Для чого в лікарнях прискорювачі частинок (як працює томографія)

Позитрон-емісійна томографія, ПЕТ — метод медичної радіоізотопної діагностики, заснований на застосуванні радіофармпрепаратів (РФП), мічених ізотопами, які і є випромінювачами позитронів.

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Цей шприц містить радіоактивну форму глюкози, відому як фтордизоксіглюкоза, або ФДГ (FDG).
Лікар зараз введе зміст цього шприца у вену руки пацієнта, в якого він намагається виявити рак за допомогою ПЕТ-сканера.
ВДГ швидко поширюється по усьому тілу пацієнта.
Якщо у нього є пухлина, то її клітини інтенсивно споживатимуть значну частину ФДГ, яка діятиме як сигнальний маркер для сканера.
Радіоізотопні індикатори, такі як ФДГ, є одним з найкращих інструментів у медичній діагностиці.
І їхнє існування починається в прискорювачі частинок усього лише годиною раніше.
Прискорювач частинок, про який йдеться, називається циклотроном.
І він часто розміщується в бункері на території лікарні.
У ньому використовуються електричні магнітні поля для прискорення заряджених частинок, на кшталт протонів, по спіралі всередині циклотрона.
Коли протони досягають своєї максимальної швидкості, вони потрапляють у мішень, що являє собою кілька мілілітрів води, в молекулах якої міститься важка форма оксигену під назвою оксиген-18.
Коли протон стикається з одним із цих важких атомів оксигену, то вибиває з його ядра субатомну частинку — нейтрон.
Це зіткнення перетворює оксиген-18 у флуорин-18, радіоактивний ізотоп, який може бути виявлений при ПЕТ-скануванні.
Трохи менше, ніж через 2 години приблизно половина флуору зазнає радіоактивного розпаду, тож у лікарів є зовсім небагато часу для проведення сканування.
То як саме флуор-18 використовується для виявлення захворювань?
Радіохіміки в лікарні проводять ряд хімічних реакцій, щоб приєднати радіоактивний флуор до тих чи інших молекул, створюючи радіомаркери.
Вид маркера залежить від того, що саме лікарі хочуть спостерігати.
ФДГ є найбільш поширеною, оскільки швидкість, з якою клітини споживають глюкозу, може показати скупчення пухлинних клітин, локалізацію інфекції, або порушення функцій мозку при деменції.
ФДГ тепер готова до початку сканування пацієнта.
Коли радіоактивний ізотоп з молекулою проникає в організм, він подорожує по системі кровообігу і, зрештою, опиняється всередині мозку, або в ракових клітинах.
Через кілька хвилин значна кількість маркера накопичується в цільовій зоні.
Решта ж зазнає розпаду, або є продовжує циркулювати в організмі.
Тепер лікарі бачать свою ціль завдяки ПЕТ, або позитрон-емісійній томографії.
Випромінювання радіоактивних ізотопів робить це можливим.
Ізотопи, що використовуються в ПЕТ, здатні до емісії позитронів в процесі розпаду.
Позитрони — це, фактично, ті ж електрони, але з додатним зарядом.
Після емісії позитрон майже одразу стикається з одним з електронів середовища.
Це викликає анігіляцію, реакцію, в якій маса обох частинок перетворюється на два високоенергетичних фотони, які випромінюються у взаємно-протилежних напрямках.
Ці фотони реєструються масивом спарених детекторів, розташованих по периметру сканера.
Програмне забезпечення сканера використовує ці детектори для визначення того, де саме всередині тіла відбулася анігіляція і, як наслідок, для створення 3Д-карти розподілу мічених атомів.
ПЕТ-сканери можуть виявити ракові клітини ще до того, як їх можна буде виявити, використовуючи інші види томографії.
Вони також радикально змінюють діагностування хвороби Альцгеймера, дозволяючи лікарям бачити амілоїди — аномальні скупчення білків, які неможливо виявити іншим способом окрім розтину.
Тим часом дослідники активно працюють над розробкою нових маркерів і над розширенням можливостей використання позитрон-емісійної томографії.
Але, враховуючи іонізуюче випромінювання і ядерні реакції всередині тіла, чи безпечним є таке сканування?
Навіть, якщо не існує мінімальної небезпечної дози опромінення, доза, яку організм отримає під час сканування ПЕТ, насправді є досить низькою.
Дозу за один сеанс ПЕТ можна порівняти з дозою, яку ви отримаєте за 2-3 роки від природних джерел радіоактивності, таких як газ радон, або з дозою, яку отримає пілот через космічне випромінювання за 20-30 трансатлантичних рейсів.
Більшість пацієнтів вважають, що ці ризики прийнятні, враховуючи можливості діагностики для лікування їхніх хвороб.