Министерство образования и науки

Российской Федерации

Национальный исследовательский ядерный

университет МИФИ

В.Н. Беляев, В.А. Климанов

Физика ядерной медицины

Часть 1. Физический фундамент ядерной медицины, устройство и основные характеристики гамма-камеры и позитронно-эмиссионных сканеров, однофотонная эмиссионная томография, реконструкция распределений активности радионуклидов в организме человека, получение радионуклидов.

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии»

в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений.

Москва 2012

УДК 539.07(075)+615.015.3(075)

ББК 31.42я+51.2я7

К49

Беляев В.Н., Климанов В.А. ФИЗИКА ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ. Часть 1. Физический фундамент ядерной медицины, устройство и основные характеристики гамма-камеры и позитронно-эмиссионных сканеров, однофотонная эмиссионная томографии, реконструкция распределений радионуклидов в организме человека, получение радионуклидов. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2012. ---- с.

В первой части пособии изложены: физический фундамент ядерной медицины; методы регистрации и детекторы ионизирующих излучений, применяемые в ядерной медицине; устройство и основные характеристики гамма-камеры, позитронно-эмиссионного сканера и систем коллимации γ-излучения; однофотонная эмиссионная томография; принципы и методы реконструкции распределений активности радионуклидов в организме пациентов из экспериментальных данных, полученных на гамма-камере, способы получения диагностических и терапевтических радионуклидов. В основу пособия положен курс лекций, читаемых студентам НИЯУ МИФИ по специальностям "Медицинская физика" и "Радиационная безопасность человека и окружающей среды" (специализация "Медицинская радиационная физика"). Пособие предназначено для студентов, преподавателей, аспирантов и научных работников инженерно-физических и физико-технических вузов, специализирующихся в области ядерной медицины, а также для работников медицинских учреждений, связанных с ядерной медициной..

Рецензент: д-р тех. наук, проф. Б.Я. Наркевич

ISBN

© Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, 2012

Предисловие

Ядерная медицина определяется как направление медицины, связанное с использованием радиоактивных материалов для диагностики и терапии пациентов и в определенной степени для изучения болезней человека. В настоящее время ее методы и инструментарий широко используются в различных областях научной и практической медицины – в онкологии, кардиологии, гепатологии, урологии, пульмонологии, иммунологии и др. На нужды ядерной медицины (ЯМ) расходуется более 50 % годового производства радионуклидов во всем мире. Чтобы лучше уяснить место ядерной медицины в современном мире, приведем некоторые цифры по США.

Более трети пациентов, направляемых в медицинские учреждения США, проводятся процедуры с использованием радиофармпрепаратов. У 28 % таких пациентов полученные результаты радионуклидных исследований вынуждают менять тактику дальнейшего лечения. Продажа радиофармацевтических препаратов (РФП) приносит около $500 млрд. дохода в год во всем мире, 70% этих продаж совершается в США. По прогнозам Society of Nuclear Medicine (SNM) в течение последующих 10 лет ожидается прирост числа проводимых радионуклидных процедур на 7-16% ежегодно. Сегодня в США сертифицировано 4000 врачей-специалистов по ядерной медицине, и 14000 технических-специалистов, которые планируют и непосредственно проводят инструментальное обследование и лечение больных с помощью методов ядерной медицины.

Несмотря на богатейший потенциал в плане производства различных радионуклидов (р/н) и РФП, развитие ядерной медицины в России сильно отстало в последние десятилетия от мирового уровня. Однако последние решения президента и правительства РФ свидетельствуют, что плачевное положение с ядерной медициной в нашей стране может в недалеком будущем существенно измениться. В разных регионах России планируется строительство нескольких крупных, хорошо оснащенных центров ядерной медицины и лучевой терапии (центр в г. Димитровграде уже строится) и более 100 центров позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Необходимым условием успешного функционирования этих центров является наличие высококвалифицированных кадров как медицинского, так и физического профиля. Перед Высшей школы России встает ответственная задача быстрого увеличения количества специалистов разного профиля, всесторонне подготовленных для работы в области ядерной медицины в соответствии с современными стандартами образования. Возможность решение этой важнейшей задачи в существенной степени зависит от наличия качественной учебной литературы, отвечающей современному уровню развития ядерной медицины. К сожалению, в настоящее время таких учебников по ядерной медицине в России практически нет.

В настоящем учебном пособии изложены физические основы, экспериментальные и расчетные методы и аппаратура современной ядерной медицины. Пособие разделено на две части. В часть 1 включены следующие вопросы: физический фундамент ядерной медицины (ионизирующие излучения и их взаимодействие с веществом, методы, детекторы и статистика регистрации ионизирующих излучений); устройство и основные характеристики двух основного приборов ядерной медицины, а именно, гамма-камеры и позитронно-эмиссионного сканера; система однофотонной эмиссионной томографии (ОФЭКТ); основные принципы и методы реконструкции пространственного плоскостного и объемного распределений активности радионуклидов в организме пациентов из экспериментальных данных; способы получения диагностических и терапевтических радионуклидов. В части 2 будет рассмотрено: принцип и методы реконструкции медицинских изображений в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), вопросы томографической визуализации для комбинированных систем ОФЭКТ/КТ, ПЭТ/КТ и ОФЭКТ/ПЭТ; способы получения основных радиофармпрепаратов (РФП); кинетика РФП и основные принципы камерных моделей; радионуклидная терапия; проблемы внутренней дозиметрии и радиационной безопасности.

В методическом плане пособие построено традиционным способом. В конце каждой главы приводится список контрольных вопросов, часть материала сопровождается конкретными, в том числе и численными примерами. В пособии имеется большое количество рисунков и графических иллюстраций, помогающих усвоению материала. Пособие полностью отвечает современному состоянию науки в области ядерной медицины, наиболее важные главы завершаются обсуждением нерешенных вопросов в рассматриваемых направлениях. Глава 8 части 1 подготовлена д. ф.-м. н, профессором В.Н. Беляевым, остальные главы и введение этой части пособия подготовлены д. ф.-м. н, профессором В.А. Климановым.

Содержание пособия полностью соответствует программе дисциплины "Ядерная медицина", и предназначено для студентов технических вузов, обучающиеся в специалитете по специальностям "Медицинская физика" и "Радиационная безопасность человека и окружающей среды (специализация "Медицинская радиационная физика") и по уровневой схеме обучения бакалавр-магистр в рамках направления "Медицинская физика". Пособие будет также полезным для аспирантов и научных работников, работающих в области ядерной медицины, и для студентов и выпускников медицинских вузов, решивших специализироваться в области радионуклидной диагностики или радионуклидной терапии.

В заключении автор выражает глубокую благодарность кандидату физико-математических наук Петрову Д.Э. за неоценимую помощь в подготовке материалов для этого пособия.