99

3.6. Радионуклиды, используемые в ПЭТ

Радиоизотопы, используемые в ПЭТ и других подобных исследованиях, производятся с помощью ускорителя частиц, называемого циклотроном. Все используемые в ПЭТ испускающие позитроны радионуклиды имеют короткое время полураспада и высокую энергию излучения по сравнению с радиоизотопами, вообще используемыми в биомедицинских исследованиях.

Основные радионуклиды, используемые в клинических исследованиях, это углерод 11C, азот 13N, кислород 15O и фтор 18F, поскольку эти химические элементы есть почти во всех соединениях в теле человека. Все они имеют короткий период полураспада, что позволяет вводить пациенту большие дозы препарата с низким лучевым воздействием и неоднократно проводить исследования.

Таблица 5. Радиоизотопы, используемые в ПЭТ

Наиболее часто применяется изотоп 18F, которые используется для маркировки глюкозы, где он замещает гидроксильную группу, и распадаясь позволяет следить за метаболизмом глюкозы в организме. Количество вводимого препарата (ФДГ) столь мало, что не нарушает естественный метаболизм глюкозы. ФДГ поглощается тканями, использующими глюкозу как источник энергии: злокачественными опухолями, метастазами, клетками миокарда, нервными волокнами. Например, мозг использует глюкозу исключительно как источник энергии и когда ФДГ поступает в клетки мозга, регистрируемое изображение показывает топографическую карту поглощения глюкозы различными участками мозга. Злокачественные клетки используют больше глюкозы, чем здоровые ткани, поэтому такие исследования особенно эффективны при обнаружении рака и определения его стадии.

Изотопы 15 O, 13 N и 11 C имеют короткий период полураспада что накладывает ограничения на их использование в клинических исследования и требует близкого расположения ПЭТ сканера и циклотрона.

Раньше короткое время жизни было серьезной проблемой для проведения исследований. Для создания изотопов центр должен иметь ускоритель частиц и штат ядерных физиков. Если возможности синтеза изотопов нет, они транспортируются к месту проведения исследования. В последние годы ПЭТ быстро развивалась главным образом из-за множества новых радиоактивных индикаторов, доступных для исследований человека.

100

3.7. Достоинства и недостатки ПЭТ

Системы ПЭТ универсальны, они используют все типы позитронных излучателей. Их отличает 100% достоверность диагностических результатов, которая достигается использованием поправок на нормализацию, мертвое время счетчика, затухание, рассеяние и распад, а также качественной и количественной обработкой информации. Они просты в использовании, имеют стандартные протоколы и автоматизированный контроль качества. ПЭТ сканеры позволяют параллельно собирать и обрабатывать данные, реконструировать изображения, анализировать результаты, что существенно повышает пропускную способность.

Поскольку период полураспада радиоизотопов мал, лучевое облучение чрезвычайно мало и не затрагивает нормальные процессы тела. Это позволяет при необходимости проводить повторные исследования.

Изображения, получаемые в ПЭТ, чаще всего представлены в соответствии с цветной шкалой, что делает результаты исследования более наглядными для диагностики. Например, здоровая ткань использует глюкозу для пополнения энергии и накапливает часть радиоактивной глюкозы. Злокачественная ткань потребляет больше глюкозы, чем здоровая и на ПЭТ изображении будет более яркой, чем нормальная ткань.

Конструкция современных ПЭТ сканеров позволяет проводить исследования не только головного мозга, но и внутренних органов, что важно для раннего обнаружения злокачественных изменений.

Одним из условий получения правильной картины распределения изотопа является отсутствие его перераспределения при проведении сканирования. В ряде случаев ПЭТ может дать ложные результаты, если химический баланс пациента нарушен. Например, у диабетиков причиной этого может послужить высокое содержание сахара или инсулина в крови.

Возможности использования ПЭТ ограничиваются дороговизной томографов и необходимостью размещения их вблизи циклотрона. Создание новых радиофармпрепаратов, имеющих период полураспада несколько часов, позволяет частично решить ее. Кроме того, радиоизотоп рубидия-82 (период полураспада 76 с) можно получить не используя циклотрон. Этот изотоп создается с помощью разработанного в институте ядерных исследований им. Курчатова (Москва) генератора рубидия-82 и позволяет проводить исследования перфузии миокарда с высокой чувствительностью.

Ценность ПЭТ растет при совместном проведении с другими исследованиями (КТ, МРТ).

101

3.8. ПЭТ/КТ сканеры

Сравнительно недавно появились новые диагностические устройства - ПЭТ/КТ сканеры. Они позволяют в одном исследовании получать функциональную (ПЭТ) и структурную (КТ) информацию, что достигается совмещением ПЭТ и КТ изображений. Кроме того, данные КТ могут использоваться для коррекции аттенюации ПЭТ изображений, что сокращает время исследования на 30%-40%. Эти преимущества делают ПЭТ/КТ более предпочтительным методом, чем обычное ПЭТ исследование. Недостатком метода является возникновение артефактов и количественных ошибок на ПЭТ изображениях при коррекции аттенюации на основе данных КТ [29]. Например, использование контратирующих веществ и наличие металлических имплантов может привести к переоценки активности препарата в исследуемой области. Дыхание пациента приводит к несоответствию данных КТ и ПЭТ исследований (разные поля сбора данных) и артефактам

Конструктивно ПЭТ/КТ сканер представляет собой позитронноэмиссионный и компьютерный томографы, размещенные в одном гентри (обычно КТ блок расположен перед ПЭТ блоком). Современные ПЭТ/КТ сканеры имеют апертуру гентри 70 см и ширину 100 см. Оба сканера могут использоваться как вместе, так и независимо друг от друга. КТ сканер может быть многосрезовым с пошаговым или спиральным режимами сбора данных и различными скоростями вращения трубки; ПЭТ сканер может работать в двух или трехмерном режимах.

Первым этапом сбора данных является получения базового изображения, служащего для задания границ области ПЭТ/КТ исследования. КТ изображения получают при напряжении 100-140 кВ и различных силах тока (в зависимости от цели исследования). Затем пациент автоматически перемещается в ПЭТ сканер и позиционируется в то же анатомическое положение. Сбор данных на этом этапе занимает 3-5 минут, затем ПЭТ изображения реконструируются с учетом коррекции на аттенюацию по КТ изображениям. Полученные КТ изображения имеют матрицу 512х512, а ПЭТ изображения - матрицу 128х128.

Одновременное получение функциональной и анатомической информации позволяет повысить качество исследования за счёт улучшения качества изображения и повышения точности определения пространственной локализации образований до 98%. Анализ спроса на медицинскую технику показывает увеличение продаж ПЭТ/КТ сканеров на 65% за последние 3 года, что вызвано прежде всего преимуществами данного метода.

Все крупные производители медицинского диагностического оборудование разработали и выпускают позитронно-эмиссионный томографы, комбинированные с компьютерными томографами.

102

3.9. Области применения ПЭТ в медицине

ПЭТ используется в различных областях медицины [26].

Около 80% клинических ПЭТ исследований проводится в области онкологии, они позволяют дифференцировать злокачественные и доброкачественные образования, определять степень распространения опухолей с чувствительностью, близкой к 100%. Исследования всего тела, занимающие 6070 минут, позволяют определить метастазы любой локализации. ПЭТ не имеет альтернативы при ранней (через 1-2 недели) оценке результатов химиотерапии.

Вкардиологии ПЭТ позволяет получать информацию о кровоснабжении миокарда, скорости метаболических процессов, оценить признаки болезни

коронарной артерии, контролировать эффективность лечения. Для таких исследований используются ультракороткоживущие изотопы (13N, 18F, 11С). Данные ПЭТ важны при планировании аортокоронарного шунтирования.

Вневрологии ПЭТ используется для обнаружения неврологических болезней, включая эпилепсию, опухоли, дифференциации психических заболеваний. ПЭТ дает сведения о кровообращении мозга, скорости усваивания кислорода и глюкозы, отображает другие физиологические процессы.

ПЭТ используется для измерения метаболизма глюкозы (единственного

источника энергии клеток). Примерно через 40 минут после внутривенного введения радиоактивной глюкозы (чаще это изотоп 18ФДГ), радиоизотоп поступает в клетки и достигает равновесия. Затем его распределение измеряется в различных срезах.

Подобные исследования проводятся при исследованиях болезней почек. Почки отличают высокий уровень метаболизма и поток крови, из-за чего регистрируемое изображение имеет высокое соотношение сигнал/шум.

Также ПЭТ используется при изучение механизмов мозга, лежащих в основе человеческого создания: для исследования мозговой организации внимания, эмоций, мышления, творчества, общего интеллекта, способности ориентироваться, т.е. всех аспектов деятельности мозга, которые делают его настолько неповторимым и сложным объектом. Исследования проводятся путём измерения распределение потока крови в мозге. Предполагается, что

увеличение потока крови связано с увеличенной функциональной деятельностью. Чтобы достигнуть активации радиоизотопа (15O) требуется примерно 3-5 минут, после чего можно измерить его распределение. Затем с помощью кодируемых цветом изображений можно видеть, где мозг активизирован во время некоторых действий. Например, когда человек говорит или читает, правое полушарие мозга "светится".

Вряде научных центров с помощью ПЭТ проводят исследования лекарств, их распределение и действие на организм.