Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Втечение полутора десятка лет практически отрабатывалась физическая, математическая и конструктивная схема медицинского томографа. Первая промышленная установка КТ для исследования головы человека была создана в Великобритании в 1973 г. А первый промышленный образец КТ для всего тела человека был изготовлен в начале 1990-х годов фирмой «Дженерал электрик» (США), это КТ «СТ-МАХ 640». Он стал базовым томографом, «рабочей лошадкой» [5, 13] в Америке и Европе, который вывел здравоохранение этих стран на новый качественный уровень.

ВСССР первый КТ (СРТ-1000) для головы был создан в 1978 г. во ВНИИ томографии [14]. А в 1999 г. был создан в России готовый к освоению в серийном производстве первый КТ (РКТ-01) для всего тела человека в РФЯЦ – ВНИИТФ.

Практически параллельно с применением компьютерной томографии в медицине развивалась промышленная компьютерная томография (ПКТ). И в этой области применение томографических методов оказалось столь же бурным, как и в медицине. В настоящее время промышленная томография охватывает применение практически всех видов ионизирующих излучений и их энергий: рентгеновского, гамма-излучения, нейтронного, протонного, ионного. Необходимость применения этих видов излучения была вызвана потребностью определения качества различных типов промышленных изделий, отличающихся свойствами материалов, размерами, конфигурацией. Неудивительно, что этот метод ПКТ нашел применение, в первую очередь, при контроле качества очень важных, с точки зрения безопасности и стоимости, таких изделий, как ТВЭЛов атомных реакторов, лопастей двигателей самолетов и ракет, двигателей первых ступеней тяжелых ракет, обтекателей спутников и т. д.

Первое применение ПКТ было осуществлено в США в 1976 г. для контроля первой ступени двигателя тяжелой ракеты «Сатурн-5», осуществивший пилотируемый полет астронавтов на Луну [3].

Первое промышленное применение КТ в СССР было осуществлено Э. Вайнбергом в 1989 г. [16].

Как в медицине, так и в промышленности КТ начиналась с трансмиссионного вида сканирования, т. е. когда источник излучения был снаружи исследуемого объекта. Однако одновременно с развитием трансмиссионной томографии развивалась и эмиссионная

11

томография, когда радиоактивный источник излучения (гаммаизлучения) находился внутри организма человека.

Развитие методов регистрации гамма-излучения, исходящего из организма человека после введения ему радионуклидного препарата, представляет собой сочетание современных физических методов регистрации ионизирующих излучений и радиофармацевтики.

Методы регистрации радиоактивного излучения почти так же стары, как и само открытие радиоактивности. Для регистрации излучения (детектирования) использовались спинтараскоп Крукса (1903 г.), камера Вильсона (1895 г.) и счетчик Гейгера (1929 г.). До изобретения в 1931 г. Лоуренсом циклотрона искусственных радионуклидов не существовало. Интересно, что первым из синтезированных в 1938 г. был радионуклид 99Тсm, который и по настоящее время является самым распространенным в ядерной медицине.

Эра современной ядерной медицины исчисляется с 14 июня 1946 г. – со дня опубликования американскими журналистами Science объявления о том, что радиоактивные изотопы могут поставляться по заявкам потребителей. Методы получения изображения с помощью радиофармпрепаратов можно рассматривать как логическое продолжение метода счета частиц при регистрации ионизирующих излучений, которое началось с изобретения трубки Гейгера. Планарное изображение с одним детектором Гейгера требовало многократного параллельного сканирования, что впоследствии было заменено на достаточно большое количество детекторов, объединенных в гамма-камеру.

Идея гамма-камеры принадлежит Коупленду и Бенжамину [5], поместившим в камеру с одиночными отверстиями фотопластинку.

Гамма-камера с детекторами из сцинтилляционного кристалла иодистого натрия и фотоумножителями (ФЭУ) появилась в 1957 г., как изобретение Энгера [5] и до настоящего времени является главным инструментом планарной и томографической радионуклидной диагностики. Различия между однофотонной эмиссионной компьютерной томографией (ОФЭКТ) и методом визуализации с помощью камеры Энгера примерно такие же, как между рентгеновской компьютерной томографией и планарной рентгенографией. Первый аппарат ОФЭКТ был создан в 1971 г., а первые промышленные образцы ОФЭКТ появились в 1978 г.

12

Дальнейшим развитием стала система детектирования аннигиляционных гамма-квантов, испускаемых позитронными излучателями и предназначенных для построения распределений радиофармпрепаратов в организме пациента, что положено в основу позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).

Аппаратура (ПЭТ) в настоящее время выпускается серийно для специализированных центров. Они представляют собой технологическую «цепочку» получения на ускорителе короткоживущего позитрониспускающего радионуклида (11С, 13N, 15О, 18F), превращения его на «фабрике» в фармпрепарат, вводимый в организм человека, и ПЭТ-томографа, на котором получают изображение накопления фармпрепарата в сечении («срезе») исследуемого органа, как правило, мозга человека.

Метод счета гамма-квантов, образующихся при аннигиляции позитронов, обсуждался еще в 1951 г. в работе Ренна и др. [5]. Этим авторам удалось получить данные на препарате мозга с использованием изотопа 64Сu и сцинтилляционного детектора на основе NaJ, активированного таллием. ПЭТ-изображение было получено в 1953 г. Браунеллом и Свитом, а ПЭТ-томограф был создан в

1975 г. в США [5].

Необходимо отметить еще одно направление КТ, которое в настоящее время бурно развивается и имеет большие перспективы в медицинской диагностике: это ЯМР-томография. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) был открыт в 1966 г. Блохом и Парселлом. С этого момента началось неуклонное проникновение метода ЯМРспектроскопии в химию, биологию и медицину. Метод ЯМРвизуализации был разработан значительно позднее, причем приоритет разработки оспаривают несколько исследователей. В журнале Naturе в 1973 г. Лаутербур [19] опубликовал первое ЯМРизображение неоднородного объекта, состоящего из двух наполненных водой трубок, однако этой публикации предшествовал патент, выданный в 1972 г. Дамадьяну, который предложил возможность сканирования тела человека с помощью ЯМР для медицинского исследования. Менсфилд и Маудсли [5] получили первое изображение in vivo пальца человека, а затем в 1977 г. последовали сообщения (Эндрю и др.) о первой ЯМР-визуализации руки и Дамадьяна и др. грудной клетки. В 1978 г. в Великобритании появился первый промышленный образец ЯМР-томографа.

13

Первый промышленный ЯМР-томограф на резистивном магните для всего тела человека появился в СССР в 1986 г. [21]. А первый промышленный ЯМР-томограф на сверхпроводящем магните появился в России в 1998 г. в НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова [22]. Необходимо отметить, что параллельно с рентгеновской, гамма- и ЯМР-томографией развивалась трансмиссионная оптическая томография: ультразвуковая и инфракрасная [23]. В настоящее время ведутся исследования с использованием лазерного и синхротронного рентгеновского излучения [20].

Итак, подведем итог наиболее важных открытий и изобретений в области томографии:

1895 – открытие рентгеновских лучей;

1896 – создание первого рентгеновского аппарата;

1914 – открытие классической (механической) томографии;

1918 – преобразование Радона;

1931 – создание классического томографа всего тела человека;

1935 – создание классического томографа в СССР;

1946 – открытие эффекта ЯМР;

1957 – изобретение гамма-камеры Энгера;

1958 – создание телевизионного сканирующего томографа в

СССР; 1971 – создание однофотонного эмиссионного компьютерного

томографа; 1973 – создание рентгеновского компьютерного томографа;

1975 – создание позитронно-эмиссионного компьютерного томографа;

1976 – первое применение промышленного компьютерного томографа;

1977 – создание ЯМР-томографа; 1978 – создание в СССР компьютерного томографа для головы;

1986 – создание в СССР промышленного ЯМР-томографа на резистивном магните;

1989 – создание в СССР промышленного компьютерного томографа для головы;

1998 – создание в России промышленного ЯМР-томографа на сверхпроводящем магните;

1999 – создание в России рентгеновского компьютерного томографа для всего тела человека.

На рис. 1.1 показана классификация томографических методов исследования.

14

Признак классификации:

Томографические методы

Рис. 1.1. Классификация томографических методов исследования:

ОИ – объект исследования; ЯМР – ядерно-магнитный резонанс; ЭПР – электронный паромагнитный резонанс;

П– позитронное излучение; Г – γ-излучение; Н – нейтронное излучение; Р – рентгеновское излучение; СР – синхротронное рентгеновское излучение; ЛИ – лазерное излучение; СВЧ – СВЧ-излучение;

У– ультразвуковое излучение; О – перспективные излучения и явления