Азбука ядерной медицины

Чуточку ближе познакомившись с радиацией и реальными рисками для нашего здоровья, мы уже не вскидываем недоуменно брови, слыша сочетание слов «ядерная медицина». То, что научилась делать с атомами ядерная физика, может быть использовано для нашей с вами пользы не только как способ обеспечения энергией, но и для медицины. Все, что для этого требуется — сущий пустяк: физики-ядерщики и медики должны уметь работать друг с другом, работать на стыке двух этих отраслей знаний. И, само собой, есть еще и третьи, которые там совсем не лишние. Математики, которые должны уметь обсчитывать результаты. Конструкторы и инженеры, создающие технику и технологии, использующие достижения физики, медицины и математики. Перечень «смежных» специальностей можно продолжать и продолжать, поскольку работа именно на «стыках» и есть одна из главных особенностей современных хай-технологий.

Ядерно-медицинские технологии, новые достижения наших ученых были одной из центральных тем прошедшей в марте выставки NDExpo. Рассказывая о них, журнал Geoenergetics.ru встал перед выбором: как рассказывать?

Можно сделать это так, как сделали многочисленные сотрудники СМИ, выдававшие на своих страницах нечто, подобное вот такому перлу:

«Автоматизированные модули синтеза от АО «НИИЭФА» производят следующие виды РФП для ПЭТ и ОФЭКТ: фтордезоксиглюкозу F-18, холин С-11, метионин С-11, аммоний С-11 и даже Ga-68-DOTA-TATE»

Красиво, правда? Рассказ получился бы коротеньким, все бы знали, что мы не боимся никаких аббревиатур и вообще «в теме». Вот только 99% читателей ничего бы не поняли, поскольку попытка прочитать подобное теми, кто не занимается такими технологиями профессионально, приводит к зевоте на второй строчке и быстрому засыпанию на третьей. Потому вариантов нет — придется все объяснять по порядку, первая часть рассказа о медицине будет «теоретической», содержать довольно много информации о новейших направлениях медицины. Не очень просто, но таков наш век, такова наша прикладная наука, знания о которой никому еще не вредили.

Как атом пришел в медицину?

Началось все с Вильгельма Рентгена и его лучей в конце позапрошлого века. Рентген изучал так называемое катодное излучение, создаваемое катодными трубками (сейчас и эти трубки, и излучение носят его имя), и ни о какой медицине не думал. Что такое рентгеновское излучение? Да все те же электромагнитные волны, вот только, в отличие от дневного света и «дневных фотонов», фотоны рентгеновские несут куда большую энергию. Простая аналогия — волны воды, несущие свою энергию к берегу. Если волна ударяет о берег раз в минуту — берег энергию получит, но не так уж много. Если волна колотится об обрыв сто раз в минуту — берегу «больнее», он получает больше энергии. Для того, чтобы это происходило, расстояние между гребнями волны должно быть как можно короче — только тогда волна будет бить в препятствие чаще. Вот и электромагнитное излучение рентгеновского диапазона ведет себя точно так же: чтобы нести больше энергии, ей приходится иметь очень высокую частоту. Человеческий глаз — замечательный инструмент для восприятия света, то есть электромагнитной волны, но он воспринимает волны только вполне определенного диапазона частот, рентгеновскую частоту он не воспринимает. У физиков в ходу их собственная терминология, в соответствии с которой длина волн рентгеновского излучения — от «10 в минус двенадцатой степени до 10 в минус седьмой степени метра». Если хотите в цифрах, то вот они: от 0,000'000'000'001 до 0,000'000'1 метра.

Вот в конце XIX века физики и придумали, как получить такие частоты: надо как следует разогнать электрон и затормозить его в электрическом поле. Сложно звучит, а на практике ничего «экстра». Для удобства работы берут трубку, из которой выкачивают воздух. На катод гонят серьезное такое отрицательное напряжение, которое нагревает материал катода, заставляя его «выплевывать» электроны. На противоположном конце трубки — анод, на который подают приличное положительное напряжение. Электроны заряжены отрицательно, «плюс» разгоняет их и они несутся, пока не шлепаются в мишень, закрепленную на аноде (обычно медь, молибден или вольфрам). При таком резком торможении и происходит генерация излучения рентгеновского диапазона. Обычные мальчишеские игры — чего-нибудь разогнать, чтобы это «чего-нибудь» потом ка-а-ак хряснулось!

Собственно, и открытие-то было сделано случайно: включив укрытую черным картоном катодную трубку, Вильгельм Рентген заметил, как лежавший неподалеку экран, покрытый люминисцентным слоем, стал светиться. Выключил трубку — свечение прекратилось. Сколько раз Рентген проделал это упражнение, науке неизвестно, но вывод он сделал совершенно точный: из трубки исходят невидимые глазом человека «Х-лучи», и все дальнейшие эксперименты эту догадку подтвердили.

Выяснилось, что «Х-лучи» способны, не преломляясь и не отражаясь, проникать через непрозрачные материалы — на разные глубины, в зависимости от материала. Обратим ваше внимание, что рентгеновское излучение не связано с радиоактивностью по своей физической природе, в современных рентгеновских трубках никакого урана или плутония нет. Но все особенности воздействия на биологические организмы весьма схожи с радиоактивным облучением, поскольку рентгеновские лучи ионизируют атомы, входящие в состав белковых молекул. Негативные последствия при передозировке нам известны из предыдущей заметки Геоэнергетики: лучевые ожоги, лучевая болезнь и появление злокачественных опухолей. Очевидно, что применение рентгеновского излучения в медицинских целях должно быть крайне жестко дозировано, чтобы не иметь дела со всеми этим «прелестями».

Рентген

Да, возвращаясь к теме предыдущей заметки, стоит, пожалуй, рассказать и о рентгене с маленькой буквы. Это тоже единица измерения, не входящая в систему международных единиц, вот только измеряют при ее помощи не радиоактивность, а экспозиционную дозу. Экспозиционная доза — это мера ионизации воздуха в результате воздействия на него фотонов. Длина волны рентгеновского излучения вполне сопоставима с размерами атомов, поэтому нет ничего удивительного в том, что рентгеновские фотоны, налетая на атомы нашей атмосферы, умудряются «срывать» с орбиталей электроны. В результате такого «ДТП» атом приобретает положительный заряд, ведь «плюсы» протонов остаются неизменными, а «минус» уносит покинувший родной атом электрон. Так вот 1 рентген — это такая доза фотонного излучения, при которой в 1 куб. см воздуха, находящегося при нормальном атмосферном давлении и при температуре в 0 градусов Цельсия, образуются ионы, несущие заряд, равный 1 франклину. Что такое франклин? Это единица электрического заряда в устаревшей системе СГСЭ, с привычным нам кулоном из системы СИ связан как 1 ф = 0,000'000'000'333 Кл. Если кому-то нравится щеголять рентгенами в статьях и во время всяческих дискуссий и диспутов, можете смело требовать у такого человека рассказать, что такое рентген. Сможет ответить — отнеситесь к его мнению с вниманием, не сможет — гоните прочь, это шарлатан!

Рентгеновское излучение и его свойства были достаточно быстро «обнаружены» медиками, которые были рады увидеть снимки переломов костей, не добираясь до места травмы при помощи скальпеля. Рентгеновские лучи отлично показывают местонахождение посторонних предметов в теле человека — пуль, осколков снарядов, мин, гранат, поскольку лучи свободно проникают сквозь мягкие ткани человеческого тела, а кости и металлические предметы для них куда как более серьезное препятствие.

Достаточно быстро медики освоили три способа рентгеновской диагностики: рентгеноскопию, флюорографию и рентгенографию. Наверняка все вы знакомы с этими процедурами.

Рентгеноскопия

Пациент «подставляется» под рентгеновское излучение, находясь в специальной кабинке, которая экранирует от излучения врача-рентгенолога. Врач на специальном экране видит теневое изображение организма, на основании которого делает выводы о функционировании органов человека. «Минусы» этого метода очевидны: пациент получает немалую дозу облучения, изображение не фиксируется, диагноз может оказаться не точным.

Флюорография

Флюорограмма — шаг вперед на пути прогресса, медики научились делать снимки с полупрозначного экрана располагающегося за телом пациента. Теперь специалисту-рентгенологу уже не надо суетиться с диагнозом «на ходу», снимки можно спокойно обсуждать с коллегами, уточняя диагноз, подбирая способ лечения. Скрининг грудной клетки при помощи флюорографии дает отличные результаты при диагностировании туберкулеза и новообразований в легких. В настоящее время обработка полученных данных осуществляется цифровыми методами, поэтому результаты возможно хранить в базах данных, обсуждать на коллоквиумах и симпозиумах, проводимых в интернете со специалистами любой, даже самой высокой квалификации. Еще одно современное изменение — использование вместо рентген-пленки ПЗС-матрицы. ПЗС-матрица или CCD-матрица (charge-coupled device) — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных диодов. Разработчики ПЗС-матрицы, американские инженеры У. Бойл и Дж. Смит за свою работу заслуженно получили Нобелевскую премию по физике. Не будем вдаваться в подробности, просто зафиксируем, о каком оборудовании идет речь. Программное обеспечение, позволяющее обрабатывать и хранить результаты флюорографических снимков плюс ПЗС-матрицы, специально подготовленные для медицинских целей. В следующей части, когда мы перейдем к рассказу о том, что происходило на NDExpo в этом году, мы обязательно вернемся к этим моментам.

Рентгенография

Рентгенография — это результат большой работы физиков, которые научились фиксировать рентгеновские лучи на специальной фотопленке. В наше с вами время никакой фотопленки уже нет: пройдя через органы пациента, рентгеновские лучи поступают на УРИ — усилитель рентгеновского излучения, в состав которого входит электронно-оптический преобразователь. ЭОП — это прибор, способный преобразовывать невидимое человеческим глазом изображение в изображение видимое. Дальше уже понятно: преобразованное изображение поступает на экран монитора, где спокойно изучается, обрабатывается и в виде файлов хранится в медицинской базе данных. Для понимания предстоящего рассказа о NDExpo-2017 стоит помнить и об этих вещах: УРИ и ЭОП. Чем лучше работает подобная аппаратура — тем точнее диагноз, тем надежнее подбираемые способы лечения.

Рентгенография, в отличие от флюорограммы, позволяет исследовать органы человека в режиме реального времени, со всеми смешениями, сокращениями и расширениями и прочими нюансами, важными для нас самих и для господ медиков. Совершенно логично, что для получения таких данных исследуемый орган «просвечивается» рентгеновскими лучами как минимум в двух направлениях, ведь медики должны понимать, что происходит в объемном, трехмерном объекте. Как видите, житейской, обычной логики вполне достаточно, чтобы понимать некоторые медицинские тонкости. Этот же замечательный инструмент можно использовать, чтобы понять, какое, собственно, отношение к рентгенографии имеет Росатом. Не верите? Зря. Смотрим внимательно на главную особенность рентгеновского излучения:

способность проникать в непрозрачный для человеческого глаза материал, при этом материал этот не деформируя, не разрушая.

Тут нет никаких ограничений на материал, это вовсе не должна быть биологическая ткань, не так ли? Представьте себе такой «простой» предмет, как корпус атомного реактора, вспомните о том, какие нагрузки в течение какого времени он должен выдерживать, сколько в этом корпусе всяческих технологических отверстий, сварных швов, как важна их точность. Вспомнили-представили? Тогда вот вам сухой текст.

Рентгенография применяется в процессе производства и эксплуатации для контроля:

Нам кажется, что дальше гнать список мест применения рентгеновского контроля уже не надо, и так понятно, что именно Росатом в России чаще всех использует рентгенографию, а потому и знает про нее больше всех. Все, что было написано выше, являлось и является для Росатома предметом повседневной заботы, все перечисленное оборудование им необходимо, Росатом зачастую это оборудование разрабатывал и изготовлял для собственных нужд. И мы уверенны, что, когда кто-то умный сказал сотрудникам:

«Ребята, а вот все то же самое, но для медицинских целей за не очень дополнительную плату — сможете?»,

ответ мог быть только один:

«Положите на стол техническое задание и зайдите через пару дней».

Утрируем, конечно, но в каждой шутке есть только доля шутки.

Рентгеновская компьютерная томография

Все три описанных метода имеют один и тот же недостаток: пациент получает немалую дозу излучения, хотя при рентгенографии она уже значительно уменьшена. Значительно более щадящий метод — рентгеновская компьютерная томография. Звучит грозно, но не более того, если рассмотреть эти три слова «задом наперед». Томография как таковая — получение послойного изображения внутренней структуры объекта. Классика этого метода в медицине — пироговские срезы и топографическая анатомия, как научная дисциплина созданная Николаем Пироговым. Но это «не наш метод», поскольку основной инструмент топографического анатома — хирургический скальпель. Не так много времени прошло с момента появления рентгеноскопии и флюорографии, а медики двинулись дальше. Медикам совершенно не нравилось то, что физики не могли добиться узкой направленности рентгеновского излучения: на выходе из облучателя получали не луч-иголку, а некое подобие веера, который фиксировал на флюорограмме не отдельный орган, который было необходимо тщательно исследовать, а едва ли не весь организм разом. Компьютерных методов обработки снимков еще не было, врачам приходилось выискивать на изображении большой плоскости нужный им орган, всматриваться, «отбрасывая» все лишнее. И сложно, и долго, и, в общем-то, не рационально: врачу, к примеру, требуется увидеть предполагаемую травму печени, а флюорографический снимок приносит ему изображение внутренних органов от мочевого пузыря до трахеи. Пока ту печень найдешь на черно-белой нечеткой картине, пока разберешь, что там да как — и устанешь, и ошибешься не единожды. Запрос от медиков в адрес физиков и инженеров был достаточно жестким: хотим получать четкие снимки, и не всего организма разом, а только диагностируемого органа.

В конце 20-х начале 30-х французский врач Бокаж предложил, а итальянский инженер Валлебона реализовал в виде аппарата под названием «томограф». Действие аппарата основано на перемещении двух из трех компонентов рентгенографии: пациент неподвижен, рентгеновская трубка и кассета с пленкой перемещаются в противоположных направлениях: трубка движется от головы к пяткам, пленка — от пяток к голове. При синхронном движении трубки и пленки четким на пленке получается только необходимый слой исследуемого органа, все остальное смазывается и не мешает проводить анализ полученного изображения.

Представьте, что у вас в руках — фотоаппарат, позволяющий делать кадр раз в секунду, а сфотографировать вам надо несущегося по дорожке Усейна Болта. Пока он не очутится прямо напротив вас, фотографии будут смазанными, и только одна даст четкое изображение. Приблизительно то же самое происходило и в первых томографах: вот вам, доктор, размазанные изображения пятки и макушки, а вот вам — четкое изображение возлюбленных вами почек. Конечно, в таком виде томографы работали только в самом начале своей «эволюции», ведь доза облучения опять получается не маленькой. Но дантисты используют этот метод и сейчас: за счет движения излучателя и кассеты с рентгеновской пленки по специальным траекториям выделяется изображение в виде цилиндрической проверки. Чувствительность пленки по сравнению с 20-ми годами увеличена многократно, зуб как объект мал, так что почему бы и нет.

Мы не просто так сказали о том, что ядерная медицина — удел не только физиков и медиков, но и математиков. Математики с огромным удовольствием разработали новую ветвь своей науки — вычислительную томографию, математические методы реконструкции внутренней структуры объекта по проекционным данным. Работали математики быстро и слаженно, за что заслужили совершенно искреннюю благодарность физических медиков и медицинских физиков, для которых эта отрасль математики стала основой, на которой стоит самый молодой метод диагностики — рентгеновская компьютерная томография. Даже в самом первом томографе его неотъемлемой частью стало программное обеспечение, при помощи которого обсчитывается каждый снимок.

В 1963 году американский физик Аллан Кормак решил задачу томографического восстановления: как на основании проекций восстановить трехмерную модель исследуемого объекта. В 1969 английский инженер Годфри Хаунсфилд сконструировал первый компьютерный томограф, который в 1971 году прошел клинические испытания, хотя и только на одной части человеческого организма — на голове, которая с этого момента перестал быть «темным объектом». Аппарат назывался «ЭМИ-сканер», поскольку Хаунсфилд трудился в фирме EMI Ltd. Читатели постарше могут напрячь память: все верно, деньги на эти исследования и эксперименты EMI заработала на контракте с «Битлз». Наверное, это можно называть «иронией судьбы» — как и то, что в 1979 году физик Кормак и инженер Хаунсфилд получили Нобелевскую премию по … физиологии и медицине.

Компьютерная томография может считаться совершенно отдельной наукой, настолько она сложна в том, что касается обработки рентгеновских послойных снимков. Рентгеновские снимки визуализируются как черно-белые изображения — в зависимости от степени ослабления рентгеновского излучения на разных тканях, костях, сухожилиях. В разработанной для этого шкале Хаунсфилда — 4'096 оттенков серого. Представить себе это не очень просто: к примеру, стандартный компьютерный монитор имеет 256 оттенков серого, узко специализированный медицинский — 1'024. Поскольку томографы на NDExpo были одной из центральных тем, придется коротко рассказать об этих аппаратах, которые в наше время доросли до сложнейшего программно-технического комплекса.

Напоминаем: пациент, которому делают компьютерную томограмму, во время процедуры неподвижен излучатель и детекторы двигаются синхронно, на выходе — масса черно-белых снимков. Хотим точности — значит, механические узлы должны быть выполнены с высочайшей точностью. Рентгеновская фотопленка ушла в прошлое, сейчас используются сверхчувсвительные детекторы, конструкция и материалы которых постоянно совершенствуются. Для того, чтобы пациент получал как можно меньшую дозу облучения, к рентгеновским излучателям предъявляются самые жесткие требования и эти излучатели тоже постоянно совершенствуются. В томографах первого поколения была одна трубка и один излучатель, во втором поколении использовался веерный тип конструкции: на кольце вращения напротив одного излучателя стояло уже несколько детекторов. Третье поколение ввело понятие спиральной компьютерной томографии, в аппаратах нынешнего, четвертого, поколения — 1'088 датчиков, которые кольцеобразно охватывают стол аппарата и не двигаются.

Если кто-то бывал на этой процедуре в последнее время, то знает, что теперь стал двигаться стол, на котором лежит пациент, второй подвижный компонент — вращающаяся вокруг стола рентгеновская трубка. Детекторы выстроены в ряды, рентгеновское излучение теперь имеет объемную геометрическую форму пучка, чтобы излучение одновременно принималось всеми рядами детекторов. Два слоя детекторов впервые появились в 1992 году, медики получили возможность делать многослойную компьютерную томографию — МСКТ. 1992 год — двухслойная томография, 1998 — четырехслойная, 2004−2005 годы — 32, 64 и даже 128-срезовые томографы. 2007 — Toshiba вывела на рынок 320-срезовые томографы, 2013 — японцы представляют уже 512‑ и 640-срезовые комплексы. Эти аппараты позволяют получать не только изображения, но и в режиме «онлайн» наблюдать физиологические процессы, происходящие в сердце и даже в головном мозге. При этом получаемая пациентом доза облучения уменьшилась в десятки раз, ведь для качественной съемки целого органа (сердце, суставы, мозг) теперь достаточно одного оборота рентгеновской трубки, который происходит всего за 0,4 — 0,5 секунды.

Но и многосрезовая томография не стала вершиной развития этой технологии. В 2005 году Siemens Medical Solutions представила первый аппарат с двумя трубками рентгеновского излучения. Использование двух трубок, расположенных под 90 градусов друг к другу, позволяет получать изображения объектов, находящихся в постоянном и быстром движении: медики видят сердце независимо от частоты его сокращений. Кроме того, использование двух трубок позволяет лучше различать на получаемом изображении близкорасположенные объекты различных плотностей — к примеру, сосуды, проходящие вдоль костей или вдоль протезов. Методы КТ-диагностики позволяют медикам строить трехмерные модели кровеносной системы, головного и спинного мозга, печени, желудка, видеть любые злокачественные изменения и образования.

На этом об изобретении Вильгельма Рентгена, рентгенах и трубках с ними предлагаем остановиться — перечисленного вполне достаточно, чтобы с пониманием следить за тем, что происходит с развитием этого метода в нашей России. Теперь можно с чистой совестью присмотреться к тому, что связано непосредственно с радиоактивными элементами, с радиоизотопной диагностикой в медицине.

Радиоизотопная диагностика

1934 год можно считать датой зарождения этого метода. Именно в этом году, вскоре после открытия нейтрона Джеймсом Чедвиком, физики научились создавать искусственные радиоактивные изотопы, использовав для этого циклотрон. Кто первым придумал такую простую, логичную идею, как радиоактивная «подсветка» исследуемого органа человека изнутри, не зафиксировано, но идея эта оказалась весьма и весьма перспективной.

«Видеть» удобно — первые детекторы элементарных частиц были созданы в самом начале ХХ века. Детекторам этим все равно, откуда летит то, что им нужно зафиксировать. Если подбирать изотоп, который не дает слишком сильной дозы излучения и достаточно быстро распадается, то убиваются сразу два зайца: и пациенту вреда никакого, и врачам удобно работать. Но этот метод — плод работы как физиков, так и медиков. Атомы радиоактивного вещества соединяются с «молекулами-векторами», подобранными так, чтобы доставить этот «комплект» в нужное место в нужное время. Те самые «меченые атомы», про которые мы слышали и даже видели в давних фильмах — теперь, к сожалению, такое кино не снимают. Что дают методы радиоизотопной диагностики, логически опять же вполне очевидно:

Эксперименты с различными радиоактивными изотопами шли достаточно долго, пока не были определены самые удобные для медиков и для пациентов, исходя из очевидного принципа:

как можно меньше вреда при максимальном объеме информации

Разобравшись с этим, ученые двинулись дальше: теперь они умеют вводить такие РФП (радиофармакологические препараты), которые добираются до злокачественных опухолей и подавлять их рост — так сказать, внутренняя химиотерапия, значительно более точная и значительно более щадящая, чем традиционная. Мы уверены, что просто перечисление используемых в медицине изотопов показывает, что специалисты Росатома, их компетенции, могут и должны быть использованы в этой работе.

Углерод-11, 11С, с периодом полураспада в 20,38 минуты — нужен для оценки состояния сердца, синтеза белков, для диагностики опухолей головного мозга.

Азот-13 (N-13) с периодом полураспада 9,97 минуты — нужен для измерения кровотока.

Кислород-15 (15О) с периодом полураспада в 122,24 секунды — используется при исследованиях функции легких.

Фтор-18 (18F) с периодом полураспада в 109,8 минуты — нужен для визуализации опухолей, при диагностировании болезней Паркинсона и Альцгеймера, для определения локализации эпилептического очага.

Фосфор-32 (32P) — с периодом полураспада в 14,26 суток — для лечения от внутритканевых и внутриполостных опухолей.

Кобальт-60 (60Сo) с периодом полураспада в 5,27 лет — при лечении онкологии половых органов, слизистых оболочек, легких и головного мозга.

Криптон-85 (85Kr) с периодом полураспада 10,76 лет — для исследований функций легких.

Иттрий — 90 (90Y) с периодом полураспада 64 часа — во многом аналогичен 60Со.

Технеций-99 (99Tc) с периодом полураспада 6 часов — диагностика опухолей головного мозга, исследование легких и печени.

Индий-111 (111In) с периодом полураспада 2,8 суток — при исследовании легких, печени, головного мозга и др.

Индий-113 (113In) с периодом полураспада 1,65 часа — при исследовании печени.

Йод-131 (131I) с периодом полураспада 8,02 суток — при исследовании йодного обмена, функций печени и почек.

Ксенон-133 (133Xe) с периодом полураспада 5,2 суток — для исследования функций легких, центральной и периферической нервной системы)

Иридий-192 (192Ir) с периодом полураспада 73,8 суток — при тех же показаниях, что и 60Со.

Золото-198 (198Au) с периодом полураспада 2,7 суток — при исследовании и терапии легких, печени и головного мозга.

В развитии радиоизотопной диагностики выделяется два этапа: от первоначального накопления знаний и создания первых образцов аппаратуры — к сложнейшим комплексам, предназначенным для узких отраслей медицины. Сейчас этот метод стал новейшим направлением в нейрохирургии, онкологии, эндокринологии, кардиологии, нефрологии и др. Обработка результатов прошла практически те же этапы, что и обработка результатов рентгенологических исследований. Начинали со сцинтиграфии — визуализации двумерного изображения исследуемых органов и тканей. Метод широко распространен в США и в Европе (17 миллионов исследований в год и 12 миллионов соответственно), а в России работает всего около 200 гамма-камер, причем большинство из них давно устарели, хотя и стоят в ведущих медицинских центрах.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Следующий этап «эволюции» — однофотонная эмиссионная компьютерная томография. Слова «эмиссия» бояться не надо — так физики называют выход электронов из поверхности твердого тела или жидкости. «Однофотонный» — тоже ничего выдающегося: используются такие изотопы, которые при каждом акте радиоактивного распада испускают только один гамма-квант (фотон). А с томографией уже понятно — на выходе уже не двухмерные, а трехмерные изображения.

Двухфотонная эмиссионная компьютерная томография

Ну, и вершина развития радиоизотопной диагностики — двухфотонная эмиссионная компьютерная томография. В этом случае фиксируют сразу пару гамма-квантов, а вот возникают они, ни много ни мало, при аннигиляции позитронов с электронами. Да-да, именно так: в наших телах аннигилируют пары частиц и античастиц. Позитрон — это античастица электрона: масса та же, а вот электрический заряд противоположный, то есть положительный. Откуда эта «зверушка» появляется? Если кто-то из вас знаком с предыдущими публикациями «Геоэнергетики», то, возможно, вы помните рассказы о бета-распаде. Если не вдаваться в квантовые тонкости, то это акт полного сумасшествия мирного, спокойного нейтрона, внезапно устраивающего психическо-ядерный флэш-моб. С криком «Хочу быть дворянкой столбовою! Надоело жить без электрического заряда!» нейтрон превращается в протон, выплевывая из ниоткуда еще и электрон. Ядро получает дополнительный положительный заряд, а отрицательно заряженный электрон уносится прочь, протискиваясь через орбитали стандартного комплекта «родных» электронов атома.

Но случаются в жизни нейтронов и совсем уж буйное помешательство, когда из «ниоткуда» вылетает позитрон. Но биография позитронов, хоть и интересная, но в нашем организме — всегда короткая. Плохо им внутри нас: сначала они быстро теряют энергию, после чего встречаются с электронами. Все, дальше следует яркая вспышка, и из точки аннигиляции в строго противоположных направлениях разлетаются два гамма-кванта (гамма-квант — это все тот же фотон, только несет он на себе такую порцию энергии, которая не снилась даже рентгеновским лучам. Таким фотонам физики придумали вот такое специальное название — гамма-квант).

Технически все просто: ставят пару детекторов, каждый из которых синхронно фиксирует вот эти самые гамма-кванты. Точка аннигиляции всегда находится посередине линии отклика, дальше математика не так уж и сложна. Хотим большой точности — ставим много детекторов или перемещая пару детекторов вокруг исследуемого объекта. Обрабатываем данные (длина прямой делится пополам — вот вам и точка аннигиляции) и получаем трехмерное изображение исследуемого органа. Поскольку всякий раз писать «двухфотонная эмиссионная томографии» специалистам откровенно лениво, они придумали красивую аббревиатуру: ПЭТ — позитронно-электронная томография. Аббревиатура удобна еще и тем, что и на английском она выглядит точно так же — РЕТ. Да, большая просьба не путать медицинскую аббревиатуру с аббревиатурой нефте-химической, такой привычной и родной каждому жителю «страны-бензоколонки». Мы понимаем, что куда проще выговаривать «ПолиЭтиленТерефталат», но мы ведь предупреждали, что статья будет непростой по содержанию. Терпите!

В ПЭТ-диагностике не используется такое большое количество изотопов, как в сцинтиграфии, тут применяют только те, в которых в результате бета-распада образуются позитроны. Это всего четыре изотопа: 11С, 13N, 15O и 18 °F. Если вы еще раз посмотрите на их периоды полураспада, то поймете, что самый оптимальный из них — фтор-18, поскольку на работу с ним есть целых полтора часа. Если кому-то из вас попадется на глаза описание ПЭТ-метода, то весьма вероятно, вы обязательно наткнетесь на английскую аббревиатуру FDG-PET. FDG, уважаемые читатели — это хорошо вам знакомое русское слово, часто используемое в повседневной нашей жизни «фтороксиглюкоза». Нравится? В общем-то, это та же глюкоза, сахар, только в нее ядерные медики вместо кислорода умудряются встраивать тот самый 18 °F. Молекула ФДГ удобна для медиков тем, что задерживается в любой ткани, куда попадает, и остается на месте, пока не распадется изотоп.

Эту заметку мы предлагаем использовать как небольшой «толковый словарь» для понимания того, что предложили наши ядерно-медицинские разработчики на выставке NDExpo-2017 для здравоохранения России и всех остальных стран. От истории открытия Вильгельма нашего Рентгена — к ядерным медицинским центрам на Дальнем Востоке, в Индии и далее, надеемся — везде.