 |
Одноячеечные модели.. Системная биокинетическая модель
|
|
|
|
Одноячеечные модели.
Рис. 29. Модель одиночной ячейки
Небольшая порция инертного вещества вводится в объем, в котором он мгновенно смешивается с находящейся там жидкостью. Тогда в процессе ПЭТ концентрация зонда в ячейке будет возрастать, и стремиться к постоянному значению ( Рис. 29 ).
Рис. 30. Кинетическая кривая для плазмы крови
Небольшая порция инертного вводится трассера в тело человека. Первоначально трасер находится только в крови, т. е. в системе циркулирующей жидкости. Ситуации аналогична рассмотренной выше одиночной ячейки – со временем концентрация трассера растет и стремится к постоянному значению.
Однако, если трассер способен проникать через стенки капилляров и попадать в ткань тела, то концентрация после некоторого роста, достигнет максимального значения, после чего начнет уменьшаться. В целом кривая имеет форму пика с «хвостом» при больших временах. Двухячеечная модель
В простейшей форме, человеческое тело можно рассматривать как последовательную двухячеечную систему, состоящую из ячейки плазмы и следующей за ней ячейки ткани. Тогда концентрация впрыснутого в кровь трассера сначала достигнет максимума в плазме, а уже затем - в ткани. Кинетическая кривая трассера в крови будет иметь форму пика, с последующим снижением до постоянного (ненулевого) значения, а кинетическая кривая для трассера в ткани будет регистрировать рост от нуля до постоянного значения ( Рис. 31 ).
Рис. 31. Двухячеечная модель тела человека
Системная биокинетическая модель
В вариантах лучевой терапии, в которых в организм человека вводятся радионуклиды, при оценке риска для здоровья со стороны подобных процедур, используются системные биохимические модели. Их подразделяют на два главных класса: «модели задержки» и «физиологически обоснованные модели». Модели задержки не ставят целью биологически реалистическое описание реальных путей перемещения радионуклида в организме, это математически удобное описание эволюции во времени количества радионуклида в его главных резервуарах (ячейках, на которые были разбиты при моделировании структуры органа или организма) после его первоначального проникновения в кровь. Обычно используются такие параметры, как доля от общей активности, накапливающаяся в конкретной ячейке и полупериод биологического удаления – параметр специфичный для каждой камеры (ячейки). Считают, что трассер, покидающий ткани, либо непосредственно экскретируется, либо движется по таким путям экскреции как мочевой пузырь или желудочно-кишечный тракт.
|
|
|
Примером является модель для циркония (Рис. 32). Полагают, что 50% циркония, покидающего кровь, откладывается на костных поверхностях, а остальной равномерно распределяется по телу (обозначается как Остальной). У взрослых цирконий удаляется экскрецией с биологическим полупериодом 10000 дней. Полупериод удаления в костях у детей пропорционален скорости обмена в костях, которая у детей значительно выше, чем у взрослых: полупериод удаления из костей в пути экскреции у ребенка 10 лет составляет 1000 дней. У всех возрастных групп Остальной цирконий удаляется в пути экскреции с биологическим полупериодом 7 дней. Из циркония переходящего в экскреты пять шестых присоединяется к содержимому мочевого пузыря и одна шестая присоединяется к содержимому верхнего толстого кишечника.
Рис. 32. Структура биокинетической модели для радиоактивного циркония
Модель для железа
В мягких тканях находится пул экстраваскулярного железа, которое быстро обменивается с железом плазмы. Депонированное железо делится между печенью, селезенкой и другими мягкими тканями. Считается, что разрушение эритроцитов происходит в красном костном мозгу. Печень содержит два пула: пул транзита, представленный паренхиматозными тканями, который обменивается железом с плазмой, и пул депонирования, связанный с ретикулоэндотелиальной системы. Выведение железа происходит в результате слущивания кожи, потери плазматического железа с мочой, утечка красных кровяных клеток в кишечник и последующее удаление с фекалиями.
|
|
|
Рис. 33. Структура биокинетической модели МКРЗ для железа
Основанные на физиологии модели для элементов, откладывающихся в костях, делятся на две группы: были разработаны внутри рамок двух первоначальных моделей: одна описывает поведение элементов «подобных кальцию» элементов (стронций, радий, свинец) откладывающихся в объеме кости (Рис. 34) и вторая – для элементов (америций, нептуний и торий) накапливающихся на поверхности кости. При этом учитывается, что «поверхностные» элементы могут присутствовать и в объеме кости, а «объемные элементы» - длительное время пребывать на поверхности кости.
Рис. 34.
Структура основной модели для кальций-подобных элементов
Обм- " обменный" костный объем, Необм- " необменный" костный объем
Обращение с членами радиоактивных рядов, образующимися в организме
Системные биокинетические модели для членов цепочек генетически связанных радионуклидов, образующихся in vivo, используются в дозиметрии (доза зависит от возраста пациента). В большинстве случаев, членов ряда, вырабатываемых in vivo, привязывают к системной биокинетической модели материнского нуклида (т. е. радионуклида, поступившего в организм). Но есть 
исключения:
Йод (дочерний изотоп теллура) перемещается со скоростью 1000 день-1 в ячейку переноса в неорганической форме и затем испытывает кинетику теллура, попавшего в кровь материнского радионуклида.
1. Ксенон образующийся in vivo за счет распада йода покидает организм без распада.
2. Если материнским нуклидом является изотоп свинца, радия, урана или тория, тогда радионуклиду, если он не является благородным газом, образующемуся в мягких тканях или на костных поверхностях приписываются биокинетические характеристики материнского изотопа. Радионуклиду, если он не благородный газ, образующемуся в объеме кости приписывается биокинетика родителя. Благородные газы, образующиеся в мягких тканях и на костных поверхностях, мигрируют из организма с коэффициентом переноса 100 день-1. Благородные газы, образующиеся в «обменном» и «необменном» костном объеме мигрируют из организма со скоростью 1, 5 день-1 и 0, 36 день-1, соответственно.
|
|
|
Во время пребывания в дыхательном тракте образующиеся радионуклиды имеют туже кинетику, что и материнский изотоп. Скорость миграции ингалированных радионуклидов и их радиоактивных потомков зависит от скорости растворения носителя. Исключение представляет 222Rn, который покидает организм со скоростью 100 день-1 после его образования в любом отделе дыхательного тракта. Члены цепей, образовавшиеся или мигрировавшие в желудочно-кишечный тракт после поступления, в большинстве случаев привязываются к желудочно-кишечной фракции всасывания родителя. Исключения из этого общего правила биокинетики делается, если радионуклид родился в ряду, родоночальником которого был изотоп свинца, радия, тория или урана. Тогда полагают, что фракционное всасывание члена ряда, образовавшегося in vivo, тоже как если бы он поступил в организм аналогично материнскому изотопу.
Биокинетические модели удается формализовать путем введения соответствующих дифференциальных уравнений. Используя их решения можно подобрать теоретическую кривую, адекватно описывающую экспериментальные кинетические модели, и рассчитать все необходимые параметры.
Вопросы которые должен изучить студент.
1. Чем отличается позитрон от электрона?
2. Какими ядрами могут излучаться позитроны?
3. Что представляет собой позитронная эмиссия?
4. От чего зависит пробег позитрона в биологической ткани?
5. Что такое аннигиляция частиц?
6. Какие частицы получаются при аннигиляции?
7. Почему гамма кванты направлены противоположно друг другу?
|
|
|
8. Какими атомами можно метить дезоксиглюкозу?
9. Что является временем жизни элемента?
10. Что такое линия совпадения?
11. С помощью чего происходит преобразование энергии гамма квантов в световые фотоны?
12. Что представляет собой схема совпадений?
13. Какое устройство преобразует энергию фотонов в электрические сигналы?
14. Почему детекторы расположены кольцеобразно?
15. Каким образом воссоздают пространственно- временную конфигурацию интенсивности гамма-поля?
16. Чем реконструируется объект исследования?
17. Перечислите основные возможности позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
18. Какие исследования позволяет проводит многослойный компьютерный томограф Mx8000?
19. Какие требования предъявляют к ПЭТ?
20. Компьютерная обработка результатов.
21. Аппаратные артефакты.
|
|
|
