Клиническое применение позитронно-эмиссионной томографии

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), она же двухфотонная эмиссионная томография — радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов человека или животного.

История ПЭТ началась в 1950-ых, когда появилась возможность отображения позитрона, испускающего нуклиды: фотоны с высокой энергией, произведенные при уничтожении позитрона, можно использовать для описания физиологического 3D распределения химического состава. В середине 1950-ых, Терпогосян выдвинул идею, что, несмотря на короткое время полураспада этих радионуклидов, они пригодны для изучения регионального метаболизма.

Первый прототип ПЭТ сканера появился в 1952 году Массачусетском госпитале. Он имел всего лишь два детектора, разрешение было низким, но чувствительность устройства все же позволяла обнаружить опухоль и ее пространственное положение относительно срединной линии мозга.

Первые ПЭТ сканеры с множеством детекторов были созданы в начале 1960-ых и представляли собой системы с кольцом из 32 датчиков, позволяющие получать единичные срезы. Это позволило повысить чувствительность метода и получить двумерное изображение. В следующем поколении ПЭТ сканеров, появившемся в 1968 году был уменьшен размер датчика и добавлены дополнительные кольца, позволяющие одновременно получать несколько срезов с разрешением менее 1 см. Дальнейшее усовершенствование ПЭТ-сканеров состоит в повышении пространственного разрешения, чувствительности детекторов, увеличении числа одновременно получаемых срезов, коррекции аттенюации и разработке новых алгоритмов реконструкции изображений.

Итак, ПЭТ – это развивающийся диагностический и исследовательский метод ядерной медицины. В его основе лежит возможность при помощи специального детектирующего оборудования (ПЭТ-сканера) отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченых позитрон-излучающими радиоизотопами.

Любое ПЭТ исследование состоит из нескольких основных этапов:

1. производство радиоизотопа;

2. маркировка выбранного состава испускающим позитроны радионуклидом и подготовка состава в форме, пригодной для воздействия на людей;

3. транспортировка состава из лаборатории к месту проведения исследования;

4. воздействие радиоактивного индикатора и получение данных ПЭТ;

5. отображение распределения активности позитрона как функции времени, обработка данных;

6. интерпретация результата.

Система производства радиоизотопов состоит из трех основных частей:

- циклотрона (ускорителя частиц);

- биологического синтезатора, присоединяющего радиоизотопы к биологическим молекулам;

- компьютера, контролирующего процесс.

До начала исследования в циклотроне производится радиоактивное вещество, входящее в естественный химический состав тела (атомы кислорода, углерода, азота) и распадающееся с испусканием позитронов.

Произведенные на циклотроне радиоизотопы переносятся в биосинтезатор, где они присоединяются к используемым в клинике химическим составам, за распределением которых в теле хотят проследить. Естественно встречающиеся в органических составах атомы заменяются маркироваными (химически и биологически идентичными оригиналу). В ПЭТ маркируемые химические составы, ограничены воображением исследователей и временем полураспада. Чаще всего в роли маркируемого вещества выступает глюкоза.

Вся работа системы производства радиоизотопов, включая циклотрон и биосинтезатор, управляется компьютером. Оператор выбирает из меню на консоли управления требуемый для производства изотоп, а остальные процессы проводятся автоматически.

Для проведения исследования малое количество радиоактивного препарата (радионуклида) внутривенно вводят пациенту, радионуклид поступает в клетки и распределяется в них. Спустя некоторое время его концентрация в тканях измеряется сканером, достаточно чувствительным для обнаружения даже небольшого количества радиоактивного состава.

При распаде радиоактивного вещества происходит выброс (эмиссия) положительных частиц (позитронов), стабилизирующая ядро за счет устранения положительного заряда путем превращения протона в нейтрон. Позитрон проходит короткое расстояние (зависящее от его энергии) перед столкновением с электроном окружающей среды. Происходит объединение позитрона с электроном среды (аннигиляция), частицы «уничтожают» друг друга, и их масса преобразуется в энергию, приводя к эмиссии двух противоположно направленных (180^о ) гамма-лучей (фотонов высокой энергии) с энергией 511 кэВ каждый.

Данные фотоны, испущенные в результате аннигиляции, выходят за пределы тела и регистрируются внешними детекторами.

Для получения изображений в ПЭТ используются радио фармпрепараты (РФП), меченые позитрон-излучающими ультра короткоживущими радионуклидами (УКЖР). Основным доводом в пользу их использования явилось то обстоятельство, что их применение позволяет уменьшить время исследования и радиационную нагрузку на больного, т.к. большая часть препарата распадается уже во время исследования. Кроме того, многие элементы, имеющие позитрон-излучающие УКЖР, такие как 11 C , 13 N, 15 O (а также 18 F , выступающий как аналог водорода) принимают самое активное участие в большинстве биологических процессов человеческого организма. По сути, методом ПЭТ можно исследовать любую функцию организма. Необходимо только выбрать химическое соединение, критически важное для осуществления этой функции.

Хими