Ядерная медицина

Наука
Ядерная медицина
Медиафайлы на Викискладе

Я́дерная медици́на — раздел клинической медицины, который занимается применением радионуклидных фармацевтических препаратов в диагностике и лечении. Иногда к ядерной медицине относят также методы дистанционной лучевой терапии. В диагностике использует главным образом однофотонные эмиссионные компьютерные томографы (SPECT, улавливают гамма-излучение) и позитронно-эмиссионные томографы (ПЭТ-сканеры), в лечении преобладает радиойодтерапия.

Код науки по 4-значной классификации ЮНЕСКО (англ.) — 3204.01 (раздел — медицина)

Как отрасль медицины официальный статус получила в 1970—1980 годах. Применяется главным образом при кардиологических и онкологических заболеваниях, потребляет свыше половины радиоактивных изотопов в мире. В развитии отрасли лидируют США, Япония и некоторые европейские страны. Россия входит в число стран-лидеров по производству сырьевых медицинских изотопов, однако принятие федеральной целевой программы по развитию ядерной медицины пока находится на повестке дня.

Области применения

Ядерная медицина применяется в следующих областях (на примере США): кардиология — 46 % от общего числа диагностических исследований, онкология — 34 %, неврология — 10 %. В частности, в онкологии (радиобиология опухолей) ядерная медицина выполняет такие задачи, как выявление опухолей, метастазов и рецидивов, определение степени распространённости опухолевого процесса, дифференциальная диагностика, лечение опухолевых образований и оценка эффективности противоопухолевой терапии.

История

Диагностирование

Медсёстры осваивают инструмент для измерения радиации. Ричмонд, 1958 год

Отцом радиоизотопной диагностики считается венгр Д. Хевеши, в 1913 году предложивший использовать в биологических исследованиях метод меченых атомов, за что в 1943 году удостоился Нобелевской премии по химии. В 1951 году Бенедикт Кассен с коллегами создал для целей радионуклидной диагностики прямолинейный сканер. Сканер Кассена более чем на два десятилетия стал главным инструментом ядерной медицины. В 1953 году Гордон Броунелл создаёт в Массачусетском технологическом институте первый прототип ПЭТ-сканера. В 1958 году Хэл Энджер усовершенствовал свою первую гамма-камеру, создав «сцинтиляционную камеру» (камера Anger), которая дала возможность одномоментного диагностирования объекта без перемещения сканера. Дэвид Кюльсоздаёт в 1959 году в Пенсильванском университете предшественника однофотонного эмиссионного компьютерного томографа. В 1960 году Розалин Сасмен Ялоу и Соломон Берсон опубликовали информацию об открытом ими методе радиоммунного анализа, открывшем дорогу для диагностики in vitro. В 1961 году Джеймс Робертсон создаёт в Брукхейвенской национальной лаборатории ПЭТ-томограф современного типа.

Лечение

В 1901 году французские физики Анри-Александр Данло и Эжен Блок впервые применили радий для лечения кожного туберкулёза. Американский изобретатель Александр Белл предложил в 1903 году использовать радий для лечения опухолей. В 1923 году Наркомат здравоохранения СССР издал приказ о применении ²²⁴Ra для облегчения болей в суставах. В 1936 году Джон Лоуренс, брат изобретателя циклотрона, лечит в Радиационной лаборатории Беркли лейкемию с помощью ³²P. В январе 1941 года Сол Герц приготовил первый лечебный препарат на основе ¹³¹I для пациента Массачусетского госпиталя, страдавшего диффузным токсическим зобом. В 1952 году тот же Джон Лоуренс совместно с Корнелиусом Тобиасом использует пучок альфа-частиц для лечения опухоли гипофиза.

Препараты

Генератор ⁹⁹TC^m. 1958 год

В 1929 году Эрнест Лоуренс изобрёл циклотрон, ставший главным инструментом для получения радионуклидов. В 1938 году Гленн Сиборг вместе с Эмилио Сегре получили на циклотроне Лоуренса ⁹⁹TC. 26 ноября 1940 года зав. биофизическим отделом Всесоюзного института экспериментальной медицины Г. М. Франк выступил на V Всесоюзном совещании по вопросам атомного ядра с докладом об использовании радиоактивных изотопов в биологии. В августе 1946 года был создан изотоп специально для медицинских целей — ¹⁴C, и первые образцы его переданы для использования в Barnard Free Skin&Cancer Hospital и Mallinckrodt Institute of Radiology (оба — Сент-Луис). В 1946 году в СССР под руководством Г. М. Франка создаётся Радиационная лаборатория № 8, которая через 2 года преобразуется в Институт биологической физики АМН СССР (с 2007 года — Федеральный медицинский биофизический центр имени А. И. Бурназяна). С момента создания Институт являлся ведущим советским разработчиком радиофармпрепаратов. В 1951 году американское Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств официально разрешает ¹³¹I к применению на людях.

Организационное оформление

В 1954 году в Рестоне (штат Вирджиния) создаётся неправительственное Общество ядерной медицины, начиная с 1964 года оно издаёт «Журнал ядерной медицины». В 1971 году Общество выступило одним из учредителей Американской палаты ядерной медицины. Будучи членом Американской палаты медицинских специальностей, Палата получила право официально сертифицировать специалистов в области ядерной медицины. В 1974 году появилась Американская остеопатическая палата ядерной медицины, которая уполномочена присваивать специалистам в области ядерной медицины степень доктора остеопатической медицины.

В 1980 году в Милане создано Европейское общество терапевтической радиологии и онкологии (European Society for Therapeutic Radiology and Oncology, ESTRO), а в 1985 году в Лондоне — Европейская ассоциация ядерной медицины.

Технологии

Диагностика

Снимки ПЭТ-томографа: здоровый мозг и больной. 2013 год

По отношению к человеческому телу различается диагностика in vitro (в пробирке) и in vivo (в теле). В первом случае у человека отбираются образцы тканей и помещаются в пробирку, где взаимодействуют с радиоактивными изотопами — метод называется радиоиммунным анализом.

В случае диагностики in vivo производится инъекция радифармпрепаратов внутрь человеческого организма, а измерительные приборы фиксируют излучение (эмиссионная томография). В качестве изотопов используются гамма-излучатели — чаще всего ⁹⁹Tc^m, ¹²³I и ²⁰¹Tl, а также позитронные излучатели — в основном ¹⁸F. Изотопы производятся в ядерных реакторах и на циклотронах, затем синтезируются с биологическими маркёрами в готовые радиофармпрепараты.

Гамма-излучение в диагностике in vivo улавливается гамма-камерами, метод называется сцинтиграфией. Первоначально использовалась планарная сцинтиграфия, дающая плоскостную проекцию, сейчас набирает популярность однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT), работающая уже с трёхмерными моделями.

Позитронное излучение фиксируют позитронно-эмиссионные томографы (ПЭТ-сканеры).

Терапия

Брахитерапия

Области применения брахитерапии

Первым методом лечения в ядерной медицине была брахитерапия (французы предпочитают термин кюритерапия). Она подразумевает доставку к поражённому органу внутри человеческого тела радиофармпрепарата — микроисточника радиации, который уничтожает или изолирует больные клетки. Изначально широко применявшимся для лечения радиоактивным изотопом был ³²P. Однако выявилось повреждающее действие на костный мозг большинства пациентов, поэтому применение фосфора-32 было ограничено лечением гемофилии, полицитемии и заболеваний суставов. Главным используемым для лечения изотопом является сейчас ¹³¹I (радиойодтерапия), источник гамма-лучей и электронов. Набирают также популярность такие излучатели электронов, как ¹⁵³Sm, ⁸⁹Sr и ⁹⁰Y.

Сегодня в качестве вероятного направления эволюции брахитерапии рассматривается тераностика, которая объединяет в рамках одной процедуры как диагностику, так и лечение.

Лучевая терапия

Спорным является вопрос о возможности отнесения дистанционной лучевой терапии (нейтрон-захватная терапия, протонная терапия, гамма-нож) к методам лечения в ядерной медицине. Теоретики стремятся отделить дистанционную лучевую терапию от ядерной медицины, ограничивая терапевтические методы последней применением радиоактивных препаратов. В частности, подобной позиции придерживается Ассоциация Медицинских Физиков России в рубрикаторе журнала «Медицинская физика», а также российское Общество ядерной медицины — в разработанном им проекте национального стандарта «Ядерная медицина. Термины и определения» и названии газеты «Вестник ядерной медицины и лучевой терапии».

В то же время на практике разделение ядерной медицины и дистанционной лучевой терапии соблюдается далеко не всегда. Так, Немецкий кардиологический центр в Мюнхене объединяет ядерную медицину и лучевую терапию под крышей Института радиологии и ядерной медицины (Institut für Radiologie und Nuklearmedizin), Центр ядерной медицины МИФИ готовит специалистов как по ядерной медицине, так и по лучевой терапии. Открываемые в российских регионах центры ядерной медицины тоже часто предусматривают в составе оказываемой медицинской помощи лучевую терапию (напр, центр в Казани, проекты в Томске и Владивостоке).

Кибер-нож

Кибернож (CyberKnife) — радиохирургическая система производства компании Accuray, состоящая из 2 элементов:

1) небольшой линейный ускоритель, создающий излучение;

2) роботехническое устройство, позволяющее направлять энергию на любую часть тела с любого направления.

Метод воздействия системы основан на лучевой терапии с целью более точного воздействия, чем при обычной лучевой терапии.

С августа 2001 Управление по санитарному надзору (США) разрешило использовать систему CyberKnife для лечения опухолей в любых частях человеческого тела. Система используется для лечения опухолей поджелудочной железы, печени , простаты, позвоночника, рака горла и мозга и доброкачественных опухолей.

Современное состояние отрасли

Сегодня^{[когда?]} свыше 50 % радиоактивных изотопов в мире тратится на нужды ядерной медицины. Мировой рынок радиофармпрепаратов и медтехники контролируют главным образом 5 компаний:

• Amersham (Великобритания), входит в состав GE Healthcare;
• Bracco (Италия);
• Bristol Myers Squibb (США);
• Covidien (США), бывшая Tyco Healthcare;
• Schering (Германия), бывшее CIS Bio international.

По степени обеспеченности ядерной медициной можно выделить следующие группы государств (по состоянию на 2005 год):

1. высокообеспеченные — США, Япония, Германия, Бельгия, северная Италия;
2. быстро развивающиеся — Франция, Испания, Турция;
3. только начинающие — Канада, Бразилия, Португалия, Польша, Венгрия, Марокко, Словакия, Великобритания, Китай, Индия;
4. ещё не принявшие решения — Алжир, Тунис, страны СНГ, Южная Америка и т. д.

По оценкам аналитиков Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, мировой объём рынка ядерной медицины с 2014 года по 2020 год вырос в полтора раза — с 16,3 млрд долларов до 24 млрд долларов. Предполагается, что к 2030 году он достигнет 43 млрд. долларов.

Россия

Обеспеченность страны ядерной медициной пока что довольно низка. По состоянию на 2007 год обеспеченность гамма-камерами составляла 1 на миллион жителей (для сравнения: Северная Америка — 33, Восточная Европа — 2,2, Латинская Америка — 2,1). По оценкам экспертов, для достижения заметного экономического и социального эффекта необходим 1 ПЭТ-томограф на 1 млн населения, в то время как в 2012 году в России действовало только 24 ПЭТ-томографа (при норме 143). В 2021 году Россия имела 0,52 сканера на 1 млн человек. В области радионуклидной терапии функционировало только 4 % от необходимого количества койко-мест. По словам бывшего министра здравоохранения Т. А. Голиковой, потребности населения в радиофармпрепаратах удовлетворены на 1—3 %.

В 2009 году в рамках национального проекта «Здоровье» в России стартовала Национальная онкологическая программа. Программа предусматривала совершенствование учёта онкологических заболеваний, повышение квалификации медицинских работников, модернизацию оборудования региональных онкологических диспансеров. Постановлением Правительства РФ от 17 февраля 2011 года № 91 была утверждена федеральная целевая программа «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу». Вслед за ней ожидалось принятие ФЦП «Развитие ядерной медицины в РФ», однако такая программа пока не принята.

По оценкам аналитиков Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, российский рынок ядерных медтехнологий растёт в среднем на 5 % ежегодно. В 2020 году он составил около 1,2 млрд долларов, к 2030 году должен вырасти до 3,5-4 млрд долларов. Скромную динамику российского рынка эксперты объясняют недостатком медицинской инфраструктуры и высокой капиталоёмкостью проектов.

Наука и образование

Основными отечественными центрами исследований в области методов ядерной медицины являются НБИК-центр Курчатовского института и Институт теоретической и экспериментальной физики (оба — Москва), Институт физики высоких энергий (ИФВЭ, Протвино), Петербургский институт ядерной физики (ПИЯФ, Гатчина), МРНЦ им. А.Ф. Цыба, Обнинск. Ведущий научный центр, отвечающий за разработку технологий радиофармпрепаратов, методов их контроля и проведение испытаний — Федеральный медицинский биофизический центр имени А. И. Бурназяна.

В 1993 году была создана Ассоциация Медицинских Физиков России, с 1995 года она издаёт журнал «Медицинская физика», в котором имеется раздел ядерной медицины. В 1996 году создано российское Общество ядерной медицины. 2 марта 2000 года в России официально появилась специальность 010707 «медицинская физика». Сейчас ежегодно выпускаются до 100 медицинских физиков при потребности 400 специалистов в год.

Производство

Рассчитывая на рост спроса после принятия ФЦП по развитию ядерной медицины, «Росатом» подписал с Philips соглашение, предусматривающее размещение в стране производств однофотонных и позитронных эмиссионных томографов со степенью локализации не менее 51 %. Госкорпорация нацелена также и на выпуск циклотронов. Среди отечественного оборудования для автоматизированной брахитерапии котируется аппарат «Агат», производимый ОАО «Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации» (входит в АО "Наука и инновации").

Россия входит в число 5 крупнейших производителей сырьевых медицинских изотопов в мире. Изотопы производятся: на ядерных реакторах — в ПО «Маяк» и ГНЦ-НИИАР (Димитровград, Ульяновская область); на циклотронах — в ЗАО «Циклотрон» (Обнинск, Калужская область), Курчатовском институте (Москва), Радиевом институте им. В. Г. Хлопина и Российском научном центре радиологии и хирургических технологий (оба — Санкт-Петербург), Научно-исследовательском институте ядерной физики при ТПУ (Томск). Правда, более 90 % сырьевых медицинских изотопов не находит применения в стране и экспортируется. Сейчас «Росатом» реализует в Димитровграде проект «Молибден-99» (используется для изготовления ⁹⁹Tc^m), с которым рассчитывает занять 20 % мирового рынка.

Радиофармпрепараты для диагностики in vitro в стране не выпускаются. Из числа прочих радифоармпрепаратов в России производятся 20 наименований из 200; считается, что они в основном закрывают потребности внутреннего рынка. Ведущими отечественными производителями радиофармпрепаратов выступают:

• в Москве — АО «Фарм-Синтез», завод «Медрадиопрепарат» Федерального медико-биологического агентства России (Москва), ООО «Диамед», Научный центр сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева и Центральная клиническая больница Управления делами Президента РФ;
• в Обнинске — Обнинский филиал Научно-исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова и Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского;
• в Санкт-Петербурге — Радиевый институт им. В. Г. Хлопина, Институт мозга человека имени Н. П. Бехтеревой РАН и Российский научный центр радиологии и хирургических технологий;
• в Томске — Научно-исследовательский институт ядерной физики при ТПУ.

Свердловская область приступила в 2013 году к реализации плана по созданию в Екатеринбурге Циклотронного центра ядерной медицины на месте циклотронной лаборатории ускорительного комплекса кафедры экспериментальной физики УрФУ. Предполагается, что в перспективе центр будет снабжать изотопами и радиофармпрепаратами ПЭТ-центры Уральского федерального округа.

Клиники

Сейчас в России действуют более 200 подразделений радионуклидной диагностики, проводящих исследования in vivo (столько же занимаются анализами in vitro). При этом в 2012 году насчитывалось только 8 полных центров (оборудованных собственными циклотронами и лабораториями по синтезу радиофармпрепаратов) и 4 отделения позитронно-эмиссионной томографии (Москва, Санкт-Петербург, Челябинск и Магнитогорск). Данные учреждения позволяли в совокупности диагностировать и лечить 5 000 больных в год при потребности 40 000. На различных стадиях подготовки и запуска находились ещё около 40 центров.

В 2010 году Минздрав, Федеральное медико-биологическое агентство и «Росатом» запланировали создание трёх национальных кластеров ядерной медицины на основе существующих производств: в Томске с зонами ответственности по оказанию медицинской помощи Сибирь и Дальний Восток, в Димитровграде с зоной ответственности Урал и в Обнинске с зоной ответственности Европейская Россия. В результате в конце 2013 года должен вступить в строй Центр медицинской радиологии в Димитровграде ёмкостью 400 коек, рассчитанный на обслуживание 40 000 пациентов в год, Томск и Обнинск пока только строят планы.

Начали строить планы и другие регионы. Так, планируется к созданию Центр ядерной медицины ДВФУ (Владивосток), «Роснано» объявило об открытии до конца 2013 года ПЭТ-центров в Уфе, Липецке, Орле, Тамбове и Брянске. В феврале 2012 года открылся Радиологический центр Тюменского областного онкодиспансера, рассчитанный на 4 000 процедур однофотонной и 3 000 процедур протонной эмиссионной диагностики в год, а также на 300 пациентов год по направлению радионуклидной терапии. В 2013 году открылся Центр ядерной медицины в Казани, рассчитанный на 6 000 пациентов в год.

В октябре 2021 года в подмосковных Химках открылся крупнейший в России Институт ядерной медицины полного цикла, предлагающий весь спектр услуг в области ядерной медицины (диагностика, радионуклидная терапия) и рассчитанный на прием 26 000 пациентов в год. Институт имеет собственный циклотронно-радиохимический комплекс для производства радиофармпрепаратов.

Литература

• Бекман И. Н. Курс лекций «Ядерная медицина». — М.: МГУ, 2006.
• Голикова Т. А. Развитие ядерной медицины в Российской Федерации. — Медицинский факультет Санкт-Петербургского государственного университета, 2010. Архивировано 12 августа 2014 года.
• Корсунский В. Н. и др. Ядерная медицина. Современное состояние и перспективы развития (Аналитический обзор и предложения) (рус.) // Атомная стратегия : журнал. — СПб., 2007. — № 5 (31). — С. 4-6.
• Медицинская боеголовка (рус.) // Здоровье : журнал. — М., 2013. — № 8.
• Чумаков В. Поставить диагноз поможет атом (рус.) // В мире науки : журнал. — М., 2012. — № 2. — С. 3-9. Архивировано 14 июля 2014 года.
• A heathy citizenry: Gifts of the New Era // A Vital Legacy: Biological and Environmental Research in the Atomic Age / Edited by D. Vaughan. — Беркли: Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, 1997. — P. 20-29. — 48 p.
• Zimmermann R. Nuclear Medicine: Radioactivity for Diagnosis and Therapy = La Médecine nucléaire. La radioactivité au service du diagnostic et de la thérapie. — Лез-Юлис: EDP Sciences, 2007. — 173 p. — ISBN 978-2-86883-962-6. (недоступная ссылка)

Рекомендуемая литература

• Наркевич Б. Я., Костылев В. А. Физические основы ядерной медицины: Учебное пособие. — М.: АМФ-Пресс, 2001. — 60 с.
• Паркер Р., Смит П., Тейлор Д. Основы ядерной медицины = Basic Science of Nuclear Medicine. — М.: Энергоиздат, 1981. — 304 с. — 2200 экз.
• Королюк И. П., Цыб А. Ф. Беседы о ядерной медицине. — 1-е изд. — М.: Молодая гвардия, 1988. — 192 с. — (Эврика). — 100 000 экз. — ISBN 5-235-00599-6.
  • Цыб А. Ф., Королюк И. П., Капишников А. В. Беседы о ядерной медицине. — 2-е изд. — М.: Медицина, 2009. — 189 с. — 1000 экз. — ISBN 5-225-03388-1.

Ссылки

• Американское Общество ядерной медицины и молекулярной визуализации (SNMMI) (англ.). Официальный сайт. Дата обращения: 17 июля 2013.
• Европейская ассоциация ядерной медицины (EANM) (англ.). Официальный сайт. Дата обращения: 17 июля 2013. Архивировано из оригинала 28 июля 2013 года.
• Российское Общество ядерной медицины  (рус.). Официальный сайт. Дата обращения: 16 июля 2013. Архивировано из оригинала 12 июля 2013 года.
• Объединение Брахитерапевтов России  (рус.). Официальный сайт. Дата обращения: 16 июля 2013. Архивировано из оригинала 26 июля 2013 года.
• Отраслевой справочник: Ядерная медицина  (рус.). ОАО «Всерегиональное объединение «Изотоп». Росатом. Дата обращения: 15 июля 2013. Архивировано из оригинала 3 сентября 2014 года.
• выпуск «Атомная медицина» в проекте НТВ «Мы и наука. Наука и мы», 26 мая 2020