До рентгена аналогом томографии в медицине служил предложенный русским врачом Пироговым метод плоскостного анатомического среза. По атласам Пирогова, созданным в анатомических театрах, где в разных плоскостях разрезались замороженные трупы, обучались поколения студентов и хирургов.
В классической — линейной — рентгеновской томографии, рентгеновская трубка и фотопленка движутся согласованно относительно тела пациента так, что четким оказывается изображение только на определенной плоскости, а остальное размывается, не мешая анализу. Идею предложил в 1914 году поляк Кароль Майер и разработал в начале 20-х годов французский врач Андрэ Бокаж. Технология устарела, но применяется до сих пор, в том числе и в России.
Компьютерная томография — метод математического моделирования изображения по анализу ослабления радиационного излучения в тканях организма — стала нормой диагностики благодаря исследованиям американского физика Аллана Кормака и английского инженера Годфри Хаунсфилда, за что они в 1979 году получили Нобелевскую премию.
Промышленный метод томографической диагностики материалов был разработан советскими учеными еще в 30-40-е годы, гамма- и нейтронные интроскопы применялись в авиационной промышленности и для анализа процессов в ядерных реакторах. Но пионерские исследования наших математиков и конструкторов не дошли до широкого применения в медицине. В России только один российский компьютерный томограф (создан в петербургском "ускорительном" институте НИИЭФА), он работает в 83-й горбольнице Москвы.
"Росатом" дает радиоактивные элементы, "Филипс" — томографы
Соглашение госкорпорации "Росатом" и компании Royal Philips Electronics о совместном производстве томографов должно ликвидировать отставание нашей страны в ядерной медицине. Суть соглашения в следующем: "Филипс" передает "Росатому" права на производство эмиссионных компьютерных томографов, "Росатом" производит для томографов "Филипса" циклотроны, вырабатывающие радиоактивные элементы, и химические лаборатории, в которых готовятся радиофармпрепараты. Научно-технологические разработки обеих сторон станут их общим достоянием.
Компьютерный томограф
Фото: Philips
— Сейчас 98% диагностической техники у нас импортируется, — говорит Михаил Лобанов, ведущий специалист программы "Радиационные технологии" "Росатома". — Мы разработали программу развития ядерной медицины, которую президент Медведев утвердил и дал поручение правительству финансировать проект. Также были внесены поправки в 94-й закон, которые позволяют проводить офсетные сделки. В развитых странах такой формат часто используется. Например, если Швейцария закупает у России никель, то встречное требование к России такое, чтобы мы закупали шоколад. С "Филипсом" примерно то же — если "Филипс" получает заказ на организацию совместного производства в России и поставляет запчасти, то за это они передают нам технологии. Можно, конечно, просто пойти к Филипсу и купить томографы. А можно купить томографы, а еще организовать производство в России и впоследствии установить его на мировом уровне.
Оборудование предполагается производить следующее: однофотонные эмиссионные компьютерные томографы, совмещенные с аппаратами компьютерной томографии (ОФЭКТ-КТ), отдельно ОФЭКТ — без компьютерных томографов, а также позитронно-эмиссионные томографы, совмещенные с аппаратами компьютерной томографии (ПЭТ-КТ). Кроме этого, циклотроны для радиоактивных элементов и радиофармакологические лаборатории. На все ОФЭКТ-КТ, произведенные по технологии "Филипс", у "Росатома" эксклюзивное право — установки будут производиться только в России, а продаваться могут по всему миру. Аппараты ОФЭКТ (без КТ) и ПЭТ-КТ обладают правом эксклюзивной дистрибуции на территории стран СНГ и Монголии.
— На заводе в России будет производиться сборка томографов, — продолжает Лобанов. — Не надо думать, что сборка — это для дилетанта с отверткой. Это очень трудоемкий и сложный процесс. Только в ОФЭКТ более 14 тысяч деталей — гораздо больше, чем в серийном автомобиле. Ведь как работает "Филипс", да и другие производители тоже? Никто никогда не делает все сам. "Филипс" не производит кристаллы для томографов, не делает детекторы, стол для пациента и кожаную обивку для стола — покупает стол в одном месте, кожу в другом, кристаллы в третьем. Все это приходит к ним на завод, и их ноу-хау не в том, чтобы произвести все компоненты — они не умеют делать до 80% деталей, — а в том, чтобы все это правильно собрать, и чтобы все это правильно работало. Именно за это они получают свои деньги.
Первый томограф должен быть собран в первый же год. Сначала будет сборка из крупных блоков, которые поставит "Филипс", потом на заводе начнут собираться более мелкие детали, потом часть оборудования начнет производиться на месте. Соглашение предусматривает совместную работу в течение шести лет, за первые пять предполагается произвести 300 томографов ОФЭКТ и ОФЭКТ-КТ, а также 50 комплексов ПЭТ-КТ.
— Это все ручная сборка, выверенное до мелочей производство, не конвейер, — говорит Лобанов. — Однако большая часть специалистов в России будет задействована не на сборке, а в центре технологических разработок, потому что необходимо двигаться дальше. Если заниматься только сборкой того, то через 5 лет мы снова будем отставать. Поэтому наше стратегическое партнерство с "Филипс", помимо производства, подразумевает как минимум еще две вещи. Первое, это создание совместного научного центра. Второй аспект — создание ПЭТ-центров по всему миру. У "Филипса" есть свой ПЭТ-КТ сканер — но у них нет своего циклотрона и своей радиохимической лаборатории.
В позитронно-эмиссионных томографах используются радиоактивные материалы с коротким периодом полураспада. В основном это фтор-18, у которого он чуть больше часа. У некоторых препаратов период полураспада может составлять и 15 минут, и 2 минуты. То есть циклотрон, вырабатывающий радиоактивные элементы, должен быть близко от ПЭТ-сканера. Чтобы препарат не распался прежде, чем его довезут до пациента.
— В нашем партнерстве мы будем поставлять циклотроны, защитные боксы, радиохимические лаборатории, а "Филипс" будет поставлять ПЭТ-сканер, — объясняет Лобанов. — Все это будет продаваться как одно большое решение под ключ, и по всему миру.
Позитроны и фотоны ищут опухоль
Основная причина использования короткоживущих изотопов — стремление снизить лучевую нагрузку на пациента. Чем короче период распада, тем меньше доза излучения, которое получит человек при введении радиофармпрепарата.
— Существует заблуждение, что лучевая нагрузка на пациента, — говорит Александр Фролов, заместитель директора программы "Радиационные технологии", — то есть та доза радиации, которую он получает при обследовании, какая-то неимоверно большая и опасная для здоровья, если радиофармпрепарат вводится внутрь. На самом же деле, доза одного исследования с радиоизотопами на ОФЭКТ составляет около 5 миллизиверт. А доза при стандартной компьютерной томографии, при внешнем облучении — порядка 20 миллизиверт. При ПЭТ-сканировании это зависит от вводимого препарата, но в среднем около 10 миллизиверт. Исследования с радиоизотопами и исследования рентгенографические друг друга дополняют. И когда нет необходимости применять внешнее рентгеновское томографирование, используется только ОФЭКТ-сканер.
Распавшиеся изотопы фармпрепарата выводятся из организма естественным путем, для ускорения процесса применяются стандартные мочегонные средства.
— Ключевой элемент, который используется для ОФЭКТ-диагностики, — объясняет происхождение термина "однофотонный" Александр Фролов, — это технеций-99-м, где "м" — метастабильный. Переход из метастабильного состояния в стабильное происходит с испусканием одного гамма-кванта, фотона, который и фиксируется на кристалле томографа. Там, где препарата с технецием скапливается больше, а это могут быть места опухолевого процесса, гамма-кванты регистрируются чаще, за счет чего получается томографическое изображение.
В позитронно-эмиссионном томографе несколько другой принцип действия. Изотоп фтора-18 или другой радиоактивный элемент — позитронный эмиттер, при распаде испускает позитрон (это античастица электрона), который аннигилирует при столкновении с электроном и испускает два гамма-кванта. Замедление позитрона происходит в более плотной ткани, что может быть признаком опухоли. Детектор улавливает следы аннигиляции в определенном слое, и по их сумме томограф выстраивает изображение.
Принципиальное отличие метода компьютерной томографии (с внешним облучением) от ОФЭКТ или ПЭТ-сканирования в том, что при нем делается как бы анатомический срез внутренних органов человека. При внутреннем же введении радиологических фармпрепаратов врач получает возможность увидеть, как функционирует отдельный орган. Это позволяет диагностировать онкологические заболевания на стадии, когда анатомической опухоли еще нет, и никакой компьютерный томограф ее не покажет. А ОФЭКТ или ПЭТ-диагностика может выявить начало патологических изменений.
— Целью ОФЭКТ-исследования является визуализация очаговых зон поражения, онкологических образований, зоны активного роста клеток, — говорит Дмитрий Киселев, руководитель отдела систем визуализации Philips Healthcare в России. — И это не обязательно онкология. Например, кость сломалась, но не может срастись. Скажем, человек ходит, наступает на сломанный палец, и из-за этого кость не срастается. И продолжает болеть — на обыкновенном рентгене, при компьютерной томографии этого не увидишь. А ОФЭКТ-система показывает, что вот в этом месте может быть трещина.
Изображение при внутриизотопном сканировании получается менее контрастным, чем при обычной томографии, и бывает непросто определить, где именно накопление радиофармпрепарата. Поэтому и применяется комбинированное обследование, с использованием совмещенного аппарата ОФЭКТ-КТ, способного сканировать пациента сразу двумя способами. Первый, ОФЭКТ-сканирование, позволяет получить картину концентрации радиоактивных частиц, второе, КТ-сканирование, делает анатомически точное изображение. Анализ двух изображений позволяет врачу безошибочно определить место, где происходит накопление радиоизотопов.