презентація охоплює види випромінювання, період напіврозпаду, принцип методу, сцинтиграфію, ОФЕКТ, ПЕТ і радіонуклідну терапію. Матеріал відповідає програмі з фізики для 11 класу.
Презентація «Радіонукліди в медицині» — це готовий матеріал для уроку фізики в 11 класі в темі «Атомна і ядерна фізика». Двадцять п’ять слайдів ведуть від означення радіонуклідів і принципу методу до двох напрямів застосування, методів діагностики, найпоширеніших ізотопів і правила вибору ізотопу за періодом напіврозпаду. Урок завершують п’ять тестових завдань із підказками, блок «Запам’ятай» і «Перевір себе».
Презентація «Застосування радіонуклідів у медицині» охоплює:
- що таке радіонукліди й чому вони самовільно розпадаються
- альфа-, бета- і гамма-випромінювання як наслідок розпаду
- принцип методу: радіофармпрепарат і сигнал із органа
- два напрями: малі дози для діагностики, великі для терапії
- методи діагностики: сцинтиграфію, ОФЕКТ і ПЕТ
- найпоширеніші ізотопи: технецій-99m, йод-131, фтор-18, кобальт-60
- період напіврозпаду як критерій вибору ізотопу
- обладнання ядерної медицини: гамма-камеру, ПЕТ- і ОФЕКТ-сканери
- п’ять тестових завдань із підказками та питання для повторення
Зміст презентації:
Радіонукліди — це що таке
Радіонукліди (радіоактивні ізотопи) — це нукліди з нестабільним ядром, які самовільно розпадаються, випромінюючи при цьому альфа-, бета- або гамма-випромінювання. Саме це явище називають радіоактивністю. Радіонукліди бувають природні й штучні: для медицини потрібні ізотопи майже завжди виготовляють штучно — у ядерних реакторах через нейтронну активацію або на циклотронах, обстрілюючи мішень протонами. У медицині їх застосовують у ретельно розрахованих мікродозах, і головна думка теми саме в цьому: у малих контрольованих дозах радіонукліди рятують життя.
Чому це взагалі працює? Радіоактивний ізотоп хімічно не відрізняється від звичайного, тому організм поводиться з ним так само — але його випромінювання можна зареєструвати приладом зовні. Це принцип мічених атомів. Сполуку, у яку «вшито» такий ізотоп, називають радіофармпрепаратом: його вводять у організм, він накопичується в потрібному органі й випромінює сигнал, який фіксують спеціальні прилади. Залежно від дози той самий підхід дає два різні напрями: діагностика — малі дози показують роботу органів (серця, щитоподібної залози, кісток, нирок); терапія — більші дози знищують хвору тканину, пухлини або надактивну тканину щитоподібної залози.
Види випромінювання та період напіврозпаду
Розрізняють три основні види радіоактивного випромінювання, і вони дуже різні за проникністю. α-випромінювання — потік ядер Гелію: воно сильно йонізує, але його затримує аркуш паперу чи верхній шар шкіри. β-випромінювання — потік електронів або позитронів: проходить крізь кілька міліметрів алюмінію й на кілька міліметрів углиб тканин, тому β-активні ізотопи зручні для терапії «зблизька». γ-випромінювання має електромагнітну природу й найбільшу проникну здатність: його послаблюють лише щільні матеріали — свинець, товстий шар бетону чи води. Тому для діагностики, де випромінювання має вийти з тіла й потрапити в детектор, беруть γ-активні ізотопи, а для терапії — переважно β-активні.
Період напіврозпаду (T½) — це час, за який розпадається половина ядер радіонукліда у зразку. Правило, яке варто запам’ятати: період напіврозпаду визначає вибір ізотопу. Якщо T½ завеликий, ізотоп опромінює пацієнта ще довго після того, як дослідження закінчилося; якщо замалий — препарат розпадеться, перш ніж його встигнуть довезти до лікарні. Тому для діагностики обирають короткоживучі ізотопи: вони швидко розпадаються й не шкодять пацієнтові. Перевірені значення: технецій-99m — близько 6 годин (точніше 6,01 год), фтор-18 — близько 110 хвилин, йод-123 — 13 годин, талій-201 — 73 години. Терапевтичні ізотопи живуть довше: йод-131 — 8 діб, кобальт-60 — 5,27 року.
Активність і дози: бекерель, грей, зіверт
Ці три одиниці школярі плутають найчастіше, хоч вони вимірюють різні величини. Бекерель (Бк) — одиниця активності джерела: 1 Бк означає один розпад за секунду. Активність описує сам радіонуклід, а не його дію на людину; для медичних препаратів її подають у мегабекерелях (МБк). Грей (Гр) — одиниця поглиненої дози: 1 Гр = 1 Дж/кг, тобто один джоуль енергії випромінювання, поглинений кілограмом речовини; у греях планують дозу під час променевої терапії. Зіверт (Зв) — одиниця еквівалентної та ефективної дози: це поглинена доза, помножена на коефіцієнти, які враховують вид випромінювання й чутливість органів. Зіверт потрібен саме для оцінки ризику для здоров’я, і в медичній практиці дози найчастіше подають у мілігреях (мГр) та мілізівертах (мЗв).
Радіонуклідна діагностика: сцинтиграфія, ОФЕКТ і ПЕТ
Радіонуклідна діагностика показує не будову органа, як рентген чи КТ, а його функцію — як тканина захоплює, накопичує й виводить речовину. Пацієнтові вводять радіофармпрепарат, він накопичується в органі-цілі, а гамма-камера фіксує випромінювання ізотопу, що вийшло з тіла. Якщо зображення плоске, метод називають сцинтиграфією. Якщо камера обертається навколо пацієнта й комп’ютер відновлює зрізи, це ОФЕКТ — однофотонна емісійна комп’ютерна томографія (англ. SPECT), яка дає об’ємне зображення. ПЕТ (позитронна емісійна томографія) працює інакше: вона реєструє анігіляцію позитронів — позитрон, вилетівши з ядра, одразу анігілює з електроном, народжуються два гамма-квантів, що розлітаються у протилежні боки, і детектори реєструють їх одночасно.
Найпоширеніший діагностичний ізотоп у світі — технецій-99m: з ним виконують близько 80 % усіх процедур ядерної медицини й близько 85 % діагностичних сканувань. Причина — ідеальне поєднання властивостей: короткий період напіврозпаду (≈6 годин) і єдиний чіткий гамма-пік з енергією 140 кеВ, зручний для гамма-камери. Його застосовують у сцинтиграфії серця, кісток і нирок, а отримують просто в лікарні з генератора, де «материнський» молібден-99 поступово перетворюється на технецій. Фтор-18 — ізотоп для ПЕТ-сканування: приєднаний до глюкози (фтордезоксиглюкоза, ФДГ), він накопичується в клітинах з активним обміном речовин, тому пухлини та метастази на знімку світяться яскравіше за звичайні тканини. На відміну від рентгена, ПЕТ показує саме обмін речовин, а не форму, — і завдяки цьому пухлину виявляють раніше. Для обстеження щитоподібної залози застосовують також йод-123, а для оцінки життєздатності серцевого м’яза — талій-201.
Радіонуклідна терапія та радіаційна безпека
У терапії випромінювання використовують, щоб знищити хворі клітини. Класичний приклад — йод-131: щитоподібна залоза єдина в організмі природно накопичує йод, тому радіоактивний йод застосовують і для діагностики, і для лікування — від надактивної залози до раку. Введений ізотоп концентрується саме в ній, а його β-випромінювання руйнує хворі клітини майже без шкоди для сусідніх тканин. Брахітерапія (від грецького brachys — «близький») передбачає, що закрите джерело випромінювання вводять безпосередньо в пухлину або поряд із нею. Дистанційна променева терапія опромінює пухлину зовні — історично за допомогою кобальту-60, сьогодні переважно лінійними прискорювачами. Є й радіофармтерапія кісткових метастазів, коли препарат сам «знаходить» ураження в кістках. Окремий, нелікувальний напрям — стерилізація медичних інструментів і перев’язувального матеріалу гамма-променями: вона знищує мікроорганізми в уже запакованих виробах, не нагріваючи їх.
Чому та сама радіація може і лікувати, і шкодити? Усе залежить від дози, виду випромінювання, тривалості опромінення та того, які органи його отримують. Тому основою радіаційного захисту є три прості заходи: час (тривалість опромінення зводять до необхідного мінімуму), відстань (чим далі від джерела, тим менша доза) і екранування (свинець, бетон, захисний фартух). Їх доповнює принцип ALARA (As Low As Reasonably Achievable) — доза має бути настільки низькою, наскільки це розумно досяжно. Наочний приклад різниці між керованою і некерованою радіоактивністю — Чорнобиль: після аварії на ЧАЕС саме йод-131 з періодом напіврозпаду 8 діб, потрапивши в організм із молоком і продуктами, спричинив різке зростання раку щитоподібної залози в дітей, а довгоживучий цезій-137 (T½ близько 30 років) забруднює ґрунти досі. Той самий ізотоп йоду, що в контрольованій дозі лікує, у безконтрольному викиді шкодить — і це головний урок теми.
Підходить для: учителів фізики, викладачів основ здоров’я та безпеки життєдіяльності, студентів фізичних, медичних і педагогічних спеціальностей та учнів 11 класу. Презентацію можна використати на уроці в темі «Атомна і ядерна фізика», для повторення видів радіоактивного випромінювання й періоду напіврозпаду, як готовий тест на п’ять завдань, під час підготовки до контрольної роботи чи НМТ, на занятті з радіаційної безпеки, а також для дистанційного навчання. Схожі матеріали: Презентація «Альтернативні джерела енергії», Презентація «Чорнобильська катастрофа» та Презентація «Цивільний захист».
Часті запитання
Що таке радіонукліди?
Радіонукліди — це нукліди з нестабільним ядром, які самовільно розпадаються й випромінюють альфа-, бета- або гамма-випромінювання. Таке явище називають радіоактивністю. Вони бувають природні та штучні; медичні ізотопи майже завжди виготовляють штучно — у ядерних реакторах або на циклотронах — і застосовують у ретельно розрахованих мікродозах.
Де в медицині застосовують радіонукліди?
У двох напрямах. Перший — діагностика: сцинтиграфія, ОФЕКТ і ПЕТ показують, як працює орган, за допомогою радіофармпрепаратів із технецієм-99m, фтором-18, йодом-123 чи талієм-201. Другий — терапія: лікування щитоподібної залози йодом-131, брахітерапія, дистанційна променева терапія (зокрема кобальтом-60) та радіофармтерапія кісткових метастазів. Окремо гамма-променями стерилізують медичні інструменти й перев’язувальний матеріал.
Чим радіонуклідна діагностика відрізняється від терапії?
Дозою й типом випромінювання. У діагностиці вводять малу активність γ-активного ізотопу з коротким періодом напіврозпаду: випромінювання має вийти з тіла й потрапити в детектор, а не пошкодити тканини. У терапії дози значно більші, і беруть переважно β-активні ізотопи, які віддають енергію в самій тканині, руйнуючи хворі клітини.
Який період напіврозпаду в технецію-99m?
Близько 6 годин (точніше — 6,01 години). Саме поєднання короткого періоду напіврозпаду й одного чіткого гамма-піку з енергією 140 кеВ зробило технецій-99m найпоширенішим медичним радіоізотопом у світі: з ним виконують близько 80 % усіх процедур ядерної медицини. За добу розпадається близько 94 % введеної кількості, тож пацієнт отримує малу дозу.
Що таке принцип ALARA?
ALARA (As Low As Reasonably Achievable) — принцип радіаційного захисту, за яким доза опромінення має бути настільки низькою, наскільки це розумно досяжно. На практиці його реалізують трьома заходами: скорочують час опромінення, збільшують відстань до джерела й використовують екранування — свинець, бетон, захисний фартух.
Створіть своє перше завдання на урок прямо зараз. Це безкоштовно
