Știința | |
Medicina nucleara | |
---|---|
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Medicina nucleară este o ramură a medicinei clinice care se ocupă cu utilizarea radionuclidelor farmaceutice în diagnostic și tratament [1] . Uneori , radioterapia cu fascicul extern este denumită și medicină nucleară . În diagnosticare , el folosește în principal tomografia computerizată cu emisie de foton unic ( SPECT , care captează radiațiile gamma) și tomografia cu emisie de pozitroni ( scanere PET ), iar terapia cu iod radioactiv predomină în tratament .
Cod științific conform clasificării UNESCO din 4 cifre (engleză) - 3204.01 (secțiunea - medicină) [2]
Ca ramură a medicinei, a primit statutul oficial în 1970-1980 . Este folosit în principal pentru bolile cardiologice și oncologice , consumă peste jumătate din izotopii radioactivi din lume . Statele Unite ale Americii , Japonia și unele țări europene sunt lider în dezvoltarea industriei . Rusia este una dintre țările lider în producția de izotopi medicali bruti, dar adoptarea unui program țintă federal pentru dezvoltarea medicinei nucleare este încă pe ordinea de zi .
Medicina nucleară este utilizată în următoarele domenii (de exemplu , Statele Unite ale Americii ): cardiologie - 46% din numărul total de studii de diagnostic, oncologie - 34%, neurologie - 10% [3] . În special, în oncologie ( radiobiologia tumorii ), medicina nucleară îndeplinește sarcini precum detectarea tumorilor , metastazelor și recidivelor , determinarea extinderii procesului tumoral, diagnosticul diferențial , tratarea formațiunilor tumorale și evaluarea eficacității terapiei antitumorale [4] .
Părintele diagnosticului cu radioizotopi este considerat a fi maghiarul D. Hevesy , care în 1913 și-a propus să folosească metoda atomilor marcați în cercetarea biologică, pentru care a fost distins cu Premiul Nobel pentru Chimie în 1943 [5] . În 1951, Benedict Cassin și colegii au creat un scaner în linie dreaptă pentru diagnosticarea radionuclizilor . . Scanerul Cassin a fost pilonul de bază al medicinei nucleare de mai bine de două decenii. În 1953, Gordon Brownell a creat primul prototip de scaner PET la Institutul de Tehnologie din Massachusetts . În 1958 Hal Angierși-a îmbunătățit prima sa cameră gamma prin crearea unei „ camera de scintilație ” ( Anger camera ), care a făcut posibilă diagnosticarea simultană a unui obiect fără a muta scanerul. David Kuhlcreează în 1959 la Universitatea din Pennsylvania predecesorul unui tomograf computerizat cu emisie de un singur foton [6] . În 1960, Rosalyn Sussman Yalow și Solomon Burson au publicat informații despre descoperirea lor a unei metode de radioimunotest [7] care a deschis calea pentru diagnosticarea in vitro [8] . În 1961, James Robertson creează un scaner PET de tip modern la Brookhaven National Laboratory [6] .
În 1901, fizicienii francezi Henri-Alexandre Danlosși Eugene Blokprima folosit radiul pentru tratamentul tuberculozei cutanate [9] . Inventatorul american Alexander Bell a propus în 1903 utilizarea radiului pentru tratarea tumorilor [6] . În 1923, Comisariatul Poporului pentru Sănătate al URSS a emis un ordin de utilizare a 224 Ra pentru a calma durerile articulare [5] . În 1936, John Lawrence , fratele inventatorului ciclotronului, tratează leucemia la Berkeley Radiation Laboratory cu 32 P [6] . În ianuarie 1941 Sol Hertza pregătit primul medicament terapeutic pe bază de 131 I pentru un pacient din spitalul din Massachusetts care suferă de gușă toxică difuză [10] [11] [12] . În 1952, același John Lawrence, împreună cu Cornelius Tobias , folosește un fascicul de particule alfa pentru a trata o tumoare hipofizară [6] .
În 1929, Ernest Lawrence a inventat ciclotronul , care a devenit principalul instrument de obținere a radionuclizilor. În 1938, Glenn Seaborg , împreună cu Emilio Segre , a obținut 99 TC la ciclotronul Lawrence [6] . 26 noiembrie 1940 şef. La cea de-a 5-a Conferință All-Union privind problemele nucleului atomic, G. M. Frank , un departament de biofizică al Institutului de Medicină Experimentală All-Union , a făcut un raport privind utilizarea izotopilor radioactivi în biologie [13] . În august 1946, a fost creat un izotop special pentru scopuri medicale - 14 C , iar primele mostre din acesta au fost transferate pentru utilizare la Spitalul Barnard Free Skin & Cancer și la Institutul de Radiologie Mallinckrodt (ambele St. Louis ) [6] . În 1946, în URSS , sub conducerea lui G. M. Frank, a fost creat Laboratorul de radiații nr. 8, care după 2 ani a fost transformat în Institutul de Fizică Biologică al Academiei de Științe Medicale a URSS (din 2007 - Federal Medical Biophysical). Centru numit după A. I. Burnazyan). De la înființarea sa, Institutul a fost cel mai important dezvoltator sovietic de radiofarmaceutice [12] . În 1951, Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente a aprobat oficial 131 I pentru utilizare la om [6] .
În 1954, la Reston , Virginia, a fost creată Societatea neguvernamentală pentru Medicină Nucleară ., din 1964 a publicat Journal of Nuclear Medicine". În 1971, Societatea a fost membru fondator al Camerei Americane de Medicină Nucleară .. Ca membru al Camerei Americane de Specialități Medicale, Camera a primit dreptul de a certifica oficial specialiști în domeniul medicinei nucleare. Camera Osteopatică Americană de Medicină Nucleară a fost fondată în 1974., care este autorizat să confere specialiştilor în medicină nucleară titlul de Doctor în Medicină Osteopată.
În 1980, Societatea Europeană pentru Radiologie Terapeutică și Oncologie (ESTRO ) a fost înființată la Milano [14] , iar în 1985 la Londra , Asociația Europeană pentru Medicină Nucleară.
În raport cu corpul uman, diagnosticele sunt in vitro (in vitro) și in vivo (în organism). În primul caz, probele de țesut sunt prelevate de la o persoană și introduse într-o eprubetă, unde interacționează cu izotopii radioactivi - metoda se numește radioimunotest [15] .
În cazul diagnosticului in vivo , radiofarmaceuticele sunt injectate în corpul uman, iar aparatele de măsurare înregistrează radiația ( tomografie cu emisie ). Ca izotopi se folosesc emițători gamma - cel mai adesea 99 Tc m , 123 I și 201 Tl , precum și emițători de pozitroni - în principal 18 F [16] . Izotopii sunt produși în reactoare nucleare și ciclotroni , apoi sintetizati cu markeri biologici în radiofarmaceutice finite [15] .
Radiația gamma în diagnosticarea in vivo este captată de camere gamma , metoda se numește scintigrafie . Inițial, a fost folosită scintigrafia plană, oferind o proiecție plană , acum tomografia computerizată cu emisie de foton unic (SPECT), care funcționează deja cu modele tridimensionale , câștigă popularitate [15] [17] .
Radiația de pozitroni este înregistrată de tomografele cu emisie de pozitroni (scanere PET) [15] [18] .
Primul tratament în medicina nucleară a fost brahiterapia (francezii preferă termenul de curiterapie [19] ). Aceasta implică livrarea către organul afectat din interiorul corpului uman a unui produs radiofarmaceutic , o microsursă de radiații care distruge sau izolează celulele bolnave. Inițial, izotopul radioactiv utilizat pe scară largă pentru tratament a fost 32 P [6] . Cu toate acestea, a fost dezvăluit un efect dăunător asupra măduvei osoase a majorității pacienților, astfel încât utilizarea fosforului-32 a fost limitată la tratamentul hemofiliei , policitemiei și bolilor articulațiilor. Principalul izotop utilizat în prezent pentru tratament este 131 I ( terapie cu iod radioactiv ), o sursă de raze gamma și electroni . De asemenea, câștigă popularitate și emițători de electroni precum 153 Sm , 89 Sr și 90 Y [20] .
Astăzi, teranostica este considerată o direcție probabilă în evoluția brahiterapiei , care combină atât diagnosticul, cât și tratamentul într-o singură procedură [5] .
RadioterapiaProblema posibilității clasificării terapiei cu fascicul la distanță ( terapia cu captură de neutroni , terapia cu protoni , gama knife [21] [22] ) ca metodă de tratament în medicina nucleară este discutabilă. Teoreticienii caută să separe radioterapia cu fascicul extern de medicina nucleară, limitând metodele terapeutice la aceasta din urmă folosind medicamente radioactive. În special, Asociația Fizicienilor Medicali din Rusia aderă la o poziție similară în rubricatorul revistei Medical Physics [23] , precum și Societatea Rusă de Medicină Nucleară - în proiectul standardului național „Medicina nucleară. Termeni și definiții” [24] și titlul ziarului „Journal of Nuclear Medicine and Radiation Therapy” [25] .
În același timp, în practică, separarea medicinei nucleare și radioterapia cu fascicul extern nu este întotdeauna respectată. Astfel, Centrul German al Inimii din Münchenreunește medicina nucleară și radioterapia sub acoperișul Institutului de Radiologie și Medicină Nucleară ( Institut für Radiologie und Nuklearmedizin ) [26] , Centrul de Medicină Nucleară MEPhI formează specialiști atât în medicină nucleară, cât și în radioterapie [27] . Centrele de medicină nucleară deschise în regiunile rusești includ adesea și terapia cu radiații ca parte a îngrijirii medicale oferite (de exemplu, centrul din Kazan [28] , proiecte din Tomsk [29] și Vladivostok [30] ).
CyberknifeCyberknife (CyberKnife) este un sistem radiochirurgical produs de Accuray, format din 2 elemente:
1) un mic accelerator liniar care creează radiații;
2) un dispozitiv robotic care vă permite să direcționați energia către orice parte a corpului din orice direcție.
Metoda de tratament a sistemului se bazează pe radioterapie cu scopul de a fi mai precisă decât în cazul radioterapiei convenționale.
Din august 2001, Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (SUA) a autorizat utilizarea sistemului CyberKnife pentru tratamentul tumorilor în orice parte a corpului uman [31] . Sistemul este utilizat pentru a trata tumorile pancreasului, ficatului, prostatei, coloanei vertebrale, gâtului și creierului și tumorilor benigne.
Astăzi[ când? ] mai mult de 50% din izotopii radioactivi ai lumii sunt cheltuiți pentru nevoile medicinei nucleare [12] . Piața globală de produse radiofarmaceutice și echipamente medicale este controlată în principal de 5 companii:
În funcție de gradul de furnizare a medicinei nucleare, se pot distinge următoarele grupuri de state (din 2005) [33] :
Potrivit analiștilor de la Universitatea Națională de Cercetare Nucleară MEPhI , piața mondială a medicinei nucleare a crescut de 1,5 ori între 2014 și 2020, de la 16,3 miliarde de dolari la 24 de miliarde de dolari. Se preconizează ca până în 2030 să ajungă la 43 de miliarde de dolari [34] .
Securitatea țării cu medicina nucleară este încă destul de scăzută. Din 2007, furnizarea de camere gamma era de 1 la milion de locuitori ( pentru comparație : America de Nord - 33, Europa de Est - 2,2, America Latină - 2,1) [12] . Potrivit experților, pentru a obține un efect economic și social vizibil, este nevoie de 1 tomograf PET la 1 milion de oameni, în timp ce în 2012 existau doar 24 de tomograf PET în Rusia (față de norma de 143). În 2021, Rusia avea 0,52 scanere la 1 milion de oameni [34] . În domeniul terapiei cu radionuclizi au funcționat doar 4% din numărul necesar de paturi [4] . Potrivit fostului ministru al Sănătății T. A. Golikova [35] , nevoile populației de radiofarmaceutice sunt satisfăcute cu 1-3% [36] .
În 2009, în cadrul proiectului național „Sănătate” în Rusia, a fost lansat Programul Național de Cancer. Programul prevedea îmbunătățirea înregistrării bolilor oncologice, pregătirea avansată a lucrătorilor medicali și modernizarea echipamentelor dispensarelor oncologice regionale [37] [38] . Decretul Guvernului Federației Ruse din 17 februarie 2011 nr. 91 a aprobat programul țintă federal „Dezvoltarea industriei farmaceutice și medicale a Federației Ruse pentru perioada până în 2020 și ulterior” [39] . În urma acestuia, era de așteptat adoptarea Programului țintă federal „Dezvoltarea medicinei nucleare în Federația Rusă” [5] [40] , dar un astfel de program nu a fost încă adoptat [36] .
Potrivit analiștilor de la Universitatea Națională de Cercetare Nucleară MEPhI , piața rusă a tehnologiilor medicale nucleare crește în medie cu 5% anual. În 2020, s-a ridicat la aproximativ 1,2 miliarde de dolari, până în 2030 ar trebui să crească la 3,5-4 miliarde de dolari. Experții explică dinamica modestă a pieței ruse prin lipsa infrastructurii medicale și intensitatea capitală mare a proiectelor [34] .
Știință și educațiePrincipalele centre interne de cercetare în domeniul metodelor de medicină nucleară sunt Centrul NBIK al Institutului Kurchatov și Institutul de Fizică Teoretică și Experimentală (ambele din Moscova ), Institutul de Fizică a Energiei Înalte (IHEP, Protvino ), Sankt Petersburg. Institutul de Fizică Nucleară (PNPI, Gatchina ) [5] , MRNC im. A.F. Tsyba, Obninsk [41] [42] . Cel mai important centru științific responsabil de dezvoltarea tehnologiilor pentru radiofarmaceutice, metode de control și testare a acestora este Centrul Federal Biofizic Medical A. I. Burnazyan [12] .
În 1993 a fost înființată Asociația Medicilor Fizicieni din Rusia [14] , din 1995 publicând revista Medical Physics, care are o secțiune de medicină nucleară [23] . În 1996 a fost înființată Societatea Rusă de Medicină Nucleară [43] . La 2 martie 2000, specialitatea 010707 „fizică medicală” a apărut oficial în Rusia [14] . Acum până la 100 de fizicieni medicali absolvă anual [44] , cu o nevoie de 400 de specialişti pe an [45] .
ProducțieAșteptându-se la o creștere a cererii după adoptarea Programului țintă federal pentru dezvoltarea medicinei nucleare, Rosatom a semnat un acord cu Philips care prevede implementarea în țara de producție a tomografelor cu emisie de pozitroni și fotoni unici cu un grad de localizare de la cel puțin 51% [46] [36] [38] . Corporația de stat își propune și să producă ciclotroni [40] . Dintre echipamentele casnice pentru brahiterapie automată, este citat dispozitivul Agat, fabricat de Institutul de Cercetări Științifice de Fizică Tehnică și Automatizare JSC (parte a JSC Science and Innovations) [47] [48] [49] .
Rusia este unul dintre cei mai mari 5 producători de izotopi medicali bruti din lume [46] . Izotopii sunt produși: la reactoare nucleare - la Asociația de producție Mayak și SSC-RIAR ( Dimitrovgrad , Regiunea Ulyanovsk ); pe ciclotroni - în CJSC " Cyclotron " ( Obninsk , regiunea Kaluga ) [50] , Institutul Kurchatov ( Moscova ), Institutul Radium. V. G. Khlopin și Centrul științific rus pentru radiologie și tehnologii chirurgicale (ambele Sankt Petersburg ), Institutul de Cercetare a Fizicii Nucleare de la TPU [51] ( Tomsk ) [12] . Adevărat, peste 90% din izotopii medicali bruti nu sunt folosiți în țară și sunt exportați [52] [36] . Acum Rosatom implementează proiectul Molibden -99 la Dimitrovgrad (folosit pentru fabricarea de 99 Tc m ), cu care se așteaptă să ocupe 20% din piața mondială [46] [38] .
Produsele radiofarmaceutice pentru diagnosticul in vitro nu sunt produse în țară. Dintre celelalte produse radiofarmaceutice din Rusia, 20 din 200 de articole sunt produse [52] ; se crede că acopera în principal nevoile pieței interne [53] [46] . Principalii producători autohtoni de produse radiofarmaceutice sunt:
În 2013, regiunea Sverdlovsk a început să pună în aplicare un plan de creare a unui Centru Ciclotron pentru Medicină Nucleară în Ekaterinburg pe locul laboratorului ciclotron al complexului de accelerator al Departamentului de fizică experimentală al Universității Federale Ural . Se presupune că, în viitor, centrul va furniza izotopi și radiofarmaceutice centrelor PET din Districtul Federal Ural [54] [55] .
CliniciAcum, în Rusia există peste 200 de divizii de diagnosticare a radionuclizilor care efectuează studii in vivo (același număr sunt implicați în analize in vitro ) [3] . Totodată, în 2012 existau doar 8 centre complete (dotate cu propriile ciclotrone și laboratoare pentru sinteza de radiofarmaceutice [36] [40] ) și 4 departamente de tomografie cu emisie de pozitroni ( Moscova , Sankt Petersburg , Chelyabinsk și Magnitogorsk ) [56] ). Aceste instituții au permis în total să diagnosticheze și să trateze 5.000 de pacienți pe an cu o nevoie de 40.000 [46] . Încă aproximativ 40 de centre se aflau în diferite stadii de pregătire și lansare [4] .
În 2010, Ministerul Sănătății, Agenția Federală Medicală și Biologică și Rosatom au planificat să creeze trei grupuri naționale de medicină nucleară pe baza instalațiilor existente: la Tomsk cu domenii de responsabilitate pentru furnizarea de îngrijiri medicale în Siberia și Orientul Îndepărtat , la Dimitrovgrad cu zona de responsabilitate pentru Urali și în Obninsk cu zona de responsabilitate este Rusia europeană [35] . Ca urmare, la sfârșitul anului 2013, Centrul de Radiologie Medicală din Dimitrovgrad, cu o capacitate de 400 de paturi, proiectat să deservească 40.000 de pacienți pe an [57] , ar trebui să fie pus în funcțiune , Tomsk și Obninsk fac doar planuri pentru timp fiind [58] [59] .
S-au făcut planuri și pentru alte regiuni. Astfel, este planificată crearea Centrului de Medicină Nucleară al Universității Federale din Orientul Îndepărtat ( Vladivostok ) [30] , „ Rosnano ” a anunțat deschiderea centrelor PET în Ufa , Lipetsk , Orel , Tambov și Bryansk până la sfârșitul anului 2013 [ 60] . În februarie 2012, a fost deschis Centrul Radiologic al Centrului Regional de Oncologie Tyumen , proiectat pentru 4.000 de proceduri de diagnosticare cu un singur foton și 3.000 de emisii de protoni pe an, precum și pentru 300 de pacienți pe an în direcția terapiei cu radionuclizi [61] . În 2013, la Kazan a fost deschis Centrul de Medicină Nucleară , conceput pentru 6.000 de pacienți pe an [62] .
În octombrie 2021, în Khimki , regiunea Moscova, a fost deschis cel mai mare Institut de Medicină Nucleară cu ciclu complet din Rusia , oferind întreaga gamă de servicii în domeniul medicinei nucleare (diagnostic, terapie cu radionuclizi) și concepute pentru a primi 26.000 de pacienți pe an. Institutul are propriul complex ciclotron-radiochimic pentru producerea de radiofarmaceutice [63] .
Scanarea osoasă a întregului corp cu medicină nucleară. Scanările osoase ale întregului corp în medicina nucleară sunt utilizate în mod obișnuit pentru a evalua diferite patologii legate de oase, cum ar fi durerile osoase, fracturile de stres, leziunile osoase benigne, infecțiile osoase sau răspândirea cancerului la os.
Scanare de perfuzie miocardică de medicină nucleară cu taliu-201 pentru imagini de repaus (rândurile inferioare) și Tc-Sestamibi pentru imaginile de stres (rândurile superioare). Scanarea perfuziei miocardice folosind medicina nucleară joacă un rol cheie în evaluarea neinvazivă a bolii coronariene. Studiul nu numai că identifică pacienții cu boală coronariană; oferă, de asemenea, informații generale de prognostic sau riscul general al pacientului de evenimente cardiace adverse.
O scanare paratiroidiană de medicină nucleară demonstrează un adenom paratiroidian adiacent polului inferior stâng al tiroidei. Studiul de mai sus a fost realizat cu imagistica simultană de technețiu-sestamibi (prima coloană) și iod-123 (a 2-a coloană) și metoda de scădere (a 3-a coloană).
Scanarea normală a sistemului hepatobiliar (scanarea HIDA). Scanările sistemului hepatobiliar de medicină nucleară sunt utile din punct de vedere clinic în detectarea bolii vezicii biliare.
Ventilatie si perfuzie pulmonara normala (V/Q). Scanarea V/Q în medicina nucleară este utilă în evaluarea emboliei pulmonare.
Scanarea tiroidiană cu iod-123 pentru a evalua hipertiroidismul.
Scanare SPECT hepatică de medicină nucleară cu eritrocite autologe marcate cu tehnețiu-99m. Un focar de absorbție ridicată (săgeată) în ficat corespunde unui hemangiom.
Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) pe întregul corp, proiectarea intensității maxime (MIP) a unei femei de 79 kg după injectarea intravenoasă a 371 MBq de 18F-FDG (o oră înainte de măsurare).
PET/CT normal pe tot corpul cu FDG -18. PET/CT pentru întregul corp este utilizat în mod obișnuit pentru detectarea, stadializarea și urmărirea diferitelor tipuri de cancer.
PET/CT anormal pe tot corpul cu metastaze canceroase multiple. PET/CT pentru întregul corp a devenit un instrument important în evaluarea cancerului.
Tehnologii nucleare | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inginerie | |||||||
materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
Medicina nucleara |
| ||||||
Arme nucleare |
| ||||||
|