Статья:

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ, ОБЛАСТИ СОВРЕМЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ, АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ

Конференция: XVIII Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: естественные и медицинские науки»

Секция: 4. Медицинские науки

Выходные данные
Мокин Е.Д. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ, ОБЛАСТИ СОВРЕМЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ, АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ // Молодежный научный форум: Естественные и медицинские науки: электр. сб. ст. по мат. XVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(17). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/11(17).pdf (дата обращения: 25.09.2020)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 59 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ, ОБЛАСТИ СОВРЕМЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ, АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ

Мокин Егор Дмитриевич
студент Самарского государственного медицинского университета, РФ, г. Самара
Волобуев Андрей Николаевич
научный руководитель, проф. Самарского государственного медицинского университета, РФ, г. Самара

 

Актуальность выбранной нами темы заключается в том, что развитие метода ПЭТ, основанного на измерении биохимической активности организма по локальной концентрации радиофармпрепарата в ткани пациента, привело к его широкому применению в клинической диагностике и в медико-биологических исследованиях. Кроме того, стремительно возрастающий интерес к этому методу диагностики обусловлен негативной статистикой неврологических, кардиологических и онкологических заболеваний

Такие методы как KT, МРТ и УЗИ, предоставляют информацию о структурных изменениях в тканях. В то же время, метод ПЭТ дает возможность оценить функцию органа или ткани, которая в большинстве случаев развиваются значительно раньше, чем появляются структурные изменения. В этой связи ПЭТ имеет широкое применение, — от онкологии (для раннего и точного выявления безопасным путём злокачественных опухолей и их метастазов любых локализаций), до характеристики многих жизненно важных процессов в кардиологии, в неврологии и нейрохирургии.

Целью настоящего исследования явилось изучение этапов развития ПЭТ в России и за рубежом, физических основ метода, современных областей и аспектов безопасности его использования, с учетом отечественного и зарубежного опыта, на основании проведенного систематического обзора современной отечественной и зарубежной научной литературы.

Для достижения цели исследования, нами были поставлены следующие задачи:

  1. Провести анализ тематических статей в наиболее цитируемых в электронных базах данных PubMed и Google Scholar отечественных журналов.
  2. Проанализировать, с помощью в международной базы данных систематических обзоров Cochrane Database, — систематические обзоры по заданной теме.
  3. Систематизировать полученные данные из современных источников отечественной и зарубежной научной литературы, в соответствии с со следующими разделами: историей развития ядерной медицины и ПЭТ, физическими основами метода ПЭТ, определением места ПЭТ среди методов диагностики в ядерной медицине, с учетом его преимуществ и недостатков, современным состояние развития ПЭТ в РФ и за рубежом, аспектами безопасности применения метода ПЭТ.
  4. Сформулировать выводы по полученным результатам проведенного систематического обзора.

Материал и методы исследования. В ходе проведенного систематического обзора, поиск литературы осуществлялся с использованием электронных баз данных наиболее цитируемых в международных научных базах данных отечественных журналов «Медицинская визуализация», «Врач и информационные технологии», «Вестник РАМН», «Вестник рентгенологии и радиологии» (за последние 5 лет), а также зарубежных электронных баз данных PubMed, Google Scholar и Cochrane Database. Проанализировано 578 источников, в том числе 86 отечественных статей, 50 зарубежных мета-анализов, 442 зарубежных реферата. Соответствующие теме исследования источники включались в обзор, если они касались истории развития, использования, аспектов безопасности ПЭТ, и были написаны на русском или английском языке.

В результате проведенного исследования, было установлено следующее: история развития ядерной медицины в целом и ПЭТ в частности, — берет свое начало с открытия явления радиоактивности было сделано Г. Беккерелем в 1896 г., а открытие а -, р- и у- излучения — М. Кюри-Склодовской, в 1898 г. Далее, венгерский ученый Д. Хевеши, предложивший в 1913 году использовать в биологических исследованиях метод меченых атомов, считается отцом радиоизотопной диагностики. Спустя четыре десятилетия, в 1951 году, Бенедикт Кассен создал для целей радионуклидной диагностики, прямолинейный сканер, который более чем на двадцать лет стал главным инструментом ядерной медицины. Вскоре после этого, в 1953 году, Гордон Броунелл создаёт в Массачусетском технологическом институте первый прототип ПЭТ-сканера, а в 1958 году Хэл Энджер усовершенствовал создал первую «сцинтиляционную камеру». А в 1961 году Джеймс Робертсон создал в Брукхейвенской национальной лаборатории ПЭС-томограф современного типа, после чего, в середине 70-х гг., в зарубежных клиниках появились первые, серийно выпускаемые, установки для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) и ПЭТ.

Физическими основами метода ПЭТ являются закон сохранения зарядовой четности, аннигиляция и рождение пар. Возможность аннигиляция и рождение пар, была предсказана в 1930 г., П. Дираком, и подтверждена в 1933 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, а современное истолкование аннигиляции и рождение пар дает квантовая теория поля. В физике термином аннигиляция, буквально означающим «исчезновение», «уничтожение», — именуют процесс, в котором частица и отвечающая ей античастица превращаются в электромагнитное излучение — фотоны или в другие частицы — кванты физического поля иной природы. Современное истолкование аннигиляции и рождение пар дает квантовая теория поля. Рождение пары — это обратный аннигиляции процесс, при котором в результате взаимодействия электромагнитных или других полей одновременно возникают частица и античастица. Основываясь на экспериментальных знаниях, ученые нашли применение этим процессам в ядерной медицине, базируясь на законе сохранения зарядовой четности, который лежит в основе методов диагностики и лечения в ядерной медицине, и записывается в виде реакций:

е+ и е¯,е+ е¯→ɣ+ɣ; е+ и е¯→2ɣ

Учитывая физические основы метода ПЭТ, создание позиционно-чувствительного детектора для регистрации у-квантов с энергией 511 кэВ является одной из ключевых задач разработки отечественного позитрон-эмиссионного томографа, предназначенного для диагностики на ранней стадии онкологических, неврологических и кардиологических заболеваний. Разрабатываемый детектор должен иметь высокую эффективность регистрации у-квантов для того, чтобы в обследовании можно было использовать радиофармпрепараты с меньшей активностью или с более коротким временем полураспада.

Каждый комплекс ПЭТ состоит из циклотрона, на котором вырабатывается радиоактивный изотоп, например, F-18, модулей синтеза, на которых получают радиофармпрепарат. Использование ПЭТ с радиофармпрепаратами: 18F-фтордезоксиглюкозой, 11С-метионином, 11С-бутиратом, 13N-аммонием, — позволяет достичь принципиально нового уровня диагностики опухолей головного мозга, рака легкого, молочной железы, злокачественных лимфом, при дифференциальной диагностике заболеваний в неврологии, нейрохирургии и психиатрии (паркинсонизм, эпилепсия, деменция, тревожно-депрессивные расстройства), а также для ранней диагностики кардиологических проблем, в частности, нарушений кровоснабжения и метаболизма миокарда при ишемической болезни сердца.

Среди методов диагностики в ядерной медицине, ПЭТ занимает одно из ведущих мест наряду с такими методами как МРТ, КТ, УЗИ, иммуносцинтиграфия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) с моноклональными антителами, и ПЭТ. Основным преимуществом ПЭТ, определяющим его особое место среди методов лучевой и радионуклидной диагностики, является то, что ПЭТ, в отличие от KT и МРТ, отражающих структурные изменения в пораженных тканях, дает возможность оценить функцию органа или ткани, которая в большинстве случаев развиваются значительно раньше.

Преимуществами ПЭС перед другими диагностическими методами являются также его высокая диагностическая точность и широта (одно исследование заменяет собой несколько различных видов диагностики, можно охватить все органы сразу), минимальные болевые ощущения и побочные эффекты, диагностика заболеваний на ранних стадиях, исключение неэффективных или необязательных оперативных или медикаментозных методов лечения. Недостатки ПЭТ в том, что метод может применяться лишь при опухолях малого размера, он дорог, и имеется далеко не везде, а для более полной картины в большинстве случаев требуется сопоставить результаты ПЭТ с данными других исследований (КТ, МРТ, УЗИ и др.).

Современное состояние развития ПЭТ различное в разных странах мира, учитывая высокую стоимость и технологическую ресурсоемкость метода. По степени обеспеченности методами ядерной медицины принято выделять следующие группы государств:

  • Высокообеспеченные и быстро развивающиеся — США, Япония, Германия, Бельгия, северная Италия; Франция, Испания, Турция;
  • Развивающиеся: Канада, Бразилия, Португалия, Польша, Венгрия, Марокко, Словакия, Великобритания, Китай, Россия, Индия;
  • Не принявшие решения по развитию метода — Алжир, Тунис, страны СНГ, Южная Америка и др.

Обеспеченность в РФ методами ядерной медицины пока относительно низкая — чуть более единицы на миллион жителей (для сравнения: Северная Америка — 33, Восточная Европа — 2,2, Латинская Америка — 2,1). В 2012 г. в РФ действовало 24 ПЭС-томографа (при норме 143). В 2009 г. в рамках Нацпроекта «Здоровье» в России стартовала Национальная онкологическая программа, предусматривающая модернизацию оборудования региональных онкодиспансеров, а постановлением Правительства РФ № 91 от 17 февраля 2011 г. была утверждена ФЦП «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу».

Сегодня на нужды ядерной медицины тратится в среднем свыше 50 % радиоактивных изотопов в мире. Россия входит в число 5 крупнейших производителей сырьевых медицинских изотопов в мире. В России производится 20 наименований радифоармпрепаратов. Ведущий научный центр, отвечающий за разработку технологий радиофармпрепаратов, методов их контроля и проведение испытаний — Федеральный медицинский биофизический центр им. Бурназяна. РФП также производятся в Москве (на заводе «Медрадиопрепарат» ФМБА РФ, в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева, в Центральной клинической больнице Управления делами Президента РФ), в Обнинскефилиале НИИ им. Карпова и НИИ им. Лейпунского), в Санкт-ПетербургеРадиевом институте им. Хлопина, в Институте мозга человека им. Бехтеревой, в Российский научном центре радиологии и хирургических технологий), в ТомскеНИИ ядерной физики), в Снежинске (Челябинской обл.) и в Димитровграде (Ульяновской области).

В Приволжском федеральном округе (ПФО), занимающем почти 7 % территории России, функционирует Центр ядерной медицины в Казани, рассчитанный на 6 000 пациентов в год, планируется строительство центров ПЭТ в Димитровграде и в Уфе. В Самаре строительство центра ПЭТ также планируется в ближайшие 5 лет в рамках частно-государственного партнерства, на базе Самарского областного клинического онкодиспансера.

Важную роль играют аспекты безопасности ПЭТ, как для пациентов, так и для персонала. ПЭТ проводится в стационаре; за 90 минут до обследования пациент получает инъекцию специальной субстанции, которая за это время распространяется в организме и собирается в «целевой» ткани. Затем он укутывается в камере прибора, и должен лежать совершенно неподвижно во время исследования. Позитронные излучатели, используемые для ПЭТ, имеют чрезвычайно короткий период полураспада от 2 часов до нескольких минут, поэтому доза облучения, которое получает пациент во время исследования очень небольшая, и обычно не вызывает побочных эффектов. Радиоактивный препарат противопоказан беременным или кормящим женщинам.

Радиационная безопасность пациентов обеспечивается комплексом мер: выбор оптимальной активности радиофармпрепарата, отсутствие нарушений технологий его введения, выбор оптимальных параметров и режимов работы аппаратуры, оптимальное размещение пациентов с введенными препаратом, ожидающими очереди (с целью минимизации наружного облучения других больных), надежная иммобилизация пациента в ходе исследования, инструктаж больного после исследований, для ускорения выведения препарата (пить много жидкости; соблюдение не превышения установленных контрольных уровней внутреннего облучения пациента.

Предельные допустимые уровни (ПДУ) внутреннего облучения пациента при ПЭТ составляют: 250 мЗв в год для пациентов с онкологическим заболеванием, с подозрением на него или при проведении ПЭТ по жизненным показаниям; 50 мЗв в год для пациентов с остальными заболеваниями; 5 мЗв в год при проведении исследований с научными или профилактическими целями.

Радиационная безопасность персонала в подразделениях радионуклидной диагностики обеспечивается комплексом мер: предотвращение попадания радиоактивности в организм работающих при приготовлении, транспортировке, введении пациентам радиофармпрепаратов, а также при сборе, удалении, уничтожении радиоактивных отходов. Это обеспечивается строгим соблюдением правил работы с открытыми источниками излучений, в том числе и применением средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты.

По данным многолетних наблюдений службы радиационной безопасности Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина РАМН, среднее значение дозы персонала при эффективной диагностике составляет 1,47 мЗв в год, в диапазоне 0,83—6,24 мЗв в год.

Выводы.

  1. История развития ядерной медицины и ПЭТ начинаясь от открытия явления радиоактивности Г. Беккерелем в 1896 г., до создания 1961 г. Джеймсом Робертсон ПЭС-томографа современного типа, продолжается в настоящее время в связи со стремительным развитием информационных технологий и радионуклидной диагностики.
  2. Физическими основами метода ПЭТ являются реакция аннигиляции и рождение пар. Создание позиционно-чувствительного детектора для регистрации у-квантов с энергией 511 кэВ является одной из ключевых задач разработки отечественного позитрон-эмиссионного томографа, предназначенного для диагностики онкологических, неврологических и кардиологических заболеваний. — на ранней стадии.
  3. Основным преимуществом ПЭТ, определяющим его особое место среди методов лучевой и радионуклидной диагностики, является то, что ПЭТ дает возможность оценить функцию органа или ткани, которая в большинстве случаев развиваются значительно раньше структурных изменений.
  4. По степени обеспеченности методами ядерной медицины Россия относится к развивающимся государствам. В то же время, РФ входит в число 5 крупнейших производителей сырьевых медицинских изотопов в мире, производя 20 радиофармпрепаратов из 200, для диагностики in vivo. В ПФО на сегодня имеется три центра ПЭТ: в Казани, в Димитровграде и в Уфе. В Самаре планируется строительство центра ПЭТ в ближайшие 5 лет на базе СОКОД в рамках ЧГП.
  5. Радиационная безопасность пациентов и персонала обеспечивается строгим соблюдением правил работы с открытыми источниками излучений, в том числе и применением средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты. ПДУ внутреннего облучения пациента при ПЭТ не должно выходить за пределы диапазона от 5 мЗв до 250 мЗв в год. Среднее значение дозы персонала не должно превышать 1,47 мЗв в год, в диапазоне 0,83—6,24 мЗв в год.

 

Список литературы:

  1. Арнсвальд Д., Верник М. Эмиссионная томография: основы ПЭТ и ОФЭКТ. Москва: Техносфера, 2009.
  2. Гранов А.М. Интервенционная радиология в онкологии (пути развития и технологии). Научно-практическое издание — 2 изд. Фолиант: СПб, , 2013. 560 с.
  3. Климанов В.А. Физика ядерной медицины. Часть 1. Москва: НИЯУ МИФИ, 2012.
  4. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология (Основы лучевой диагностики и терапии) — М, Медицина,2000 — 672 с.
  5. Лишманова Ю.Б., Чернова В.И. Национальное руководство по радионуклидной диагностике. Томск STT: 2010.
  6. Наркевич Б.Я., Костылев В.А. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ. АМФ — Пресс Москва 2001.
  7. Позитронная эмиссионная томография: Руководство для врачей; Под ред. А.М. Гранова, Л.А. Тютина. СПб. Фолиант, 2008.
  8. Федеральное медико-биологическое агентство. Ядерная медицина — проект будущего. Журнал Медицина: целевые проекты № 10, 2011.
  9. Чумаков В. Поставить диагноз поможет атом. Журнал «В мире науки». Февраль 2012.
  10. Botta F., Mairani A., Hobbs R.F., et al.Use of the FLUKA Monte Carlo code for 3D patient-specific dosimetry on PET-CT and SPECT-CT images. Phys Med Biol. 2013 Nov 7; 58 (22):8099—8120.
  11. Dale L. Bailey, David W. Townsend, Peter E. Valk, Michael N. Maisey. Positron Emission Tomography-Basic Sciences / Позитронно-эмиссионная томография-Основы. — Издательство.: Springer, 2005.
  12. Gallivanone F., Canevari C., Gianolli L.et al. Partial Volume Effect Correction Tailored for (18) F-FDG-PET Oncological Studies. Biomed Res Int. 2013; 2013:780458. doi: 10.1155/2013/780458. Epub 2013 Sep 19.
  13. Shyn Р.В. Interventional Positron Emission Tomography / Computed Tomography: State-of-the-Art. Tech Vase Interv Radiol. 2013 Sep; 16 (3):182-90. doi: 10.1053/j.tvir.2013.02.014.
  14. Uehara H., Tsutani Y., Okumura S., Nakayama H., Adachi S., Yoshimura M., Miyata Y., Okada M. Prognostic Role of Positron Emission Tomography and High-Resolution Computed Tomography in Clinical Stage IA Lung Adenocarcinoma.
  15. Wey HY, Desai VR, Duong TQ. [Epub ahead of print] A review of current imaging methods used in stroke research. Neurol Res. 2013 Aug 16.