Věda | |
nukleární medicína | |
---|---|
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Nukleární medicína je obor klinické medicíny , který se zabývá využitím radionuklidových farmak v diagnostice a léčbě [1] . Někdy je radiační terapie zevním paprskem také označována jako nukleární medicína . V diagnostice využívá především jednofotonovou emisní počítačovou tomografii ( SPECT , zachycující gama záření) a pozitronovou emisní tomografii ( PET skenery ), v léčbě převažuje terapie radiojodem .
Kód vědy podle 4místné klasifikace UNESCO (anglicky) - 3204.01 (sekce - lékařství) [2]
Jako obor medicíny získal oficiální status v letech 1970-1980 . Používá se především při kardiologických a onkologických onemocněních , spotřebuje přes polovinu světových radioaktivních izotopů . Spojené státy , Japonsko a některé evropské země vedou ve vývoji tohoto odvětví . Rusko je jednou z předních zemí ve výrobě surových lékařských izotopů, ale přijetí federálního cílového programu pro rozvoj nukleární medicíny je stále na pořadu dne .
Nukleární medicína se využívá v následujících oblastech (například USA ): kardiologie - 46 % z celkového počtu diagnostických studií, onkologie - 34 %, neurologie - 10 % [3] . Zejména v onkologii ( nádorová radiobiologie ) plní nukleární medicína takové úkoly, jako je detekce nádorů , metastáz a recidiv , stanovení rozsahu nádorového procesu, diferenciální diagnostika , léčba nádorových formací a hodnocení účinnosti protinádorové terapie [4] .
Za otce radioizotopové diagnostiky je považován Maďar D. Hevesy , který v roce 1913 navrhl využít metodu značených atomů v biologickém výzkumu, za což mu byla v roce 1943 udělena Nobelova cena za chemii [5] . V roce 1951 Benedict Cassin a kolegové vytvořili lineární skener pro radionuklidovou diagnostiku . . Skener Cassin je základem nukleární medicíny již více než dvě desetiletí. V roce 1953 Gordon Brownell vytvořil první prototyp PET skeneru na Massachusetts Institute of Technology . V roce 1958 Hal Angiervylepšil svou první gama kameru vytvořením „ scintilační kamery“ ( Anger camera ), která umožňovala současně diagnostikovat objekt bez pohybu skeneru. David Kuhlvytváří v roce 1959 na University of Pennsylvania předchůdce jednofotonového emisního počítačového tomografu [6] . V roce 1960 Rosalyn Sussman Yalow a Solomon Burson publikovali informace o svém objevu metody radioimunoanalýzy [7] , která připravila cestu pro diagnostiku in vitro [8] . V roce 1961 vytvořil James Robertson moderní typ PET skeneru v Brookhaven National Laboratory [6] .
V roce 1901 francouzští fyzici Henri-Alexandre Danlosa Evžen Blokpoprvé použil radium pro léčbu kožní tuberkulózy [9] . Americký vynálezce Alexander Bell navrhl v roce 1903 použití radia k léčbě nádorů [6] . V roce 1923 vydal Lidový zdravotní komisariát SSSR příkaz k použití 224 Ra k úlevě od bolesti kloubů [5] . V roce 1936 John Lawrence , bratr vynálezce cyklotronu, léčí leukémii v Berkeley Radiation Laboratory pomocí 32P [ 6 ] . V lednu 1941 Sol Hertzpřipravili první terapeutický lék na bázi 131 I pro pacienta v nemocnici v Massachusetts trpícího difuzní toxickou strumou [10] [11] [12] . V roce 1952 tentýž John Lawrence spolu s Corneliem Tobiasem používá paprsek alfa částic k léčbě nádoru hypofýzy [6] .
V roce 1929 vynalezl Ernest Lawrence cyklotron , který se stal hlavním nástrojem pro získávání radionuklidů. V roce 1938 Glenn Seaborg spolu s Emiliem Segrem získali 99 TC na Lawrenceově cyklotronu [6] . 26. listopadu 1940 hlav. Na 5. All-Union Conference on Problems of the Atomic Nucleus, G. M. Frank , biofyzikální oddělení All-Union Institute of Experimental Medicine , předložilo zprávu o použití radioaktivních izotopů v biologii [13] . V srpnu 1946 byl vytvořen izotop speciálně pro lékařské účely – 14C a jeho první vzorky byly přeneseny pro použití v Barnard Free Skin & Cancer Hospital a v Mallinckrodt Institute of Radiology (oba St. Louis ) [6] . V roce 1946 byla v SSSR pod vedením G. M. Franka vytvořena Radiační laboratoř č. 8, která se po 2 letech transformovala na Ústav biologické fyziky Akademie lékařských věd SSSR (od roku 2007 - Federal Medical Biophysical Centrum pojmenované po A. I. Burnazyanovi). Ústav je od svého založení předním sovětským vývojářem radiofarmak [12] . V roce 1951 americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv oficiálně schválil 131I pro použití u lidí [6] .
V roce 1954 byla v Restonu ve Virginii vytvořena nevládní Společnost pro nukleární medicínu ., od roku 1964 vydává Journal of Nuclear Medicine". V roce 1971 byla společnost zakládajícím členem Americké komory nukleární medicíny .. Jako člen Americké komory lékařských specializacíKomora získala právo oficiálně certifikovat odborníky v oboru nukleární medicíny. Americká osteopatická komora nukleární medicíny byla založena v roce 1974., která je oprávněna udělovat titul doktor osteopatické medicíny specialistům nukleární medicíny.
V roce 1980 byla v Miláně založena Evropská společnost pro terapeutickou radiologii a onkologii (ESTRO ) a v roce 1985 v Londýně Evropská asociace pro nukleární medicínu ..
Ve vztahu k lidskému tělu je diagnostika in vitro (in vitro) a in vivo (v těle). V prvním případě jsou člověku odebrány vzorky tkáně a umístěny do zkumavky, kde dochází k interakci s radioaktivními izotopy – metoda se nazývá radioimunoanalýza [15] .
V případě in vivo diagnostiky se do lidského těla vpravují radiofarmaka a měřící přístroje zaznamenávají záření (emisní tomografie ). Jako izotopy se používají gama zářiče - nejčastěji 99 Tc m , 123 I a 201 Tl , dále pozitronové zářiče - především 18 F [16] . Izotopy jsou produkovány v jaderných reaktorech a cyklotronech , pak syntetizovány s biologickými markery do hotových radiofarmak [15] .
Gama záření v in vivo diagnostice zachycují gama kamery , metoda se nazývá scintigrafie . Zpočátku se používala planární scintigrafie poskytující planární projekci , nyní získává popularitu jednofotonová emisní počítačová tomografie (SPECT), která již pracuje s trojrozměrnými modely [15] [17] .
Pozitronové záření je zaznamenáváno pozitronovými emisními tomografy (PET skenery) [15] [18] .
První léčbou v nukleární medicíně byla brachyterapie (Francouzi preferují termín kuriterapie [19] ). Zahrnuje dodání radiofarmaka do postiženého orgánu v lidském těle , mikrozdroje záření, které ničí nebo izoluje nemocné buňky. Zpočátku byl radioaktivní izotop široce používaný k léčbě 32P [ 6] . Byl však odhalen škodlivý účinek na kostní dřeň většiny pacientů, takže použití fosforu-32 bylo omezeno na léčbu hemofilie , polycytémie a onemocnění kloubů. Hlavním izotopem, který se v současnosti používá k léčbě, je 131 I ( terapie radiojodem ), zdroj gama paprsků a elektronů . Popularitu získávají také takové elektronové zářiče jako 153 Sm , 89 Sr a 90 Y [20] .
Dnes je teranostika považována za pravděpodobný směr ve vývoji brachyterapie , která kombinuje diagnostiku i léčbu v rámci jednoho postupu [5] .
Radiační terapieDiskutabilní je otázka možnosti zařadit terapii vzdáleným svazkem ( neutron capture therapy , protonová terapie , gama nůž [21] [22] ) jako léčebnou metodu v nukleární medicíně. Teoretici se snaží oddělit externí radiační terapii od nukleární medicíny, přičemž terapeutické metody omezují na nukleární medicínu pomocí radioaktivních léků. Zejména Asociace lékařských fyziků Ruska zastává podobnou pozici v rubrikátoru časopisu Medical Physics [23] , stejně jako Ruská společnost nukleární medicíny — v projektu národního standardu „Nukleární medicína. Termíny a definice“ [24] a název novin „Journal of Nuclear Medicine and Radiation Therapy“ [25] .
V praxi přitom není vždy dodržováno oddělení nukleární medicíny a terapie zevním paprskem. Tedy Německé srdeční centrum v Mnichověsdružuje nukleární medicínu a radiační terapii pod střechou Institutu radiologie a nukleární medicíny ( Institut für Radiologie und Nuklearmedizin ) [26] , Centrum nukleární medicíny MEPhI školí specialisty jak na nukleární medicínu, tak na radiační terapii [27] . Centra nukleární medicíny otevřená v ruských regionech také často zahrnují radiační terapii jako součást poskytované lékařské péče (např. centrum v Kazani [28] , projekty v Tomsku [29] a Vladivostoku [30] ).
CyberknifeCyberknife (CyberKnife) je radiochirurgický systém vyráběný společností Accuray, který se skládá ze 2 prvků:
1) malý lineární urychlovač vytvářející záření;
2) robotické zařízení, které umožňuje směrovat energii do jakékoli části těla z libovolného směru.
Léčebná metoda systému je založena na radiační terapii s cílem být přesnější než u klasické radioterapie.
Od srpna 2001 schválil americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (USA) použití systému CyberKnife pro léčbu nádorů v jakékoli části lidského těla [31] . Systém se používá k léčbě nádorů slinivky břišní, jater, prostaty, páteře, krku a mozku a benigních nádorů.
Dnes[ kdy? ] více než 50 % světových radioaktivních izotopů je vynaloženo na potřeby nukleární medicíny [12] . Globální trh s radiofarmaky a lékařským vybavením je ovládán především 5 společnostmi:
Podle stupně vybavenosti nukleární medicínou lze rozlišit následující skupiny států (stav 2005) [33] :
Podle analytiků z National Research Nuclear University MEPhI celosvětový trh nukleární medicíny vzrostl od roku 2014 do roku 2020 1,5krát, z 16,3 miliard USD na 24 miliard USD. Očekává se, že do roku 2030 dosáhne 43 miliard dolarů [34] .
Bezpečnost země nukleární medicínou je stále dost nízká. V roce 2007 bylo poskytování gama kamer 1 na milion obyvatel ( pro srovnání : Severní Amerika - 33, východní Evropa - 2,2, Latinská Amerika - 2,1) [12] . Podle odborníků je k dosažení znatelného ekonomického a sociálního efektu potřeba 1 PET tomograf na 1 milion lidí, zatímco v roce 2012 bylo v Rusku pouze 24 PET tomografů (oproti normě 143). V roce 2021 mělo Rusko 0,52 skeneru na 1 milion lidí [34] . V oblasti radionuklidové terapie fungovala pouze 4 % z potřebného počtu lůžek [4] . Podle bývalé ministryně zdravotnictví T. A. Golikové [35] jsou potřeby populace po radiofarmakách uspokojeny z 1-3 % [36] .
V roce 2009 byl v rámci národního projektu „Zdraví“ v Rusku zahájen Národní onkologický program. Program zajistil zkvalitnění evidence onkologických onemocnění, proškolení zdravotnických pracovníků a modernizaci přístrojového vybavení krajských onkologických ambulancí [37] [38] . Nařízením vlády Ruské federace ze dne 17. února 2011 č. 91 byl schválen federální cílový program „Rozvoj farmaceutického a lékařského průmyslu Ruské federace na období do roku 2020 a dále“ [39] . V návaznosti na něj se očekávalo přijetí Federálního cílového programu „Rozvoj nukleární medicíny v Ruské federaci“ [5] [40] , ale takový program dosud přijat nebyl [36] .
Podle analytiků Národní výzkumné jaderné univerzity MEPhI roste ruský trh s jadernými medicínskými technologiemi v průměru o 5 % ročně. V roce 2020 činil zhruba 1,2 miliardy dolarů, do roku 2030 by měl vzrůst na 3,5-4 miliardy dolarů. Odborníci vysvětlují mírnou dynamiku ruského trhu nedostatkem lékařské infrastruktury a vysokou kapitálovou náročností projektů [34] .
Věda a vzděláváníHlavními tuzemskými výzkumnými centry v oblasti metod nukleární medicíny jsou Centrum NBIK Kurčatovova institutu a Ústav teoretické a experimentální fyziky (oba v Moskvě ), Ústav fyziky vysokých energií (IHEP, Protvino ), Petrohrad Institute of Nuclear Physics (PNPI, Gatchina ) [5] , MRNC im. A.F. Tsyba, Obninsk [41] [42] . Předním vědeckým centrem odpovědným za vývoj technologií pro radiofarmaka, metod jejich kontroly a testování je A. I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center [12] .
V roce 1993 vznikla Asociace lékařských fyziků Ruska [14] , od roku 1995 vydává časopis Medical Physics, který má sekci o nukleární medicíně [23] . V roce 1996 byla založena Ruská společnost pro nukleární medicínu [43] . 2. března 2000 se v Rusku oficiálně objevila specialita 010707 „lékařská fyzika“ [14] . Nyní ročně promuje až 100 lékařských fyziků [44] , s potřebou 400 specialistů ročně [45] .
VýrobaRosatom s očekáváním nárůstu poptávky po přijetí Federálního cílového programu pro rozvoj nukleární medicíny podepsal se společností Philips dohodu o nasazení v zemi výroby jednofotonových a pozitronových emisních tomografů se stupněm lokalizace při nejméně 51 % [46] [36] [38] . Státní korporace také usiluje o výrobu cyklotronů [40] . Z domácích zařízení pro automatizovanou brachyterapii je uváděn přístroj Agat, vyráběný Vědeckým výzkumným ústavem technické fyziky a automatizace JSC (součást JSC Science and Innovations) [47] [48] [49] .
Rusko je jedním z 5 největších producentů surových lékařských izotopů na světě [46] . Izotopy jsou produkovány: v jaderných reaktorech - v Mayak Production Association a SSC-RIAR ( Dimitrovgrad , Uljanovská oblast ); o cyklotronech - v CJSC " Cyklotron " ( Obninsk , Kaluga oblast ) [50] , Kurčatovův institut ( Moskva ), Radium Institute. V. G. Khlopina a Ruského vědeckého centra pro radiologii a chirurgické technologie (oba Petrohrad ), Výzkumného ústavu jaderné fyziky při TPU [51] ( Tomsk ) [12] . Pravda, více než 90 % surových lékařských izotopů se v zemi nepoužívá a je vyváženo [52] [36] . Nyní Rosatom zavádí v Dimitrovgradu projekt Molybdenum -99 (používá se pro výrobu 99 Tc m ), s nímž očekává, že zabere 20 % světového trhu [46] [38] .
Radiofarmaka pro in vitro diagnostiku se v tuzemsku nevyrábějí. Z ostatních radiofarmak v Rusku se vyrábí 20 z 200 položek [52] ; má se za to, že pokrývají především potřeby domácího trhu [53] [46] . Přední domácí výrobci radiofarmak jsou:
V roce 2013 začala oblast Sverdlovsk realizovat plán na vytvoření Cyklotronového centra nukleární medicíny v Jekatěrinburgu na místě cyklotronové laboratoře urychlovacího komplexu Katedry experimentální fyziky Uralské federální univerzity . Předpokládá se, že v budoucnu bude centrum dodávat izotopy a radiofarmaka do PET center v Uralském federálním okruhu [54] [55] .
KlinikyNyní v Rusku existuje více než 200 divizí radionuklidové diagnostiky provádějících in vivo studie (stejný počet se zabývá in vitro analýzami ) [3] . Přitom v roce 2012 existovalo pouze 8 úplných center (vybavených vlastními cyklotrony a laboratořemi pro syntézu radiofarmak [36] [40] ) a 4 oddělení pozitronové emisní tomografie ( Moskva , Petrohrad , Čeljabinsk a Magnitogorsk [56] ). Tyto instituce umožňovaly v souhrnu diagnostikovat a léčit 5 000 pacientů ročně s potřebou 40 000 [46] . Přibližně 40 dalších center bylo v různých fázích přípravy a spuštění [4] .
Ministerstvo zdravotnictví, Federální lékařská a biologická agentura a Rosatom plánovaly v roce 2010 vytvořit tři národní klastry nukleární medicíny založené na stávajících zařízeních: v Tomsku s oblastmi odpovědnosti za poskytování lékařské péče na Sibiři a na Dálném východě , v Dimitrovgradu s oblastí odpovědnosti za Ural a v Obninsku s oblastí odpovědnosti je evropské Rusko [35] . V důsledku toho by mělo být koncem roku 2013 uvedeno do provozu Centrum lékařské radiologie v Dimitrovgradu s kapacitou 400 lůžek, které má obsloužit 40 000 pacientů ročně [57] , Tomsk a Obninsk teprve plánují v současné době [58] [59] .
Plány byly vytvořeny i pro další regiony. Plánuje se tedy vytvoření Centra pro nukleární medicínu Federální univerzity Dálného východu ( Vladivostok ) [30] , „ Rosnano “ oznámilo otevření PET center v Ufě , Lipecku , Orlu , Tambově a Brjansku do konce roku 2013 [ 60] . V únoru 2012 bylo otevřeno Radiologické centrum Ťumeňského regionálního onkologického centra , určené pro 4 000 jednofotonových a 3 000 protonových emisních diagnostických postupů ročně a také pro 300 pacientů ročně ve směru radionuklidové terapie [61] . V roce 2013 bylo v Kazani otevřeno Centrum nukleární medicíny určené pro 6000 pacientů ročně [62] .
V říjnu 2021 byl v Chimki v Moskevské oblasti otevřen největší Institut nukleární medicíny v Rusku s plným cyklem , který nabízí celou škálu služeb v oblasti nukleární medicíny (diagnostika, radionuklidová terapie) a je navržen tak, aby přijal 26 000 pacientů ročně. Ústav má vlastní cyklotron-radiochemický komplex pro výrobu radiofarmak [63] .
Skenování kostí celého těla s nukleární medicínou. Celotělové kostní skeny v nukleární medicíně se běžně používají k hodnocení různých patologií souvisejících s kostmi, jako je bolest kostí, stresové zlomeniny, benigní kostní léze, infekce kostí nebo šíření rakoviny do kosti.
Skenování perfuze myokardu v nukleární medicíně pomocí thalia-201 pro klidové snímky (spodní řádky) a Tc-Sestamibi pro zobrazení stresu (horní řádky). Perfuzní skenování myokardu pomocí nukleární medicíny hraje klíčovou roli v neinvazivním hodnocení ischemické choroby srdeční. Studie nejen identifikuje pacienty s onemocněním koronárních tepen; poskytuje také obecné prognostické informace nebo celkové riziko nežádoucích srdečních příhod u pacienta.
Sken příštítných tělísek nukleární medicíny ukazuje adenom příštítných tělísek přiléhající k levému dolnímu pólu štítné žlázy. Výše uvedená studie byla provedena se současným zobrazováním technecia-sestamibi (1. sloupec) a jódu-123 (2. sloupec) a metodou odečítání (3. sloupec).
Normální sken hepatobiliárního systému (HIDA sken). Nukleární medicína skeny hepatobiliárního systému jsou klinicky užitečné při detekci onemocnění žlučníku.
Normální plicní ventilace a perfuze (V/Q). V/Q skenování v nukleární medicíně je užitečné při hodnocení plicní embolie.
Skenování štítné žlázy s jódem-123 k posouzení hypertyreózy.
Skenování jater nukleární medicíny SPECT s autologními erytrocyty značenými techneciem-99m. Ohnisko vysokého vychytávání (šipka) v játrech odpovídá hemangiomu.
Celotělová pozitronová emisní tomografie (PET) projekce maximální intenzity (MIP) ženy o hmotnosti 79 kg po intravenózní injekci 371 MBq 18F-FDG (hodinu před měřením).
Normální celotělové PET/CT s FDG -18. Celotělový PET/CT se běžně používá k detekci, stagingu a sledování různých typů rakoviny.
Abnormální celotělové PET/CT s mnohočetnými metastázami rakoviny. Celotělové PET/CT se stalo důležitým nástrojem při hodnocení rakoviny.
Jaderné technologie | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inženýrství | |||||||
materiálů | |||||||
Jaderná energie |
| ||||||
nukleární medicína |
| ||||||
Jaderná zbraň |
| ||||||
|