Functioneren van de organen
De nucleaire geneeskunde is niet gericht op het maken van een beeld waarop je de diverse organen kunt zien liggen. In tegenstelling tot andere manieren van medische beeldvorming, laat nucleaire geneeskunde het functioneren van de organen zien. Het kan antwoord geven op de volgende vragen. Hoe actief is de stofwisseling daar? Hoe goed of slecht is de doorbloeding? Is er een tumor aan het ontstaan?
Het principe
Men wil bijvoorbeeld bij een patiënt onderzoeken of er sprake is van botkanker. Met röntgenstraling is dit moeilijk te zien, omdat de tumor ongeveer dezelfde dichtheid heeft als het omringende bot. Maar tumoren zijn zeer actieve en snel groeiende weefsels en nemen daarom sneller nieuw toegediende stoffen op dan gewoon weefsel.
Tracers
Bij nucleaire geneeskunde worden altijd radioactieve stoffen gebruikt die bij voorkeur alleen gammastraling uitzenden en zo als ‘tracer’ dienen. Doordat ze straling uitzenden, kan men nagaan waar in het lichaam die stoffen terechtkomen.
Metastabiel technetium (99mTc) is zeer geschikt als tracer. Metastabiel (aangegeven met de m na het atoomnummer) betekent dat de kern van het technetium extra energie bevat die het verliest door het uitzenden van gammastraling. De halfwaardetijd hiervan is slechts 6 uur, zodat de patiënt al na korte tijd nagenoeg stralingsvrij is. 99mTc vervalt dan naar 99Tc. Gammastraling heeft een groot doordringend vermogen, zodat het menselijk lichaam ‘doorzichtig’ is voor gammastraling. Gelukkig is het ioniserend vermogen laag, zo brengt de straling betrekkelijk weinig schade toe aan het lichaam. Een andere eigenschap van 99mTc is dat het geen deeltjesstraling uitzendt en ook daarom relatief weinig inwendige schade kan aanrichten.
Technetium wordt niet alleen vanwege de stalingseigenschappen gekozen. Een groot voordeel van technetium is dat het zich chemisch met zeer veel verschillende stoffen kan verbinden. Daarom kan het opgenomen worden in diverse organische complexen, dié, als ze goed gekozen zijn, orgaanspecifiek zijn, dat wil zeggen zich aan één orgaan binden. Technetium wordt voor bot(kanker) onderzoek gebruikt, maar zeker niet alleen daarvoor.
Beeldvorming
Als we dit radioactieve technetium aan de patiënt toedienen, wordt het snel in de tumoren opgenomen. Daar komt dus veel van het (radioactieve) technetium terecht. Met een speciale gammacamera kan die opeenhoping van technetium zichtbaar worden gemaakt. Op de foto zie je het resultaat: de donkere plekken geven de tumoren weer.
In de figuur hieronder zie je hoe de beeldvorming werkt. Een gammacamera vangt de straling op die uit het lichaam van de patiënt komt. De collimator is een dikke plaat lood waarin veel verticale gaten geboord zijn. Deze plaat zorgt ervoor dat alleen fotonen die ongeveer verticaal omhooggaan doorgelaten worden. Allerlei schuin bewegende fotonen worden door het dikke lood tegengehouden. Daardoor is redelijk nauwkeurig te bepalen waar de gammastraling vandaan is gekomen. Boven de collimator is een (zeer kostbaar) kristal van natriumjodide aangebracht dat de energie van gammafotonen omzet in zichtbare lichtflitsen. Dat zichtbare licht wordt versterkt in zogenaamde fotomultiplicatorbuizen en omgezet in elektrische signalen die naar een computer gaan. Deze maakt er een beeld van op een beeldscherm.
Intermezzo: De keuze van tracers
Nucleaire geneeskunde berust op het toedienen van een hoeveelheid radioactieve stof die door zijn straling laat zien waar in het lichaam die stof terecht komt. Om bruikbaar te zijn moet de tracer aan bepaalde eisen voldoen.
Hieronder zie je apparaten die worden gebruikt voor het toedienen van tracers.
Nucleaire farmacie
Voor het onderzoek naar het functioneren van uiteenlopende organen zullen verschillende radio-isotopen nodig zijn. Zo is voor het onderzoek naar de schildklier natriumjodide (NaI) bruikbaar, waarbij gewone I-atomen vervangen zijn door 131I . Voor onderzoek naar botten kan men 89-strontium gebruiken of 99m-technetium en voor onderzoek naar rode bloedlichaampjes maakt men gebruik van natriumchromaat met 51Cr-atomen.
Aan het maken van de radioactieve preparaten zit dus ook een soort farmacie vast: de nucleaire farmacie. Nucleaire farmacie verschilt van gewone apothekerskunde, doordat men met radioactief materiaal werkt. Men moet dus extra letten op stralingsbescherming en het voorkómen van radioactieve besmetting. Verder is de halfwaardetijd van de te gebruiken isotopen vrij kort, zodat ook nog in een behoorlijk tempo gewerkt moet worden.
99-m technetium
De halfwaardetijd van de tracer moet aan bepaalde eisen voldoen. Een te korte halfwaardetijd heeft tot gevolg dat het preparaat al is uitgewerkt voordat het aan de patiënt kan worden toegediend. Een te lange halfwaardetijd heeft tot gevolg dat de activiteit laag is en dat het dus in grotere hoeveelheid moet worden toegediend en dat het langer duurt voordat het is uitgewerkt.
Het isotoop 99mTc is een bijna ideaal materiaal voor de nucleaire geneeskunde. Het ontstaat uit het bètaverval van 99-molybdeen. De ‘m’ in 99mTc betekent metastabiel. Daarmee wordt bedoeld dat na het bètaverval van molybdeen de technetiumkern in een hogere energietoestand zit. Bij terugval naar de grondtoestand zendt de kern de voor medisch onderzoek bruikbare gammastraling (140 keV) uit. Dus 99mTc → 99Tc + γ
99-molybdeen vervalt tot 99m technetium dat de gewenste gammastraling uitzendt. Het 99 technetium dat dan ontstaan is, is vrij stabiel. Het verval ervan veroorzaakt weinig schade.
Het 99Tc heeft een lange halfwaardetijd, zodat het (schadelijke) bètaverval ervan goed binnen de perken blijft. De voordelen van 99m technetium zijn:
- de halfwaardetijd is ideaal: zo’n 6 uur, niet te lang, maar ook niet te kort.
- het isotoop zendt uitsluitend gammastraling uit
- het kan in een grote variatie aan stoffen toegediend worden: het is bruikbaar voor onderzoek naar hersenen, botten, milt, nieren en lever.
- het kan uit 99-molybdeen vrij gemakkelijk geproduceerd worden.
Voor- en nadelen
Met behulp van nucleaire geneeskunde kan men veel opsporen: tumoren, zwakke plekken in de wanden van bloedvaten, onregelmatige of onvoldoende doorbloeding van weefsels, slecht functioneren van organen als de schildklier of de longen. De gammacamera is weliswaar een kostbaar instrument, maar vergeleken met andere technieken vallen de kosten van het onderzoek wel mee. De activiteit van de tracer is groot, maar door de korte halveringstijd is de patiënt snel weer nagenoeg stralingsvrij. Na een paar dagen is er niets meer van de straling te vinden. De risico’s van de straling zijn vergeleken met die van röntgenonderzoek laag. Echter, bij zwangere vrouwen zal men alleen als het echt heel hard nodig is zo’n techniek toepassen.