Аппаратура для ПЭТ

Если два детектора одновременно зарегистрируют сигнал (т.е. происходит «совпадение»), можно утверждать, что точка аннигиляции находится на линии, соединяющей детекторы. Этот факт позволяет отказаться от использования для определения направления полёта у-квантов свинцовых коллиматоров (как это принято в ОФЭТ), которые существенно ослабляют эффективность детектирования за счет уменьшения числа доступных для регистрации направлений движения у-кваитов. Отличие ПЭТ от других методов томографии заключается в использовании принципа электронной коллимации, что увеличивает разрешающую способность прибора при введении меньших доз РФП. Отсечка незначительного числа у-квантов, отклонившихся от прямой траектории при столкновении с ядрами других атомов (явление рассеяния), а также случайных совпадений происходит во время предварительной обработки данных путём задания энергетического и временного окон регистрации.

Рис. 11. Схема системы построения изображения в ПЭТ. 2/)-изображение точечного источника у-излучения. Излучение отсортировано энергетическим дискриминатором. Типичные размеры поля зрения меньше или равны 15×15 см²

Рис. 12. Схема совпадения аннигиляционных фотонов.

Аппаратура для ПЭТ содержит 24^-32 кольца с детекторами у-излучения, причём каждое такое кольцо содержит сотни сцинтиллирующих кристаллов, что обеспечивает реализацию нескольких миллионов линий отклика (LOR). Высокопроизводительная гамма-камера обладает большим полем обзора, и изменяемой геометрией детекторов, что позволяет выполнять планарную и ПЭТ визуализацию, а также ОФЭКТ для кардиологических исследований.

В детекторе для ПЭТ обычно используется сцинтиллятор на основе Bi₄Ge₃0_I2 (германганат висмута, BGO), который обеспечивает большую эффективность счёта, чем BaF₂. С другой стороны, BaF₂ имеет более быстрое время высвечивания, что делает его лучше пригодным для приложений,.

где необходимо хорошее разрешение по времени. В ПЭТ/КТ устройствах применяют сцинтилляционные детекторы на основе монокристаллов оксиортосиликата лютеция (Lu₂Si0₅, LSO).

Рис. 13. Внешний вид ПЭТ томографа.

ПЭТ томограф позволяет проводить исследования не только одного органа или анатомической области (головной мозг, сердце, молочная железа и т. п.), но и любых по протяженности анатомических областей, включая исследования всего тела.

Клинический ПЭТ должен поддерживать широкий диапазон скоростей счёта без существенных потерь в разрешающей способности и линейности. В исследованиях с высокими скоростями счёта, такими как кардиоисследования с ^8aRb, необходимы высокие активности РФП. При таких высоких активностях могут происходить потери в разрешении из-за наложения событий. Для большинства ПЭТ-систем приемлемым является внутреннее разрешение 6 мм по всем пространственным направлениям. При таком разрешении после реконструкции могут быть получены высококачественные изображения с конечным разрешением 8 мм. Относительно однородное разрешение и дискретизация делает их пригодными к проведению трёхмерной визуализации. Это важно, например, при проведении кардиоисследований, где существует необходимость ориентировать данные вдоль длинной оси.

Производители медицинского диагностического оборудования, стремясь сделать метод ПЭТ досту пным для клиник разного уровня, предлагают ПЭТ-сканеры с различными характеристиками и качеством получаемых изображений. К ним относятся томографы с конструкцией детекторов в виде сплошного и незамкнутого кольца, гаммы-камеры двойного назначения с двумя либо с тремя детекторными головками, работающие в режиме совпадений и однофотонного детектирования, а также ПЭТсканеры, совмещенные с многосрезовыми компьютерными томографами (КТ). Такие аппараты позволяют за одно исследование получать функциональные (ПЭТ) и анатомические (КТ) данные.

Недостаток ПЭТ — бедная анатомически информация изображений, что сильно затрудняет локализацию выявленных патологических очагов. Для преодоления этого был создан совмещенный ПЭТ/КТ прибор, позволяющий одновременно проводить два исследования. ПЭТ/КТ совмещает изображения этих диагностических способов и позволяет на одном срезе получить анатомическое изображение с наложенной на него картой метаболических процессов. Система ПЭТ/КТ предназначена для диагностики в области онкологии, кардиологии и неврологии. Благодаря большой апертуре гентри удаётся легко разместить пациентов любого телосложения.

Рис. 14. Совмещение методов ПЭТ и КТ.

Рис. 15. Результаты одновременного использования методов КТ и ПЭТ.

Для ПЭТ-визуализации в томографе часто используется кольцевая система с набором детекторов, которая обеспечивает трёхмерное сканирование и позволяет получать 81 плоскость изображений в аксиальном поле обзора размером 16,2 см. Для КТ-визуализации в томографе используется система, поддерживающая полный спектр высокоэффективных возможностей многосрезового спирального КТ-сканирования. Конфигурация базируется на сверхскоростной технологии скользящего кольца и вращающейся системе трубка-детектор. Сверхпроизводительная рентгеновская трубка позволяет осуществлять сбор проекционных данных при скорости вращения 0,37 с на один полный 360° оборот; количество одновременно сканируемых срезов до 64-х за одно вращение с изотропным пространственным разрешением 0,4 мм. Полная трёхмерная реконструкция линии отклика (LOR) точно определяет положение РФП.

Снимки ПЭТ-КТ, сочетающие функциональные и анатомические клинические данные, позволяют улучшить диагностику, планирование и контроль в онкологии. ПЭТ-КТ на 100% отображает обмен веществ в клетках и тканях организма и процессы изменения органов. Преимуществом ПЭТ-КТ является возможность сканирования всего тела сразу. Система позволяет с высокой точностью определять опухоли и степень их распространения, степень поражения органов, выявляет опухоли на ранней стадии развития, распознает злокачественность и определяет степень прогрессирования.

Рис. 16. Система ПЭТ/КТ в диагностике рака щитовидной железы. Скан ПЭТ показывает наличие опухолей (з и 5 мм, самая ранняя стадия, метастаз нет), но нет точной локализации. Скан КТ не обнаруживает никаких признаков опухоли. Скан ПЭТ/КТ — одновременное сканирование показывает наличие опухоли и точное расположение.

Рис. 17. Совмещение компьютерной рентгеновской и позитронной эмиссионной томографии в одном приборе: а — КТ; б — ПЭТ; в — КТ+ПЭТ.

Рис. 18. Система ПЭТ/КТ томографов.

Однократное использование ПЭТ-КТ позволяет подробно исследовать все органы, одновременно уменьшив радиационную нагрузку на пациента. Поэтому данный аппарат считается самым безопасным. Доза радиации всего тела 7 мЗв (при КТ только одного участка тела доза радиации 8 мЗв). Период полураспада используемых радиоактивных веществ от ю мин до 2 ч, поэтому все они быстро выводятся из организма.

Комбинация ПЭТ и КТ связывает в единое целое преимущества обеих диагностических систем. На комбинированном снимке КТ представляет своего рода трёхмерную анатомическую карту человеческого тела, на которой наложена сверху картина ПЭТ, которая точно выявляет области ткани с повышенной биологической активностью. В настоящее время метод ПЭТ/КТ является самым высокоинформативным в онкологии. С его помощью можно достоверно выявить и изобразить довольно мелкие раковые структуры. Одновременно ПЭТ/КТ измеряет величину опухолевых образований. Этот диагностический метод помогает также распознать возможный рецидив — новый рост раковой опухоли — намного раньше, чем при использовании обычных методов диагностики. Особенным преимуществом комплексной диагностики является точная локализация нужного фрагмента органа перед операцией удаления опухоли или при заборе ткани для уточнения диагноза. Метод применяется и при планировании облучения опухоли. С его помощью возможно объективное и детальное наблюдение за изменениями опухоли после лучевой или химиотерапии, что позволяет судить об успехе стратегии лечения.

Рис. 19. Совмещение ЯМР и ПЭТ томографий мозга: а — ЯМР-томография; б — ПЭТ; в — ЯМР+ПЭТ.

ПЭТ хорошо сочетается не только с компьютерной томографией, но с томографией на эффекте ядерного магнитного резонанса (ЯМРтомография, рис. 19), и с ультразвуковыми исследованиями, УЗИ (рис. 20).

Рис. 20. Совмещение ультразвуковой и ПЭТ-томографии при локализации раковой опухоли.