Tiskane izdaje
Sodobne klinične medicine si danes ni mogoče predstavljati brez diagnostične opreme, ki omogoča zgodnje odkrivanje bolezenskih sprememb v organizmu in hitrejši začetek zdravljenja. Velik napredek je na to polje prinesla pozitronska emisijska tomografija (PET). Zdaj skupina slovenskih znanstvenikov in raziskovalcev načrtuje še dodatno izboljšanje natančnosti meritev.
Raziskave, kjer se inovativno združuje znanje slovenskih akademskih in industrijskih raziskovalcev, potekajo v okviru kompetenčnega centra Biomedicinska tehnika; ta je del konzorcija, ki povezuje dvanajst partnerjev iz slovenskega gospodarstva in javnega raziskovalnega sektorja.
Projekt TOF-PET, ki se nanaša na izboljšavo uvodoma omenjene slikovne diagnostike, vodi podjetje Instrumentation Technologies iz Solkana v sodelovanju z akademskimi partnerji s klinike za nuklearno medicino UKC, iz laboratorija za slikovne tehnologije ljubljanske fakultete za elektrotehniko in z odseka za fiziko nizkih in srednjih energij na Institutu Jožef Stefan. Razumljivo je, da se je na tem zahtevnem področju morala povezati projektna ekipa z vrhunskim znanjem in izkušnjami iz elektronike, fizike, računalništva, klinične diagnostike in razvoja izdelkov. Nekaj podrobnosti o projektu pojasnjuje dr. Matjaž Vencelj z odseka za fiziko nizkih in srednjih energij IJS.
Od osnovne zamisli do klinične uporabe
Verjetno je že širše znano, da je pozitronska emisijska tomografija (s kratico najpogosteje imenovana PET) instrument jedrske medicine in eno najpomembnejših orodij v diagnostiki rakavih obolenj in vnetnih procesov. Kot spomni sogovornik, je koncept tomografije PET začel zoreti nekako v 50. letih prejšnjega stoletja, s prvim klinično uporabnim tomografom okoli leta 1970 in z mnogo ključnimi tehnološkimi in kliničnimi preskoki v 90. letih.
Klasična preiskava PET poteka tako, da pacientu vbrizgajo raztopino glukoze, označene z radioaktivnim fluorom.
Ker glukozo najbolj vsrkajo tkiva z intenzivno presnovo, kot so rakava tkiva in žarišča vnetij, ta zaradi radioaktivnega označevalca tudi najbolj sevajo. Preiskovanec leži pod kamero PET, katere srce je obroč iz mnogo drobnih detektorjev za žarke gama. Po radioaktivnem razpadu fluora v označeni glukozi se z mesta razpada izsevata dva žarka gama, ki odletita narazen v nasprotnih smereh. Vsakič ko detektorski obroč kamere PET zazna oba žarka hkrati, lahko sklepamo, da je razpad v pacientu potekal nekje na ravni črti, ki povezuje oba »pravkar« zadeta detektorja. Po zaznavi več stotisočev takšnih dogodkov računalnik iz šopa omenjenih ravnih črt izračuna tridimenzionalno sliko obolelih delov telesa.
Kako še izboljšati časovno natančnost?
»Projekt TOF-PET je usmerjen predvsem v izboljšanje natančnosti meritve časa pri detekciji žarkov gama,« razlaga cilj projekta dr. Vencelj, ki nam tudi nekoliko poenostavljeno pojasni delovanje tega, za večino zapletenega delovanja vrhunske tehnologije, ki jo, kot rečeno, nameravajo še izboljšati.
»Ko dosežemo dovolj dobro časovno natančnost kamere, opazimo, da je eden od žarkov gama iz istega para praviloma zaznaven nekoliko prej od drugega. Razlog je v tem, da je po razpadih, ki se zgodijo zunaj centralne osi kamere, pot enega od žarkov do obroča PET za nekaj centimetrov krajša od poti drugega. Ker žarki potujejo s svetlobno hitrostjo, gre za časovne razlike malo manj od milijardinke sekunde. Odtod kratica TOF, ki pomeni time of flight, torej čas preleta. S to dodatno informacijo lahko kamera PET poleg lege razpadne črte skozi pacientovo telo oceni tudi pravi kraj razpada vzdolž te črte. Ključna klinična prednost tako izboljšane kamere je v tem, da dosega bolj kontrastno sliko obolenja z uporabo manjšega odmerka radioaktivne glukoze, obenem pa več pregledanih pacientov na dan in s tem krajše čakalne dobe za preiskavo.«
Ekonomska usmeritev projekta
Po sogovornikovih besedah je neposredni cilj projekta TOF-PET razviti del tehnološke rešitve od fotoelektričnega senzorja do rekonstruiranega tomograma, ki v klinično rabo prinese omenjene prednosti in je obenem kot komponenta cenovno primerna za trg. S tem bodo izpolnjeni pogoji za vstop na trg prek strateškega partnerstva s proizvajalci tovrstnih medicinskih diagnostičnih naprav. Gre za razmeroma velik trg, na njem se proda okoli 2000 kamer na leto po ceni približno 2 milijona evrov za kos.
Kot še pravi dr. Vencelj, je ekipa v prvem letu in pol, kolikor se intenzivno ukvarjajo s tem projektom, dosegla načrtovano časovno natančnost okoli 0,2 milijardinke sekunde, kar ustreza trem centimetrom ločljivosti vzdolž razpadne črte skozi telo preiskovanca. Poudariti pa je treba, da je ta ločljivost dosežena na produktno primerno usmerjen način, ki v smiselnih cenovnih okvirih dovoli prenos v industrijsko izdelavo. V laboratorijskih pogojih in ne da bi se ozirali na ceno končnega kliničnega sistema, pa je sicer mogoče doseči še približno dvakrat boljšo natančnost. A to je stvar nadaljnjih ocen in odločitev. Obenem so v testiranju poskusni novi algoritmi za rekonstrukcijo slik, ki meritev časa preleta že uporabijo za izboljšanje kakovosti rekonstruirane slike.
Pogled v prihodnost
Ključni naslednji zalogaj skupine bo obdelava nekaterih tako imenovanih parazitskih pojavov, to je motenj v večjih senzorskih blokih, kjer zaradi zapletene geometrije detekcije žarkov gama pride do popačenja tomografskih slik. Problema se bo treba lotiti na ravni elektronike za zajem in obdelavo signala, da bi ustrezno rekonstruirali tomografske slike in natančno ovrednotili klinični pomen manj izrazitih popačenj.
