Кафедра общей и медицинской физики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей и медицинской физики

 

Доклад

по теме:

 

«SPECT-томография.»

 

студента гр.РЗ-171

Радуш В.В.

 

проверил:

стар.пед.Маничева Н.В.

 

Одесса-ОНПУ

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1.SPECT-томография. Историческая справка………………………………3-7

2.Устройство томографа……………………………………………………..7-9

3.Использование томографии в медицине………………………………...9-14

4.Преимущества и недостатки……………………………………………14-15

5.Перспективы дальнейшего использования…………………………….15-17

6.Выводы………………………………………………………………………17

Литература

 

 

Введение. Современная медицина располагает большим набором диагностических методов и методик, основанных на различных физических принципах и технологиях.

В диагностическом багаже врачей имеются рентгенография, компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвуковая диагностика (УЗД), радиоизотопные методики, такие как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и о днофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ).

ОФЭКТ (ОДНОФОТОННАЯ ЭМИССИОННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ) – диагностическая процедура ядерной медицины, которая позволяет врачам визуализировать функции организма путем получения трехмерных изображений тела.

В медицинских ОФЭКТ-исследованиях для регистрации фотонов и получения данных применяются системы, состоящие из одной или нескольких вращающихся гамма-камер.(Рис1.1.)

Этот современный метод наилучшим образом применяется в онкологии и кардиологии.

Особенно широко технология ОФЭКТ применяется в онкологии, так как позволяет точнее определять наличие или отсутствие заболевания, а также степень его выраженности. Эта современная технология идеально подходит для задач, связанных с визуализацией опухолей, например, для исследований пациентов с метастатическим раком молочной или предстательной железы, первичным раком кости, нейроэндокринными опухолями, аденомами околощитовидной железы, невромами, раком печени, нейробластомами или множественными миеломами. Данная технология позволяет формировать 3D-изображения.(Рис.1.2)

История развития. Казалось, что в атомный век, который последовал за Второй мировой войной, энергию расщепленного ядра начнут использоваться повсеместно.

На этой волне оптимизма в 1946 году в американской прессе появилась заметка об использовании «радиоактивного коктейля» для лечения рака щитовидной железы. Щитовидка абсорбировала радиоактивный йод, который убивал раковые клетки.

Ядерная медицина окончательно сформировалась в 60-х, когда начали использовать технологию «горячих пятен» для диагностики бессимптомных форм рака легких. Затем эта методика стала использоваться для диагностики раковых заболеваний печени, селезенки, головного мозга и желудочно-кишечного тракта. В 1971 году Американская Медицинская ассоциация рекомендовала выделить ядерную медицину в отдельную отрасль.

Вместе с ядерной медициной развивались и технологии записи изображения.

Поначалу к органу просто приставляли счетчик Гейгера. Первое изображение было получено в 1950 году прямолинейным сканером, разработанный Бенедиктом Кассеном, который стал признанным отцом устройств визуализации человеческих органов.

Его перовое автоматическое сканирующие устройство, моторизированный сцинтилляцирующий сканер, объединённый с принтером, генерировал изображение радиоактивного йода, который аккумулировала щитовидная железа. Это тип сканера использовался до начала 70-х годов для визуализации различных органов и радиофармпрепаратов.

В конце 50-годов ХолАнгер разработал сцинтиллятор, который позволил наблюдать процесс в динамике. Впервые камера Ангера была представлена на ежегодной встрече Общества специалистов по ядерной медицине в 1958 году. Но коммерческое использование устройства началось лишь в 60-х годах компанией NuclearChicago. Siemens приобрел права на камеру Ангера у 1979 году в компании SearleAnalytic, которая перекупила его в 1970 году у NuclearChicago.

В конце 50-х, независимо от с Ангера, Дэвид Коул и Рой Эдвард разработали концепцию работы методики ОФЕКТ.Они предложили получать кросс-секциональное изображение радиоизотопов в теле. Коул финансировал разработку новой методики и получил первое томографическое изображение всего тела в середине 70 годов. Его методика расчистила дорогу для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Разработка Майклом Фелпсом в 1973 году первой ПЭТ системы и синтез соединения 18F-фтордеоксиглюкоза положило начало использованию позитронно-эмиссионной томографии в онкологии.

Поскольку раковые клетки поглощают глюкозу в 10 раз больше, чем нормальные клетки, то злокачественные новообразования проявляются при ПЭТ сканировании яркими пятнами. А синтез соединения рубидий-82 в конце 80 годов позволил использовать метод для исследования перфузии миокарда.

ПЭТ сканирование оставалось элитным методом исследования до 90 годов. Основным тормозом развития методики – необходимость циклотрона для выработки радиофармпрепаратов, дорогое обслуживание и техническая эксплуатация циклотрона, высокая стоимость рубидия при относительно низкой цене кардиологической однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, да и сама дороговизна ПЭТ сканера. Но наиболее существенное ограничение – это отсутствие четкой локализации при ПЭТ сканировании.

Эта проблема была решена в 1998 году путем гибридного использования ПЭТ и КТ сканирования Дэвидом Таунсендом и РономНаттом из Питтсбурского университета. Широкое использование комбинированного метода началось в 2000 году. Первый прототип ПЭТ/КТ сканера был разработан и построен в 1998 году в Ноксвилле, штат Теннеси, где сейчас размещается подразделение Siemens.

Несколько факторов расширили эту область медицинской визуализации. Один из них – Национальная комиссия упростила механизм по одобрению радиофармпрепаратов (РФП). Это дало возможность использовать диагностический метод в федеральных социальных программах. Частные компании и фонды сразу подключиться к производству РФП и ПЭТ/КТ. Томография стала распространенным методом исследования онкологических больных.

Затем последовало распространение и коммерциализация комбинированной методики ОФЭКТ/КТ сканирования, которое только начинает набрать обороты. Хотя он был разработан перед ПЭТ/КТ сканером. Доктор Брюс Хасегава из Калифорнийского университета создал и разработал прототип нового ОФЭКТ/КТ сканера в начале 90 годов.

По иронии судьбы, само название «ядерная медицина» стала вызывать негативные ассоциации в связи с авариями на атомной станции в Чернобыле и Три-Майл-Айленде. И сейчас специалисты предпочитают использовать термин «молекулярная визуализация», привязывая его к понятию «персонализированной медицины».

 

Технологии медицинской визуализации продолжают усовершенствоваться, делаются новые открытия и кто знает, может скоро сбудется мечта всех врачей – точная диагностика в течение нескольких минут.

 

Структура томографа и используемые изотопы. В состав современной гамма-камеры входят (см. Рис. 2.1)

• многоканальный коллиматор, выделяющий направление гамма-квантов;

• сцинтиллятор большой площади
(~ 60×45 см);

• матрица из ФЭУ;

• электроника, с помощью которой извлекается информация о координатах и интенсивности сцинилляции;

• ЭВМ, в котором строится сцинтиграфическое двумерное изображение исследуемого органа.

Чтобы получить информацию о направлении вылета из человеческого тела γ-квантов, происходит их коллимация в многоканальном коллиматоре. Сцинтиллятор детектора просматривается матрицей фотоумножителей. Таким образом определяется направление прихода γ-кванта, что дает возможность реконструировать точку его испускания. Дальнейшее развитие радиоизотопной диагностики привело к созданию однофотонных эмиссионных компьютерных томографов (ОФЭКТ). В этих томографах трехмерное изображение получается путём компьютерной обработки серии плоскостных сцинтиграмм.

Подавляющее большинство диагностических процедур (~80%) при помощи техники сцинтиграфии и ОФЭКТ выполняется в течение последних 30 лет с препаратами 99mTc. Однако используют и другие радиоизотопы. В таблице приведены некоторые изотопы, используемые в диагностике

 

 

Таблица 3.1 «Используемые изотопы»
Изотоп	T1/2	Орган
201Tl	73 ч	Сердце
99mТс	6 ч	сердце, легкие, почки, кости, костный мозг
67Ga	78 ч	Сердце
131I	8 дн	лёгкие, головной мозг, почки, печень и др
189Au	28.7 м	печень, лимфоузлы
111In	2.8 дн	Печень

Так для сцинтиграфии сердца использют201Tl, пирофосфат99m Тс, 67Ga. Галлий, например, накапливается в воспалительных очагах в сердце, что проявляется на сцинтиграммах. При сцинтиграфии легких: с помощью альбумина, меченного 131I или 99m Тс, на сцинтиграммах обнаруживают зоны значительного уменьшения накопления изотопа, что свидетельствует о тромбоэмболии легочной артерии. Изображение костного мозга можно получить с помощью серного коллоида, меченного технецием 99m Тс, который накапливается в клеточных элементах костного мозга. При острых лейкозах, у больных миелосклеирозом, при лимфогранулематозе в изображениях костного мозга имеются особенности. Сцинтиграфия щитовидной железы проводится с помощью препаратов 131I или 99m Тс, что позволяет диагностировать в ней узловые образования.

 

Применение в медицине. Сегодня, чтобы узнать всё о состоянии своего здоровья, нет необходимости сдавать множество анализов, проходить различные исследования, бегать по платным клиникам в поисках хорошего врача, который поможет разобраться в причине недомогания. Всё, что нужно, — записаться на компьютерную томографию, которая за считанные минуты выдаст всю необходимую информацию о том или ином органе, ткани.

Процедура абсолютно безопасна и, в отличие от других диагностических методик, обладает способностью выявлять заболевание на первичном этапе его развития, когда человек ещё не ощущает никаких симптомов. Однако наука не стоит на месте. Придумываются всё более совершенные методики с использованием высокотехнологического оборудования. Так, ОФЭКТ КТ позволяет получить информацию о функциях организма в трёхмерном изображении.

ОФЭКТ-система является важнейшим исследовательским методом в современной диагностике. Отличие однофотонной эмиссионной томографии от КТ является способность первой распознавать патологические процессы на молекулярном уровне с помощью радиоактивных молекул и атомов. В основе же компьютерной томографии лежит рентгенологический метод.

Однако оба исследования не обходятся друг без друга. Диагностики проводятся последовательно, а затем объединяются вместе в одном аппарате. При осуществлении ОФЭКТ оценивается функционирование органов, в то время как КТ позволяет получить точные данные относительно анатомического строения их тканей. Таким образом, появляется возможность совместить эти две процедуры для получения дополнительной информации о состоянии организма.

Однако оба исследования не обходятся друг без друга. Диагностики проводятся последовательно, а затем объединяются вместе в одном аппарате. При осуществлении ОФЭКТ оценивается функционирование органов, в то время как КТ позволяет получить точные данные относительно анатомического строения их тканей. Таким образом, появляется возможность совместить эти две процедуры для получения дополнительной информации о состоянии организма.

ОФЭКТ КТ осуществляется следующим образом. Специалист вводит пациенту в вену специальный препарат – радиофармпрепарат(РФП)(Рис.3.1). После этого вокруг тела больного начинают двигаться 2 камеры – детекторы томографа.

Сам процесс осуществляется с помощью специальных программ. Затем получается серия изображений, на которых фиксируется концентрация введённого препарата в том или ином органе. В итоге появляется возможность просматривать каждый участок тела по отдельности, от одного к другому. Благодаря этому специалист может увидеть полную реконструированную картину, состоящую из нескольких снимков, на которых визуализируются все органы и ткани в плоскостных срезах.

Стоит сказать, что в отличие двухмерной модели (сцинтиграммы), ОФЭКТ КТ даёт возможность получать снимки в трёхмерном изображении. После этого доктор складывает полученные срезы и получает объём функционирующей ткани. Такой диагностический метод просто необходим при выявлении онкологических заболеваний.

Исследование позволяет визуализировать степень распространения опухоли, её месторасположение, а также метастазы. Концентрация радиофармпрепарата позволяет определить вещественный обмен в тканях, получить данные о функционировании того или иного органа, а также выявить нарушения на самых ранних стадиях. Это даёт возможность увидеть патологические изменения ещё до формирования очагов при проведении КТ или МРТ.

Как же определяются нарушения при проведении ОФЭКТ КТ? В процессе диагностики визуализируется очаговый дефицит РФП. Патологические процессы на изображении получаются либо слишком яркими, либо тёмными. Поскольку картинки, полученные в процессе проведения однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, получаются нечёткими, с низким разрешением, то специалист сопоставит их с рентгенологическими, полученными благодаря КТ.

Компьютерная томография, в свою очередь, проводится следующим образом. Пациент укладывается на кушетку, которая помещается в кольцо, оснащённое сканером. В ходе проведения процедуры получается 3D изображение. Не стоящие на месте диагностические технологии позволили совместить результаты этих двух исследований. В итоге был создан гибридный аппарат, который удачно объединил в себе КТ и ОФЭКТ. Функционируют аппаратные установки при помощи тех же камер, которые устанавливаются на двигающемся по кругу рентгеновском кольце.

Таким образом, при проведении ОФЭКТ оценивается функционирование системы или органа пациента. Компьютерная томография, в свою очередь, отвечает за топографические данные. Благодаря этому специалист получает всю необходимую информацию о состоянии исследуемого органа с помощью точных и выровненных изображений ОФЭКТ КТ, на которых визуализируется патологический очаг. Кроме того, компьютерная томография используется в качестве корректирования затухания на ОФЭКТ-снимках.

Распределяет препарат по организму пациента в течение 3-х часов. Сама диагностика занимает 30-40 минут. Никаких побочных эффектов после введения радиофармпрепарата не происходит. Получить рентгеновское или ионизирующее облучение в процессе ОФЭКТ КТ также не представляется возможным из-за мизерного воздействия лучей на человеческий организм.

Единственным противопоказанием к проведению диагностики специалисты отмечают беременность и период лактации. Считается, что даже минимальная доза облучения способна причинить вред плоду и новорожденному. Если доктор всё же назначил кормящей женщине пройти ОФЭКТ головного мозга или любого другого органа, то специалисты рекомендуют остановить вскармливание младенца на 1 день.

В течение суток после исследования рекомендуется употреблять много жидкости, поскольку радиофармпрепарат выводится с мочой. Концентрация радионуклидов в организме сокращается вдвое каждые 6 часов. Если пройти диагностику рекомендуется маленьким детям, которые в силу своего возраста не способны лежать в одном положении в течение получаса, то потребуются услуги анестезиолога. Врач введёт ребёнку безопасный снотворный препарат.

Показанияк однофотонной эмиссионной компьютерной томографии:

1.Рак легких

2.Лимфомы

3.Метастазы

4.Злокачественный процесс в ЖКТ

5.Новообразования в мозге и шейных органах

6.Рак молочной железы

7.Злокачественные меланомы кожных покровов

В исключительных случаях ОФЭКТ назначается для поиска скрытого опухолевого процесса при наличии метастазирования. Кроме того, диагностика позволяет выявить воспалительные процессы, а также невралгические и кардиологические заболевания. Необходимость в проведении определяет только врач.

Никакой предварительной подготовки исследование не требуется. Единственной рекомендацией является опорожнение мочевого пузыря. Это необходимо для того, что концентрация в нём РФП не помешала проведению обследования.

В процессе осуществления ОФЭКТ следует быть готовым к полной неподвижности. Любое движение может спровоцировать несоответствие снимков КТ и ОФЭКТ. Как следствие, сложности в оценке и постановке диагноза.

 

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

Технология ОФЭКТ/КТ позволяет:

1. точнее определять наличие или отсутствие заболевания, а также степень его выраженности;

2. назначить точный и четкий план лечения;

3. проводить коррекцию объема хирургического вмешательства, за счет точного определения локализации патологического очага;

4. исследовать практически все органы и системы человеческого организма на функциональном уровне – скелет, молочные железы, печень, почки, щитовидную железу, паращитовидные железы;

5. проводить динамическую сцинтиграфию желчевыделительной системы;

6. точно выявить очаги патологического накопления радиофармпрепаратов (РФП);

7. быстро и точно совмещать радиоизотопные и КТ-изображения, получаемые при обследовании пациента;

8. диагностировать даже самые мелкие опухолевые очаги;

9. обследовать всё тело пациента;

10. провести исследование за 20-30 минут.

Недостатки:

1. невозможность проведения процедуры в период беременности;

2. наличие (пусть и небольшой) лучевой нагрузки на организм.

Перспективы развития. На данный момент ОФЕКТ активно вытесняет сцинтиграфический метод исследования, хотя методически ОФЭКТ является составной частью (продолжением) сцинтиграфического исследования. Для ее выполнения нет необходимости в какой-либо специальной подготовке и дополнительных препаратах. Для ОФЭКТ, так же как для пленарного изображения, используются стандартные проекции (передняя, LAO 40—45°, LAO 65—70° и/или левая боковая). ОФЭКТ-изображения обеспечивают хорошую перекрестную топономику и трехмерную реконструкцию, что значительно улучшает определение очага поглощения РФП (радиофлюросцессивныйпреппарат).

С учетом того, что пространственное разрешение ОФЭКТ составляет от 4 до 6 мм, выявляются практически все увеличенные ОЩЖ. Наличие картины пространственного распределения РФП в различных срезах позволяет установить источник патологической фиксации изотопа и убирает наложения («шумы»), которые неизбежно имеют место при выполнении планарной сцинтиграфии.

При сравнении изображений, получаемых при ОФЭКТ, с данными планарной сцинтиграфии большинство исследователей отмечают существенное уменьшение количества как ложноотрицательных, так и ложноноложительных ответов. ОФЭКТ-изображения, или передние косые проекции, очень полезны для определения более точной локализации патологически измененных ОЩЖ, когда при использовании других методов велика вероятность ошибки. В первую очередь это касается опухолей эктопированных ОЩЖ и топической диагностики при рецидивах ПГПТ. Чувствительность ОФЭКТ при данном характере патологии составляет 86,8%. ОФЭКТ имеет преимущества перед пленарной сциптиграфией при аденомах ОЩЖ, особенно при быстром вымывании РФП. Одной из технических особенностей пленарной сцинтиграфии при патологии ОЩЖ является motionartifact, объясняемый невозможностью положить пациента дважды в одинаковую позицию. Искажения, которые неизбежно возникают при планарной сцинтиграфии, должны выявляться и корректироваться. При выполнении ОФЭКТ этого не происходит.

У ОФЭКТ, как у всякой «молодой» методики, есть хорошие перспективы дальнейшего развития. ОФЭКТ-изображения имеют большую контрастность, чем планарные сцинтиграммы, причем качество изображения можно улучшить за счет использования коллиматоров высокого разрешения и сокращения расстояния между источником излучения и детектором. Ученые предложили использовать ОФЭКТ в две фазы подобно сцинтиграфии. На I этапе через 15 мин после внутривенного введения 600 MBK 99mTc-sestamibi выполняется ранняя фаза, в то время как поздняя — через 120 мин после специальной укладки больного, обеспечивающей максимальную идентичность положения шеи и грудной клетки на столе. Для устранения данного «неудобства» ученые предложили использовать две метки, нанесенные лазерными маркерами, ориентирами для которых были линии по верхнему краю орбиты (поперечная метка) и середине носа (вертикальная метка). При каждой укладке пациент размещался точно в соответствии с нанесенными ранее метками, при этом смещение было минимальным. При планарной сцинтиграфии наиболее сложными в плане интерпретации являются случаи сочетанных заболеваний ОЩЖ и ЩЖ, дающие большинство ложноположительных результатов. Возможностей у ОФЭКТ в подобных случаях больше, как правило, за счет конкретизации распределения РФП по глубине.

Выводы: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ или ОЭКТ)— разновидность эмиссионно томографии; диагностический метод создания томографических изображений распределения радионуклидов. В ОФЭКТ применяются радиофармпрепараты, меченные радиоизотопами, ядра которых при каждом акте радиоактивного распада испускают только один гамма-квант (фотон) (для сравнения, в ПЭТ используются радиоизотопы, испускающие позитроны, которые, в свою очередь, при аннигиляции с электроном испускают два гамма-кванта разлетающиеся в разные стороны вдоль одной прямой).

ОФЭКТ применяется в кардиологии, неврологии, урологии, в пульмонологии, для диагностики опухолей головного мозга, при сцинтиграфии рака молочной железы, заболеваний печени и сцинтиграфии скелета.

Данная технология позволяет формировать 3D-изображения, в отличие от сцинтиграфии, использующей тот же принцип создания гамма-фотонов, но создающей лишь двухмерную проекцию.

 

 

ЛИТЕРАТУРА:

1) «Однофотонная эмиссионная компьютерная томография в современном диагностическом процессе»- 2013.-URL: https://volynka.ru/Articles/Text/50

2) «Избранные истории о развитии медицинской визуализации. Часть 2.»- 2013.- URL: https://medexim.ua/blog/medimaging-2.html

3) «Что такое однофотонная эмиссионная томография, какие показания и подготовка?»-2016.-URL: https://mrtbest.ru/kt/odnofotonnaya-emissionnaya-tomografiya.html