Nukleární medicína se zabývá diagnostikou a léčbou pomocí otevřených radioaktivních zářičů, které jsou ve formě radiofarmak aplikovány do vnitřního prostředí organizmu. Využití těchto látek je založeno na indikátorovém (stopovacím, angl. "tracer") principu, který na počátku 20. století objevil chemik maďarského původu György Hevesy (ďerď heveši). Hevesyho objev oceněný v roce 1943 Nobelovou cenou za chemii umožnil neinvazivní sledování osudu látek v organizmu pomocí jejich značení radionuklidy a detekce záření gama.
Zobrazovací metodou nukleární medicíny je scintigrafie. Název je odvozen od scintilačního detektoru, ve kterém absorpce fotonů záření gama vyvolává světelné záblesky, scintilace, které jsou dále elektronicky zpracovány a vyhodnoceny. Scintilační kamera pořizuje snímky v oboru záření gama podobně jako fotografická kamera pořizuje snímky v oboru viditelného záření. Výsledné scintigrafické snímky zobrazují mapy rozložení radiofarmak v organismu.
Scintigrafie může být statická (obdoba fotografie) nebo dynamická (obdoba videa nebo filmu). Statická scintigrafie zobrazuje rozložení radiofarmaka ve tkáni, dynamická scintigrafie zachycuje jeho změny v čase. Snímky se pořizují buď ihned po aplikaci radiofarmaka (dynamická scintigrafie) nebo s různě dlouhým časovým odstupem (statická scintigrafie).
Tomografické zobrazení se ve scintigrafii označuje jako emisní tomografie (záření je emitováno ze zdroje uvnitř organismu). Emisní tomografie se dělí na jednofotonovou (SPECT z anglického názvu Single-Photon Computed Emission Tomography) a pozitronovou (PET - positron emission tomography). SPECT je tomografickou variantou běžné planární scintigrafie podobně jako je výpočetní tomografie CT tomografickou metodou v radiodiagnostice. PET je speciální svébytnou metodou, která ve vyspělých zemích patří k základním metodám onkologické diagnostiky. Velkou předností scintigrafie (včetně obou metod emisní tomografie) je možnost provedení celotělového vyšetření. Při stejné radiační zátěži pacienta je tak možné odhalit patologická ložiska i v předem neznámé lokalizaci.
Množství radionuklidů, aplikovaných do organizmu pro diagnostické účely jsou velmi malá (doslova stopová) - výsledné koncentrace ve tkáni jsou nano- až pikomolární (tj 10-9 - 10-12 M). To je nezbytné nejen pro minimalizaci možných škodlivých účinků ionizujícího záření, ale také proto, aby vyšetření nijak neovlivnilo vyšetřovanou funkci. Radioaktivní indikátory a radiofarmaka se velmi liší od kontrastních látek používaných v radiodiagnostice, které svým objemem, koncentrací a chemickým složením mohou funkci vyšetřovaných orgánů v průběhu vyšetření ovlivnit. Radiační zátěž pacientů při scintigrafickém vyšetření je v průměru stejná jako při rentgenovém vyšetření.
Česká věda má v nukleární medicíně jednu významnou světovou prioritu. Nejčastěji používaným radiofarmakem v PET je v současné době fluorodeoxyglukóza (FDG) označená pozitronovým zářičem fluorem-18. Je to látka podobná glukóze, která se hromadí v místech zvýšeného metabolizmu glukózy, mimo jiné ve tkáni zhoubných nádorů. Doyen americké nukleární medicíny prof. Henry N. Wagner, Jr., označil FDG za "molekulu století", protože zásadně změnila onkologickou diagnostiku a budoucnost zobrazovacích metod. Málokdo ví, že poprvé v historii FDG syntetizoval český chemik prof. RNDr. Josef Pacák, DrSc., na Přírodovědecké fakultě UK v roce 1968 (Chemical Communications 1969; D2:77), který se v sedmdesátých letech 20. století podílel i na vývoji FDG značené 18F pro pozitronovou emisní tomografii.
Diagnostické zobrazovací metody se tradičně dělí na "anatomické" (radiodiagnostické metody zobrazující především strukturu orgánů a tkání) a "funkční" (scintigrafické metody nukleární medicíny, které mapují intenzitu perfuze, metabolismu aj. funkcí). Hranice mezi zobrazením struktury a funkce se v poslední době stírají. Je to logický vývoj, protože při stanovení diagnózy je třeba posoudit jak morfologické tak funkční příznaky onemocnění. Integrace zobrazovacích metod začala nenápadně před lety vývojem digitálního zobrazení a využitím výpočetní techniky, dynamických a funkčních vyšetření CT a MR a zdokonalováním scintigrafických vyšetření. Dnes tento proces vrcholí zaváděním hybridních zobrazovacích metod a rozvojem molekulárního zobrazení.
Hybridní zobrazení je současné zobrazení struktury a funkce. Anatomickému zobrazení chybí funkční rozměr, možnost rozpoznat biologickou povahu patologického ložiska (zvětšené uzliny, zastínění plic, apod.). Funkčnímu zobrazení chybí možnost přesné lokalizace (indikátor označí patologickou tkáň určitého typu na "prázdném" pozadí). Teprve kombinace obou snímků umožňuje rozpoznat charakter ložiska a jeho přesnou lokalizaci.
Porovnání snímků pořízených dvěma nebo více zobrazovacími metodami patří k běžným úkonům. Tradičně se provádí vizuálně, prohlížením snímků vedle sebe. S rozvojem výpočetní techniky a digitálních zobrazovacích metod bylo možné tento postup zdokonalit tzv. "softwarovou registrací" (fúzí) snímků, jejich překrytím v různých barevných kombinacích po úpravě měřítka a vzájemné polohy zobrazených objektů. Dalším zdokonalením je "hardwarová registrace", záznam snímků dvěma metodami na jednom "hybridním" zobrazovacím přístroji. Nejčastěji se dnes využívají kombinované přístroje pro emisní tomografii a rentgenovou výpočetní tomografií (PET/CT a SPECT/CT - zkratky anglických názvů positron emission tomography, computed tomography a single-photon emission computed tomography). Ve vývoji jsou hybridní přístroje kombinující PET s tomografií magnetickou rezonancí (PET/MR) a jiné.
Indikátorový princip nukleární medicíny je základem tzv. molekulárního zobrazení, které překračuje hranice oboru a v budoucnu se uplatní také v radiodiagnostických zobrazovacích metodách. Molekula indikátoru se skládá ze dvou částí: (1) části "cílové" (vazebné), která svým uspořádáním odpovídá cílové struktuře, ve které se indikátor hromadí nebo ke které se váže, a (2) části "signální", která označuje polohu molekuly indikátoru a umožňuje vazbu na cílovou strukturu lokalizovat vnější detekcí. V nukleární medicíně je signální částí molekuly indikátoru radionuklid. Indikátor však lze označit také rentgenovou kontrastní látkou (pro zobrazení CT), paramagnetickou kontrastní látkou (pro zobrazení MR), ultrazvukovým kontrastem (mikrobublinkou nebo liposomem), a fluorescenční nebo bioluminiscenční látkou (pro optické zobrazení). Každá z technik má své přednosti i omezení a navzájem se doplňují.
Molekulární zobrazení je v současné době nástrojem biomedicínského výzkumu, kde se uplatňuje při studiu modelů humánních onemocnění u malých laboratorních zvířat. V klinice se uplatňuje především při PET a SPECT a zobrazení pomocí některých optických metod. V principu umožňuje neinvazivní zobrazení, identifikaci a kvantifikaci biologických procesů na celulární a subcelulární úrovni v intaktních živých organismech. Cílem je odhalit abnormality na molekulární úrovni, které jsou podstatou onemocnění, rozpoznat místa a úroveň exprese specifických genů a proteinů a jejich změny v průběhu času anebo po terapeutické intervenci. Tím se liší od konvenčního radiodiagnostického zobrazení, které dokumentuje výsledné patologické změny na makroskopické úrovni. Je pravděpodobné, že metody molekulárního zobrazení ověřené v experimentu budou již v blízké budoucnosti postupně převáděny do klinické praxe nukleární medícíny a dalších zobrazovacích metod.
Nukleární medicína je rychle se rozvíjejícím oborem - roste počet nových radiofarmak pro diagnostiku a terapii, zlepšují se možnosti přístrojové techniky a v důsledku toho se rozšiřuje i spektrum klinických aplikací. Klinické pracoviště Ústavu nukleární medicíny 1. LF UK a VFN dnes provádí většinu zavedených diagnostických postupů současné nukleární medicíny. Diagnostické možnosti oboru jsou ovšem mnohem širší než před 10 - 15 lety. Některá naše vyšetření jsou i v dnešní době jinými postupy nenahraditelná, u řady chorobných stavů nemá klinik k dispozici stejně hodnotnou a šetrnou diagnostickou alternativu. V nukleární kardiologii dominuje posouzení perfuze myokardu umožňující zhodnotit prognostickou významnost postižení koronárního řečiště a účelnost a efekt případné revaskularizační intervence. Radionuklidová ventrikulografie poskytuje dobře reprodukovatelnou informaci o mechanické práci levé komory srdeční, což kardiolog ocení zejména u pacientů se špatnou vyšetřitelností ultrazvukem. Velmi spolehlivé je i hodnocení intrakardiálních zkratů pomocí rychlé dynamické studie po aplikace bolusu radiofarmaka. Radionuklidová flebografie je vhodná u pacientů alergických na kontrastní látky. Radionuklidová splenoportografie umožňuje málo invazivním způsobem posoudit portální cirkulaci. Pro vyšetření nervového systému jsou dnes k dispozici nová radiofarmaka, která umožňují ověřit funkci systému přenosu informací v CNS; dnes máme již pro rutinní použití k dispozici indikátory, které dovolí stanovit příčinu poruchy některých motorických funkcí. Standardním vyšetřením je posouzení perfuze mozku. Pomáhá zejména v ověření průtokové rezervy před revaskularizačními výkony, k poznání příčiny syndromu demence, k lokalizaci epileptického ložiska, k průkazu postižení mozku u úrazů hlavy a v diagnostice mozkové smrti. Metoda je užitečná i pro monitorování efektu léčby některých psychiatrických onemocnění. Radionuklidová cisternografie jako jediná metoda dovoluje vizualizaci cirkulace mozkomíšního likvoru. Při vyšetření plic má stálé místo posouzení perfuze a ventilace plic zejména v diagnostice plicní embolie. Radionuklidové vyšetření ledvin je neprávem opomíjené vyšetření, které při velmi nízké radiační zátěži umožňuje posoudit funkci ledvin (globální i separovanou funkci levé a pravé ledviny), zobrazit anatomické anomálie, uložení, stav vylučování, poruchy močového měchýře a případný reflux. Při vyšetření trávicího systému se využívá celá řada metod – scintigrafie slinných žláz, scintigrafie jícnu (hodnocení gastroezofageálního refluxu), evakuace žaludku, dynamická scintigrafie žlučových cest, průkaz žaludeční sliznice v Meckelově divertiklu, lokalizace místa krvácení do zažívacího traktu. Nejčastěji žádaným a prováděným vyšetřením je scintigrafie skeletu umožňující detekci většiny kostních lézí; metoda je zcela nezastupitelná pro časný průkaz kostních metastáz u onkologických nemocných. V případě potřeby ji lze doplnit scintigrafickým vyšetřením kostní dřeně. Vyšetření endokrinního systému dnes zahrnuje scintigrafii štítné žlázy, příštítných tělísek, dřeně i kůry nadledvin a umožňuje zobrazit některé nádory roztroušené endokrinní tkáně. Zdokonaluje se scintigrafická diagnostika zánětlivých procesů (zejména zavedením značených protilátek proti granulocytům). Přestože v onkologické diagnostice dnes dominuje vyšetření PET, ve vybraných indikacích lze využít u nás dostupné kombinace SPECT/CT. To je jen stručný výčet nejčastěji používaných vyšetření. Terapie otevřenými zářiči se zatím u nás omezuje na použití radionuklidů, které lze aplikovat ambulantně. Moderní vybavení našeho pracoviště umožňuje ve spolupráci s klinickými partnery zavádět, vyvíjet a ověřovat i postupy zcela nové. Strategickou potřebou VFN je pozitronová emisní tomografie (PET/CT), která by ve spolupráci s Radiodiagnostickou klinikou 1.LF UK a VFN zahájila etapu integrace anatomických a funkčních zobrazovacích metod v naší nemocnici a zajistila dostupnost vyšetření pro pacienty VFN s minimální čekací dobou a maximálním užitkem.