Современные виды томографии - часть 21

 85 

мало. С начала 1970-ых испускающие позитрон радионуклиды стали попу-
лярны и интерес к ПЭТ исследованиям возрос. Были созданы сложные ал-
горитмы реконструкции и усовершенствованы датчики.  

В 1980х  ПЭТ  стал  использоваться  для  динамических  исследований  ме-

таболизма человека. 

На развитие технологии ПЭТ повлияли три фактора: 
1) большинство метаболических процессов в теле происходят достаточ-

но быстро, чтобы следить за ними с помощью короткоживущих радионук-
лидов; 

2) несмотря на короткое время жизни изотопов, стала возможна быстрая 

радиоактивная маркировка сложных молекул; 

3) проникающее излучение, возникающее при уничтожении позитронов, 

показало, что можно локализовать этих позитроны. 

Первые ПЭТ сканеры с множеством детекторов были созданы в начале 

1960-ых  в  нескольких  исследовательских  центрах  и  представляли  собой 
системы с кольцом из 32 датчиков и разрешением более 2 см, позволяющие 
получать  единичные  срезы.  Это  позволило  повысить  чувствительность  ме-
тода и получить двумерное изображение. 

В  следующем  поколении  ПЭТ  сканеров,  появившемся  в 1968 году  был 

уменьшен размер датчика и добавлены дополнительные кольца, позволяю-
щие  одновременно  получать  несколько  срезов  с  разрешением  менее 1 см. 
Такие  сканеры  позволяли  получать  двумерные  изображения  срезов  голов-
ного  мозга;  третья  координата  обнаруженных  опухолей  определялась  по 
положению соответствующего среза. 

В 1970 году  для  обработки  полученных  данных  было  предложено  ис-

пользовать алгоритм обратного проецирования. В конце 1970-ых ПЭТ ска-
неры стали использоваться для проведения коммерческих исследований.  

Разрабатывались новые сканеры с большим числом датчиков для увели-

чения  чувствительности  и  разрешения.  После  многих  лет  исследований,  в 
Университете  штата  Пенсильвания  было  создано  устройство,  названное 
PENN-ПЭТ.  Оно  состояло  из  множества  позитронных  датчиков,  располо-
женных  вокруг  отверстия  для  пациента  в  виде  шестиугольника  диаметром 
50 см. PENN-ПЭТ давал высокую чувствительность и разрешение 5,5 мм и 
был менее сложен и дорог, чем системы с кольцом детекторов.  

Дальнейшее  усовершенствование  ПЭТ-сканеров  состоит  в  повышении 

пространственного  разрешения,  чувствительности  детекторов,  увеличении 
числа одновременно получаемых срезов, коррекции аттенюации и разработ-
ке новых алгоритмов реконструкции изображений. 

Хотя в последние 20 лет ПЭТ использовалась преимущественно для на-

учных исследований, ее роль как метода диагностики находится на стадии 
становления.  В  настоящее  время  основными  областями  клинического  при-
менения ПЭТ являются онкология, кардиология, неврология. 

 

86

3.2. Этапы исследования и основные блоки сканера 

Любое ПЭТ исследование состоит из нескольких основных этапов:  
1. производство радиоизотопа; 
2.  маркировка  выбранного  состава  испускающим  позитроны  радионук-

лидом и подготовка состава в форме, пригодной для воздействия на людей; 

3. транспортировка состава из лаборатории к месту проведения исследо-

вания; 

4. воздействие радиоактивного индикатора и получение данных ПЭТ; 
5.  отображение  распределения  активности  позитрона  как  функции  вре-

мени, обработка данных; 

6. интерпретация результата. 
Система производства радиоизотопов состоит из трех основных частей:  

-  циклотрона (ускорителя частиц); 
-  биологического  синтезатора,  присоединяющего  радиоизотопы  к 

биологическим молекулам; 

-  компьютера, контролирующего процесс.   

До  начала  исследования  в  циклотроне  производится  радиоактивное  ве-

щество, входящее в естественный химический состав тела (атомы кислоро-
да, углерода, азота) и распадающееся с испусканием позитронов.  

Циклотрон (циклический ускоритель) состоит из двух полых полукруг-

лых металлических электродов (дуантов), расположенных между полюсами 
электромагнита и разделеных узким зазором (рис. 52). Вблизи от центра ду-
антов располагается источник ионов (как правило электрическая дуга в га-
зе),  который  служит  генератором  заряженных  частиц.  В  момент  работы, 
частицы  импульсно  генерируются  источником  ионов.  Нить  накала,  распо-
ложенная в источнике ионов создает отрицательный заряд путем присоеди-
нения электронов к атому.   

Рис 52. Схема движения частиц в циклотроне. 1 – источник тяжелых за-

ряженных частиц (протонов, ионов); 2 – орбита ускоряемой частицы; 3 – 

ускоряющие электроды (дуанты); 4 – генератор ускоряющего поля. Маг-

нитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка 

При попадании отрицательных ионов в вакуумную камеру они приобре-

тают  энергию  благодаря  высокочастотному  переменному  электрическому 
полю, индуцированному на дуантах. Ионы подвергаются воздействию элек-

∼

 

1 

2 

3 

4 

Удалено: <sp>

 87 

трического поля и сильного магнитного поля, генерируемого электромагни-
том. Когда отрицательные ионы долетают до края дуанта и влетают в зазор, 
РЧ-осциллятор меняет полярность на дуантах и ионы отталкиваются по ме-
ре входа в ранее положительно, а теперь отрицательно заряженный дуант. С 
каждым  проходом  зазора,  энергия  и  радиус  орбиты  частиц  возрастают  и 
частицы  двигаются  по  спирали.  При  достижении  максимальных  значений 
на последнем витке спирали включается отклоняющее электрическое поле, 
выводящее пучок наружу. 

Поток  отрицательных  ионов  направляется  к  первой  карусели,  располо-

женной между ускорителями и камерой мишени. Карусели состоят из тон-
ких угольных пластин, которые отделяют оба электрона от ионов Н–, кото-
рые  становятся  ионами  Н+  или  протонами.  Протоны  проходят  через  пла-
стину, однако, несмотря на смену заряда на противоположный, они все еще 
находятся под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной орби-
те, по касательной к своей прежней траектории, от центра циклотрона. Этот 
поток  протонов  направляется  к  камере  мишени.  Разделяющие  пластины 
имеют  толщину  от 5 до 25 µм  и  имеют  срок  службы  порядка 100 часов. 
Протонный пучок из циклотрона влетает в камеру мишени и путем ядерной 
реакции  преобразует  стабильный  материал  мишени  (стабильный  химиче-
ский изотоп) в радиоактивный изотоп.  

Произведенные на циклотроне радиоизотопы переносятся в биосинтеза-

тор, где они присоединяются к используемым в клинике химическим соста-
вам,  за  распределением  которых  в  теле  хотят  проследить.  Естественно 
встречающиеся в органических составах атомы заменяются маркированны-
ми (химически и биологически идентичными оригиналу). В ПЭТ маркируе-
мы  химические  составы,  ограничены  воображением  исследователей  и  вре-
менем  полураспада.  Чаще  всего  в  роли  маркируемого  вещества  выступает 
глюкоза.  

Вся работа системы производства радиоизотопов, включая циклотрон и 

биосинтезатор,  управляется  компьютером.  Оператор  выбирает  из  меню  на 
консоли управления требуемый для производства изотоп, а остальные про-
цессы проводятся автоматически. 

Для проведения исследования малое количество радиоактивного препа-

рата (радионуклида) внутривенно вводят пациенту, радионуклид поступает 
в клетки и распределяется в них. Спустя некоторое время его концентрация 
в  тканях  измеряется  сканером,  достаточно  чувствительным  для  обнаруже-
ния даже небольшого количества радиоактивного состава. 

При распаде радиоактивного вещества происходит выброс (эмиссия) по-

ложительных частиц (позитронов), стабилизирующая ядро за счет устране-
ния  положительного  заряда  путем  превращения  протона  в  нейтрон.  Пози-
трон  проходит  короткое  расстояние  (зависящее  от  его  энергии)  перед 
столкновением с электроном окружающей среды (рис. 53). Происходит объ-

 

88

единение  позитрона  с  электроном  среды  (аннигиляция),  частицы  "уничто-
жают" друг друга, и их масса преобразуется в энергию, приводя к эмиссии 
двух  противоположно  направленных (180

°±0,25°)  гамма-лучей  (фотонов 

высокой энергии) с энергией 511 кэВ каждый.  

Рис. 53. Эмиссия гамма лучей 

Данные  фотоны,  испущенные  в  результате  аннигиляции,  выходят  за 

пределы  тела  и  регистрируются  внешними  детекторами.  Регистрируемые 
после аннигиляции гамма-лучи называются линией совпадения и использу-
ются для определения локализации и концентрации эмитента позитрона, ко-
торая зависит от биохимической и физиологической реакции органа.  

Когда  гамма-лучи  взаимодействуют  с  кристаллами  сцинтиллятора,  фо-

тоны  света  преобразуются  электронными  устройствами  томографа  в  элек-
трические сигналы. Процессы конвертации и регистрация происходят прак-
тически мгновенно друг за другом, для того чтобы можно было сравнивать 
события сцинтилляции с противоположных детекторов (вдоль большого ко-
личества линий совпадений).  

              

 

Рис. 54. Гентри ПЭТ сканера. А- цилиндрический источник для коррекции 

аттенюации , В- септа, С-детекторные блоки 

Основным  блоком  ПЭТ  сканера  является  гентри,  внутри  которого  рас-

положены детекторы (рис. 54) [21]. Множество детекторов образует кольцо 
диаметром 80-100 см и шириной 10-20 см. Для снижения влияния внешнего 
излучения,  наружная  поверхность  кольца  детекторов  имеет  свинцовый  эк-
ран. Большинство сканеров может работать как в посрезовом режиме, когда 

Радиоактивное ядро

γ

 луч 

γ

 луч 

Позитрон 

Электрон  

Удалено: <sp>