Гамма- и нейтронная визуализация предлагают возможные улучшения по сравнению с существующими методами, такими как рентген или компьютерная томография, но их безопасность еще не полностью изучена. По словам исследователей из Duke Medicine, с помощью компьютерного моделирования было установлено, что получение изображений печени и груди с помощью гамма- или нейтронного излучения безопасно, обеспечивая уровни излучения наравне с обычными медицинскими изображениями.
Результаты, опубликованные в июньском номере журнала Medical Physics, помогут исследователям перенести тестирование гамма- и нейтронной визуализации на животных, а затем и на людей.
Обычные медицинские инструменты визуализации, включая рентген, ультразвук, КТ и МРТ, выявляют заболевание, определяя анатомию, форму и размер аномалии. При использовании этих инструментов для скрининга рака опухоль должна быть достаточно большой, чтобы ее можно было обнаружить, и в случае обнаружения обычно требуется хирургическая биопсия, чтобы определить, доброкачественная она или злокачественная.
Исследователи Duke работают над разработкой технологий визуализации для выявления заболеваний на самых ранних стадиях, задолго до того, как опухоли станут достаточно большими, чтобы их можно было обнаружить с помощью обычных методов. Два метода визуализации, которые они исследуют, – это компьютерная томография с нейтронно-стимулированной эмиссией и компьютерная томография с гамма-стимулированием.
Исследования показали, что многие опухоли имеют несбалансированную концентрацию микроэлементов, естественным образом содержащихся в организме, таких как алюминий и рубидий. Эти элементы отклоняются от своих нормальных уровней концентрации на самых ранних стадиях роста опухоли, потенциально обеспечивая ранний сигнал о болезни.
Методы нейтронной и гамма-визуализации измеряют концентрацию элементов в организме, определяя молекулярные свойства без необходимости биопсии или инъекции контрастного вещества. Цель этих тестов состоит в том, чтобы различать доброкачественные и злокачественные образования, а также здоровые ткани.
"Гамма- и нейтронная визуализация могут в конечном итоге помочь нам обнаружить рак на более раннем этапе без необходимости проведения инвазивной биопсии," сказал Анудж Кападиа, доктор философии.D., доцент кафедры радиологии Медицинского факультета Университета Дьюка и старший автор исследования.
Гамма- и нейтронная визуализация также могут применяться для пациентов, проходящих лечение рака. В настоящее время пациенты ждут недели или месяцы, чтобы увидеть, реагирует ли их рак на конкретное лечение и уменьшится ли он в размерах, но гамма- и нейтронная визуализация могут помочь определить, работает ли лечение раньше, путем обнаружения молекулярных изменений непосредственно в опухоли.
Хотя улучшенные диагностические тесты предоставят клиницистам полезные инструменты, остается актуальным вопрос о безопасности гамма-излучения и особенно нейтронного излучения. Попадая в организм, нейтроны значительно разлетаются с возможностью достижения нескольких жизненно важных органов. Таким образом, исследователи были обеспокоены тем, сколько излучения поглощается в целевом органе по сравнению с окружающей тканью. Например, при сканировании груди, сколько радиации без надобности доставляется в сердце или легкие?
Используя подробное компьютерное моделирование, Кападиа и его коллеги оценили дозу облучения, направленную на печень и грудь, с помощью нейтронной и гамма-визуализации. Они обнаружили, что большая часть излучения доставлялась к органам непосредственно в пределах луча излучения, а гораздо меньшая доза была поглощена тканями вне луча излучения.
При моделировании сканирования груди излучение почти полностью ограничивалось сканируемой областью груди. Доза, полученная в груди, составила 96 процентов излучения при нейтронном сканировании и 99 процентов при гамма-сканировании. Сердце и легкие получили менее 1 процента дозы радиации.
При визуализации печени в моделировании нейтронное сканирование передавало самую высокую дозу облучения печени, в то время как при гамма-сканировании стенка желудка поглощала наибольшее количество излучения, учитывая ее расположение на прямом пути луча. Необходима дальнейшая работа для снижения и улучшения целевых доз гамма-излучения при сканировании печени.
"Результаты показывают, что, несмотря на использование сильно рассеивающих частиц, таких как нейтрон, доза от нейтронной визуализации находится на одном уровне с другими методами клинической визуализации, такими как рентгеновская компьютерная томография," Кападиа сказал. "Нейтронное и гамма-излучение могут стать жизнеспособными альтернативами визуализации, если дальнейшие испытания подтвердят их безопасность и эффективность."
Исследователи будут использовать эту информацию, чтобы перенести свои исследования на животных, а позже и на людей.