22 декабря 1895 года Вильгельм Конрад Рентген сделал первый в
истории рентгеновский снимок, на котором была запечатлена рука его
жены Берты. Это положило начало лучевой диагностике науке о
применении излучения для визуализации внутренних органов и систем
человека. С появлением новых знаний в области ядерной физики
развивались и другие возможности неинвазивной диагностики с помощью
излучения. О методах лучевой диагностики, их особенностях и
отличиях, а также о том, насколько они безопасны, рассказал доктор
медицинских наук Михаил Долгушин.Это материал из гида Радиация: яд
или лекарство, приуроченного к 75-летию атомной промышленности.
Партнер гида Росатом.История лучевой диагностики: рентген, МРТ,
ПЭТ, ОФЭКТПрактически все современные методы медицинской
визуализации относятся к лучевой диагностике. Это компьютерная
рентгеновская томография, магнитно-резонансная томография (МРТ),
позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная
томография (ОФЭКТ). Все они в той или иной мере связаны с детекцией
электромагнитных волн.Самой первой появилась рентгенограмма: в 1895
году Вильгельм Конрад Вильгельм заметил, что под воздействием
X-лучей (рентгеновских лучей) фотопластинкафотопластинка темнеет.
Если же лучи перед этим пропустить через человека, на пластинке
появляются очертания костей.
В 1927 году португальский психиатр и нейрохирург Антониу Эгаш Мониш
предложил использовать контрастное вещество (например, иридиум или
бариум), реагирующее на рентгеновское излучение, для исследования
сосудов головного мозга. Вещество вводилось в артерию,
распространялось по телу и давало четкую картину сосудов на
снимках.Через 30 лет Хол Ангер, работавший в Калифорнийском
университете, создал первую стационарную сцинтилляционную камеру
гамма-камеру Ангера. Она имела неподвижный кристалл йодистого
натрия, активированного таллием. Пациенту вводили уже не просто
контрастный препарат, а вещество с радиоактивными изотопами.
Кристалл улавливал излучение изотопов и светился, а свет, в свою
очередь, собирался на фотоприемнике и преобразовался в импульс
тока, усиливался и регистрировался системой. Так Ангеру удалось
визуализировать щитовидную железу.В 1979 году Годфри Хаунсфилд и
Аллан Кормак разработали сканер головного мозга, который считается
первым компьютерным томографом. В отличие от рентгена, который
давал плоское изображение, новая технология за счет послойного
сканирования позволяла создать объемную картинку. Сначала это
достигалось за счет компьютерного совмещения большого количества
рентгеновских снимков. Впоследствии был создан томограф, в котором
пациент перемещался вдоль непрерывно вращающейся рентгеновской
трубки. Такая технология позволила сократить время сканирования и
уменьшить лучевую нагрузкулучевую нагрузку на пациента.
Еще одна технология, магнитно-резонансная томография, также начала
развиваться в 1970-х годах. В ее основе лежит принцип магнитного
резонанса: если поместить человека в сильное магнитное поле, то
атомы его тела начинают выстраиваться в определенном порядке. С
помощью радиоимпульсов можно менять этот порядок. Атомы будут
стремиться к нему вернуться и, так как магнитное поле все еще
действует, излучать. Какие-то возвращаются в исходное положение
быстрее, какие-то медленнее. Это позволяет увидеть разницу тканей,
определить воспалительные процессы и опухоли, содержащие, например,
воду как составляющую отека ткани. При этом сигналы различаются в
зависимости от характера заболевания, что помогает ставить точные
диагнозы.Параллельно развивались ПЭТ- и ОФЭКТ-сканирования.
Принципы их работы схожи с сцинтиграфией: пациенту вводят
радиофармпрепарат (вещество с радиоактивным изотопом), он
накапливается в органах или тканях и временно излучает энергию,
которую улавливает диагностическая установка. Первый прототип
ПЭТ-сканера появился в 1952 году в Массачусетском университете, но
тогда изображение было двухмерным, а разрешение низким можно было
разглядеть лишь объекты размером с яблоко. По мере
совершенствования технологий стало возможным получать более
детальные изображения, и с конца 1970-х годов ПЭТ-сканеры начали
использоваться в клинической практике.Сегодня мы используем те же
методы лучевой визуализации, но они работают точнее и быстрее, а
также значительно меньше облучают пациентов.Чем различаются ПЭТ и
ОФЭКТ?Условно методы лучевой диагностики можно разделить на
трансмиссионные, когда излучение пропускают через человека, и
эмиссионные, когда излучение происходит непосредственно внутри
человека. Для этого в организм вводят специальные излучающие
вещества.Классический трансмиссионный вариант это рентгеновский
снимок. Излучение проходит через тело пациента, и в силу того, что
тело неоднородно, где-то оно задерживается больше, где-то меньше.
Чем больше рентгеновских лучей поглощает орган, тем светлее
изображение на снимке. Сильнее всего лучи поглощает кальций,
поэтому кости на снимке ярко-белые, меньше всего воздух, поэтому
содержащие их полости получаются темными. Благодаря этой
контрастности можно хорошо рассмотреть скелет и некоторые
внутренние органы.Разновидностью рентгена является флюорография. Во
время нее рентгеновские лучи проходят через тело человека и
попадают на специальный флуоресцирующий экран, откуда выводятся на
пленку в виде изображения. В основном с ее помощью делают снимки
органов грудной клетки.К эмиссионным методам относят радионуклидную
диагностику: гамма-томографию, однофотонную эмиссионную томографию,
гамма-радиометрию и позитронно-эмиссионную томографию (или, как ее
еще называют, двухфотонную эмиссионную томографию). Эти методы не
новые, но в связи с появлением высокомощных компьютеров сейчас есть
возможность обрабатывать полученную с их помощью информацию о
внутренних системах и органах.Еще в 1937 году немецкий биохимик
Отто Ворбург заметил, что злокачественные опухоли потребляют
глюкозу в повышенных количествах. Но технических возможностей
использовать это открытие на практике не было. В 1977 году
американский психоаналитик русского происхождения Дмитрий Соколов
предложил использовать дезоксиглюкозу с радиоактивными изотопами
для изучения метаболизма в мозгу крыс. В 1979 году удалось
синтезировать фтордезоксиглюкозу (радиоактивный индикатор фтор-18),
и это стало поворотным моментом в развитии ПЭТ-диагностики.Фтор-18
(18F-фтордезоксиглюкоза), как аналог глюкозы, используется для
питания клетками практически всех органов и тканей. Но, в отличие
от глюкозы, ее метаболизм прекращается раньше и продукт
накапливается в тканях. В это время радиоактивный фтор, который
туда внедряют, распадется. При распаде возникают позитроны и
аннигилируют с электронами, которые есть в среде вокруг. Так
возникают пары гамма-квантов с одинаковой энергией, разлетающихся в
противоположные стороны по одной прямой. Их и детектирует аппарат и
определяет количество.Большой набор детекторов, расположенных
вокруг исследуемого объекта, и компьютерная обработка сигналов
позволяют выполнить трехмерную реконструкцию распределения
радиоактивного фтора в сканируемом объекте.Сейчас уже нужно
говорить не просто о ПЭТ, а о гибридных технологиях. Это ПЭТ/КТ или
постепенно развивающийся метод ПЭТ/МРТ. Первые комбинированные
ПЭТ/КТ-системы появились в 1990-х годах. Сегодня
ПЭТ/КТ-сканирование является одним из наиболее точных методов
диагностики: он позволяет изучать и строение органов и систем, и их
функционирование. Так можно выявить патологию на ранней стадии ее
возникновения до того, как произойдет серьезное поражение органов
или пойдут метастазыметастазы .Конечно, можно провести
КТ-сканирование на одном препарате, а МРТ или ПЭТ на другом, а
затем совместить изображения с помощью компьютера. Но когда
сканирование разделено во времени даже незначительно (например,
пациент встал и перешел на другой томограф), в теле происходят
изменения, в том числе в метаболизме, а это очень важно для ПЭТ.
Поэтому необходимо минимизировать эту разницу и получить
максимально близкие во времени изображения.
ПЭТ-томографы для клинической практики уже не производят. Есть
специальные ПЭТ-томографы для доклинических исследований на
животных, но для людей это гибридные аппараты: либо ПЭТ с КТ, либо
ПЭТ с МРТ. Постепенно развитие идет в направлении совмещения этих
аппаратов с терапевтическими процедурами лучевой терапией.ПЭТ/МРТ в
силу технических особенностей в России распространен слабо. МРТ это
магнит, и магнитное поле внутри аппарата довольно мощное.
Радиочастотные импульсы, которыми сопровождается работа МРТ, тоже
обладают довольно высокой энергией. И соответственно, это влияет на
кристаллы, которые используются в ПЭТ для диагностики, и искажает
изображение. Нужно было придумать кристаллыкристаллы, которые могли
бы засечь гамма-излучение при ПЭТ и при этом не исказить
информацию.Метод однофотонной эмиссионной компьютерной томографии,
где, в отличие от ПЭТ, радиофармпрепарат при распаде испускает
только один фотон, сейчас немного ушел в тень, несмотря на то что
он проще и при определенных условиях удобнее ПЭТ. Период
полураспада используемых для ОФЭКТ радиофармпрепаратов дольше,
поэтому здесь нет жесткой географической привязки к производящим их
клиникам и лабораториям. Кроме этого, ОФЭКТ лучше подходит для
исследования органов, которые долго накапливают введенные
препараты, поэтому его часто используют для изучения
кровообращения, в особенности головного мозга и сердца. Но так как
здесь детектируется один гамма-квант, а не два, разрешающая
способность немного хуже, хотя получить радиофармпрепараты для
сканирования проще. При этом ОФЭКТ так же, как и ПЭТ, может быть
совмещен с КТ.Плюс аппаратов ОФЭКТ в том, что они могут работать с
большим диапазоном энергий. Если в ПЭТ исследователи ограничены
энергией 511 КэВ (за счет свойств самих детекторов), то здесь
диапазон энергии больше. Это позволяет применять более широкий
спектр радионуклидов. Также ОФЭКТ сейчас является неотъемлемой
частью в тераностике (когда введенные препараты совмещают
диагностические и терапевтические функции). Например, при введении
небольших объемов йода-131, который является лечебным препаратом,
можно одновременно получить диагностическую информацию.Хотя термин
тераностика (от слов терапия и диагностика) появился только в 2002
году, это направление медицины быстро набирает популярность. Врачи
видят в этой отрасли большие перспективы для лечения онкологических
заболеваний. Цель тераностики создание препаратов, которые будут
детектировать раковые клетки и одновременно уничтожать их.
Предполагается, что это замедлит или предотвратит развитие
метастазов, которые часто являются причиной летальных исходов при
онкологии. Также идут поиски препаратов, которые будут точечно
воздействовать только на раковые клетки, не нанося вреда
здоровым.Как проходит исследование на ПЭТ: от лаборатории до
результатаКогда пациента помещают в аппарат, сначала выполняется
компьютерная томография. Этот процесс занимает не больше двух
минут. Дальше в приборе идет сбор данных с ПЭТ-детекторов.
Количество этих детекторов и влияет на время сканирования. Чем их
больше, тем больший фрагмент тела можно захватить при сканировании
и тем быстрее будет проходить процедура. На современных аппаратах
ПЭТ сканирование длится 2030 минут.До того, как пациента поместят в
аппарат, проводится большая подготовительная работа.Все начинается
в лаборатории, куда с утра приходят медицинские физики. Они
запускают циклотрон и начинают синтезировать радионуклид на его
основе будут синтезировать нужную диагностическую молекулу, которую
впоследствии введут человеку. В среднем это занимает от часа до
двух. реакторыЦиклотрон это ускоритель. Задача получить путем
бомбардировки протонами тот или иной радиоактивный носитель,
например, фтора-18 из обогащенной кислородом-18 воды. За счет этой
бомбардировки получается вещество, содержащее нестабильные элементы
с определенным периодом полураспада. Оно стремится вернуться в свое
нормальное состояние и при этом испускает позитрон. Процесс
высвобождения позитронов называется также эмиссией, поэтому
технология получила название эмиссионная.Когда происходит эмиссия,
позитрон вылетает из ядра и сталкивается со свободными электронами
в организме человека это может быть кровь, какой-то орган, воздух.
При столкновении происходит аннигиляция. Получается два
гамма-кванта с энергией 511 КэВ. Именно эту энергию может
детектировать томограф.
Затем получают молекулы, куда внедрят радионуклид. Они должны быть
восприимчивы к определенным процессам метаболизма в теле. Одна из
таких молекул это 18F-фтордезоксиглюкоза. Практически все клетки
получают энергию из глюкозы, поэтому вещество с этим элементом
распространяется по всему организму. Введя пациенту молекулу с
глюкозой и пометив ее этой радиоактивной меткой, специалисты
получают информацию о распределении этого радиофармпрепарата во
внутренних органах и системах.С помощью ПЭТ/КТ можно исследовать
практически все. Подобрав к клетке ключик в виде молекулы, которая
для нее будет тропнатропна, и введя эту молекулу в организм, можно
посмотреть, как и что с ней происходит. Она может, например, вообще
не восприниматься этой клеткой, или проникнуть в нее и остаться
там, или, например, проникнуть и выйти. То есть можно просмотреть
весь набор процессов, которые происходят в клетке и отражают ее
метаболизм, и измерить это количественно.Наконец, только на этом
этапе пациент приходит на исследование. Сейчас первичный пациент,
который до этого не проходил обследование в другом месте,
относительная редкость. Потому что есть иные методы диагностики
рентген, УЗИ, КТ, МРТ, которые при меньшей лучевой нагрузке и
финансовых затратах позволяют получить определенную информацию для
назначения лечения или его коррекции. Поэтому, как правило,
пациенты, приходящие на ПЭТ/КТ-сканирование, уже имеют определенный
набор исследований, проведенных где-то ранее. Их качество при
соблюдении стандартов диагностики достаточно, для того чтобы любой
доктор любого центра сравнил эти данные и тем самым снизил
потенциальную лучевую нагрузку на пациента. Он может, например,
какую-то часть исследований исключить. Главное, чтобы
диагностической информации было достаточно для проведения или
коррекции лечения.Радиофармпрепараты для ПЭТНаиболее широко сегодня
используются фтор-18, углерод-11 и галлий-68. Фтор-18 обладает
оптимальными характеристиками для использования в ПЭТ: наибольшим
периодом полураспада (109,771 мин.) и наименьшей энергией излучения
(249,7 кэВ). Обычная доза фтордезоксиглюкозы, используемая при
онкологическом сканировании, создает дозу облучения 14 мЗвмЗв.С
одной стороны, относительно небольшой период полураспада фтора-18
позволяет получать ПЭТ-изображения высокой контрастности это
показывает соотношение между пораженной и неизмененной тканью
органа. С другой стороны, период полураспада фтора-18 достаточно
велик, чтобы обеспечить возможность транспортировки
радиофармпрепарата на основе фтора-18 из места, где его производят,
в клиники и институты, имеющие ПЭТ-сканеры.Вреден ли ПЭТ, или Зачем
нужна дозиметрияВ современной медицине доза облучения
рассчитывается очень точно. Это практически исключает риск вызвать
рост опухоли, вызванной лучевой диагностикой или терапией.
Существует такое понятие, как дозиметрия, где медицинские физики с
помощью математических моделей рассчитывают дозу, которую получит
пациент, и при этом минимизируют радиоактивное воздействие на
окружающие ткани.Чувствительность каждого человека к облучению
сильно варьируется, поэтому и доза подбирается индивидуально. При
исследованиях ПЭТ побочные реакции очень редки, в отдельных случаях
возможна аллергия, тахикардия, одышка, озноб или жар. Тем не менее
специалисты определяют, какое количество радионуклидов нужно ввести
в организм с учетом его массы, метаболизма или каких-то особенных
изменений, связанных, например, с проведенной терапией.Объемы
радиофармпрепаратов, которые вводят при ПЭТ-сканировании, ничтожно
малы и не влияют на метаболизм. Прежде чем их использовать,
проводят доклинические исследования: изучается их положительное и
отрицательное воздействие на все органы. Только потом препарат
постепенно переходит в клиническую фазу исследований.В любой
циклотронно-радиохимической лаборатории введен контроль качества:
изготавливаемый препарат проверяется на соответствие очень большому
количеству параметров. Врачи должны быть уверены, что введут в
организм пациента вещество, абсолютно для него безвредное. Препарат
проверяется на всевозможные токсины и примеси. Результаты контроля
качества обязательно хранятся в архиве. Это нужно для того, чтобы
всегда иметь возможность вернуться к созданному в этот период, в
этот день, в этот час препарату и получить нужную информацию для
анализа его положительных или отрицательных сторон.После
диагностики препарат распадается, поэтому лучевая нагрузка на
организм очень непродолжительна. Если используется фтор-18, на
следующий день уже к вечеру никаких следов в теле не остается.Когда
врач назначает тот или иной вид диагностики, он всегда помнит о
лучевой нагрузке. Из истории болезни известны количество и объем
нагрузки, который получил пациент за 13 года. Эти данные
учитываются в обязательном порядке. Если на чашу весов ставится
жизнь пациента и его качество жизни, решение принимается
коллегиально с пациентом.Опасна ли ПЭТ для врачей?Во время
проведения лучевой диагностики специалисты подвергаются облучению,
причем как со стороны приборов, так и пациентов, поскольку
организм, хоть и на короткое время, после процедуры также является
источником излучения.Чтобы минимизировать лучевую нагрузку на
врачей, существуют правила радиационной безопасности, где подробно
расписано, какую максимальную дозу облучения может получить
сотрудник, работающий с тем или иным оборудованием. Все сотрудники
рентгеновских отделений в обязательном порядке носят индивидуальные
датчики, детектирующие объем излучения. Они также регулярно
проходят медосмотр, делают биохимический анализ крови и имеют
законодательно закрепленные льготы.Большое количество различных
приспособлений позволяют уменьшить лучевое воздействие на персонал.
Например, циклотрон всегда находится в бункере. Толщина стенок
этого бункера больше метра. Каналы циклотрона, по которым проходит
радионуклид, защищены свинцом. Наблюдают за процессом синтеза
препарата через специальные защитные стекла. Большинство процессов
в производстве радионуклидов сейчас автоматизировано, руками
практически никто ничего не делает. Синтез препарата и фасовка по
контейнерам осуществляются автоматически. Если нужно вмешаться в
процесс, есть манипуляторы, которые работают как роботизированные
руки и управляются через ноутбук. Персонал получает лекарства в
защищенном контейнере из вольфрама или свинца. После этого препарат
переносят в диагностическое подразделение или перевозят в другое
учреждение в дополнительном защитном боксе.В диагностическом
отделении сотрудники также максимально защищены, и действия с этим
контейнером производятся дистанционно, с помощью манипуляторов.
Когда происходит фасовка препарата в шприцы, они набираются сами.
Персоналу остается только измерить радиоактивность в шприце и
ввести препарат пациенту. Шприц также помещается в защитный
контейнер с маленьким окошком. Надев две-три пары перчаток,
процедурная сестра вводит препарат внутривенно в катетер, заранее
установленный пациенту, затем промывает шприц и складирует его в
защищенный сейф для отходов. В итоге контакт с радиоактивным
препаратом сведен к минимуму.Есть и полностью автоматизированные
машины для введения препарата пациенту. Флакон из лаборатории
помещается в эту машину, где он сам калибруется и рассчитывается
доза для пациента. Персонал просто вводит в систему необходимые
данные: имя, вес, рост. Затем процедурная сестра подсоединяет к
катетеру, установленному пациенту, трубку, отходит и удаленно
регулирует подачу препарата. Нажимает кнопку, препарат вводится, и
флакон промывается. Потоки пациентов не пересекаются: во всех
ПЭТ-отделениях есть специальные помещения, где пациенты находятся
до, во время и после введения препаратов.
