УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ

Полезная модель относится к области медицинской визуализации, в частности к радионуклидной визуализации очагов онкозаболеваний с помощью позитронно-эмиссионной томографии с использованием радиофармпрепаратов на основе генераторного изотопа галлия-68.
11
13
15
18
68
Для эффективной службы здравоохранения требуется ранняя диагностика болезней и отклонений в организме. Как следствие, существует повышенный интерес к изучению биохимических процессов в человеческом организме in vivo. Все болезни в организме происходят из-за сбоев в химической структуре ткани, вызванных вирусами, генетическими отклонениями, процессом старения. Обнаружение химических отклонений обеспечивает наиболее раннюю диагностику болезни даже еще в предсимптоматической стадии. Среди многообразия диагностических методов позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) предоставляет исследователям уникальную возможность визуализации хода биологических процессов (Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. - С.-П.: ИТМО, 2006. - 131 с. ). Используя радиофармацевтический препарат (вещество, в котором один из изотопов (С, N, O, F, Ga и др.), встроен в молекулу) можно получить ПЭТ изображения. Радиофармацевтический препарат вводят визуализируемому субъекту, у которого события радиоактивного распада радиофармацевтического препарата образуют позитроны. Каждый позитрон взаимодействует с электроном, происходит аннигиляция электрон-позитронной пары, и испускается два противоположно направленных γ-луча. Кольцевой массив детекторов излучения (гантри) диаметром 80-100 см и шириной 10-20 см, представляющих собой набор сцинтилляционных кристаллов и фотоэлектронных умножителей, соединенных с кристаллом, окружает визуализируемый субъект и определяет совпадающие события противоположно направленных γ-лучей, соответствующих аннигиляции электрон-позитронной пары. Линия ответа, соединяющая два совпадающих направления, содержит положение события аннигиляции электрон-позитронной пары. Такие линии ответа аналогичны проекционным данным и их можно восстановить для формирования двух- или трехмерного изображения. ПЭТ-исследования во многих областях остается максимально информативными, но и очень дорогими за счет применения дорогих радиофармпрепаратов, изготовленных на основе изотопов, полученных на циклотронах специально для конкретного исследования, а также использования дорогого ПЭТ-сканера.
18
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является устройство для ПЭТ/КТ (Badawi R.D., Shi Н., Hu P. et al. First Human Imaging Studies with the EXPLORER Total-Body PET Scanner. // The Journal of Nuclear Medicine. - 2019. - V.60, №3. - P. 299-303), позволяющее сканировать все тело человека с введенным радиофармпрепаратом на основе циклотронно-полученного изотопа F и имеющее поле обзора 194 см. Устройство состоит из 8 аксиальных кольцевых сборок из ПЭТ-детекторов с полем обзора 24 см и расстоянием 2,5 мм между сборками. Каждый из ПЭТ-детекторов состоит из массива сцинтилляционных кристаллов оксиортосиликата лютеция (LSO) или сцинтилляционных кристаллов ортосиликата лютеция-иттрия (LYSO), а также кремниевых фотоумножителей, считывающих сигналы с массива детекторов. Каждая кольцевая сборка обладает своей независимой системой анализа и обработки сигналов. Также устройство обладает системой компьютерной томографии (КТ).
Недостатком данного устройства является его высокая стоимость изготовления (за счет применения дорогостоящих кристаллов LSO (LYSO), использования сложной системы считывания и обработки данных, т.к. каждая сборка детекторов обладает своей независимой и дорогостоящей системой анализа и обработки сигналов, а также дорогостоящей конструкционно сложной системой компьютерной томографии), что приводит к невозможности использования устройства в экспресс-исследовании тела пациента на наличие метастазов в ПЭТ-кабинетах облегченного типа, поликлиниках, отдаленных районах и районных больницах.
Технический результат полезной модели заключается в снижении стоимости изготовления самого устройства для позитронно-эмиссионной томографии, обеспечивающей сканирования всего тела пациента, а также в возможности использования его в экспресс-исследовании на наличие онкозаболеваний в ПЭТ-кабинетах облегченного типа, а также в снижении стоимости самого исследования, проводимого с помощью вышеуказанного устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для позитронно-эмиссионной томографии содержит массив ПЭТ-детекторов с полем обзора, перекрывающим все тело обследуемого пациента, при этом каждый из ПЭТ-детекторов содержит не менее одного кристалла сцинтиллятора, соединенного с набором фотоэлектронных умножителей; а также блок считывания и обработки информации, при этом, оно выполнено в виде сплошной цилиндрической трубы, собранной из плотно прилегающих и скрепленных между собой ПЭТ-детекторов, образующих вышеупомянутый массив, при этом в качестве кристалла сцинтиллятора используется кристалл NaI, а блок считывания и обработки информации, позволяющий обеспечить одновременный сбор информации со всего вышеупомянутого массива ПЭТ-детекторов, закреплен на вышеупомянутой цилиндрической трубе.
Использование в устройстве в качестве кристаллов сцинтиллятора кристаллов Nal значительно снижает стоимость изготовления устройства для позитронно-эмиссионной томографии, что позволяет блоку анализа и обработки информации считывать и обрабатывать сигналы одновременно со всего цилиндрического массива ПЭТ-детекторов, выполненных в виде цилиндрической трубы, которая в свою очередь позволяет получить полную визуализацию исследуемого объекта без использования сложных дополнительных устройств, что также снижает стоимость изготовления устройства без вреда качеству визуализации очагов онкозаболеваний.
Ниже приведен пример конкретной реализации предложенной полезной модели.
На Фиг. 1 обозначена схема устройства для позитронно-эмиссионной томографии: 1 - цилиндрическая труба, представляющая собой массив ПЭТ-детекторов, 2 - каждый из ПЭТ-детекторов массива, 3 - кристалл NaI, 4 - набор из четырех фотоумножителей, 5 - блок считывания и обработки информации.
На Фиг. 2 представлена схема устройства, поясняющая его принцип работы: 1 - цилиндрическая труба, представляющая собой массив ПЭТ-детекторов, 2 - каждый из ПЭТ-детекторов массива, 3 - кристалл NaI, 4 - набор из четырех фотоумножителей, 5 - блок считывания и обработки информации.
Устройство работает следующим образом. Исследуемого пациента с введенным радиофармпрепаратом, в данном случае на основе генераторного изотопа Ga-68, размещают в цилиндрическую трубу 1, представляющую собой массив ПЭТ-детекторов, перекрывающих все тело пациента, где каждый детектор 2 содержит кристалл NaI 3 и четыре соединенных с ним фотоэлектронных умножителя 4. В процессе радиоактивного распада радиофармацевтического препарата образуются позитроны. Каждый позитрон взаимодействует с электроном, происходит аннигиляция электрон-позитронной пары, и испускается два противоположно направленных γ-кванта. Цилиндрический массив ПЭТ-детекторов полностью окружает визуализируемый субъект и определяет совпадающие события противоположно направленных γ-квантов, кристаллы NaI улавливают γ-кванты с энергией 511 кэВ, а соединенные с ними фотоэлектронные умножители преобразуют сигнал и подают его в блок считывания и обработки информации 5, который собирает и обрабатывает сигнал одновременно со всего массива ПЭТ-детекторов и позволяет достаточно быстро получить обработанный сигнал, который любыми техническими средствами передается врачу для экспресс-диагноза заболевания.
Таким образом, данная полезная модель позволяет проводить экспресс-сканирование всего тела пациента и определение наличия или отсутствия онкообразований в органах и тканях пациента при низкой себестоимости, как самого изготовления устройства, так и стоимости исследования, проводимого с помощью него.