Гамма-навигация в хирургии

Современная хирургия нуждается в интраоперационных методах визуализации патологических процессов, сосудов и важных анатомических структур, непреднамеренное повреждение которых нежелательно и приводит к осложнениям, снижающим качество жизни. Это актуальной для отрытой и еще больше -для эндоскопической хирургии, при которой экспозиция анатомического пространства меньше, и нет большой свободы хирургической ревизии. Возможность визуализации патологических очагов в целом повышает радикальность и безопасность их хирургического удаления, а также позволяет осуществлять контроль радикальности операции.

Гамма-навигация работает по принципу миноискателя и может обнаружить патологический очаг, накопивший радиоактивную метку, в глубине мягких тканей. Для этого применяются гамма-зонды. Чаще в хирургической практике применяются одноканальные гамма-зонды, но уже разработаны многоканальные гамма-зонды, чувствительность и специфичность которых еще выше. Гамма-зондирование позволяет хирургу получить информацию о накопленной активности радиофармпрепарата (РФП) в области интереса в режиме реального времени.  В хирургии используют гамма-зонды, диапазон спектра детектируемой энергии гамма-квантов – от 40 до 400 кэВ.

Гамма-зонды имеют различные характеристики чувствительности, скорость счета, пространственного и энергетическое разрешения, контрастности – эти параметры определяют выбор гамма-зондов . Гамма-зонды делятся по типу регистрации излучения на основе сцинтиллятора (сцинтилляционные детекторы) и полупроводника (полупровдниковые детекторы). Зонды состоят из следующих компонентов: коллиматор (HEGP, LEHR, LEAP, MEAP, PINHOLE, DIVERGING, LEHS, LEGP), сцинтиллятор NaI(Tl) или CsI(Tl) (бывают органические и неорганические отличаются временем высвечивания – важная характеристика, которое влияет на «мертвое» время и, как следствие, на количество детектируемых квантов) или полупроводниковая структура (LSO, BGO), оптическая смазка (для улучшения светосбора), фотоприемник (фотоумножители, фотодиоды,полупроводниковые радиокомпоненты, предназначенные для регистрации оптического излучения и преобразования оптических сигналов), анализатор импульсов (устройство для определения закона распределения амплитуд электрических импульсов), контроль напряжения питания, источник питания.

Принцип детектирования для сцинтилляционных гамма-зондов основан на поглощение падающего фотона, испускаемого РФП из области накопления, сцинтиллятором, в котором происходят процессы ионизации и возбуждения, что впоследствии приводит к  переводу   длины волны гамма-квантов в видимый  спектр (фотоны видимого света). Далее фотоны по средствам фотоэффекта выбивают электроны из фотокатода, которые попадают на систему динодов (при столкновение с каждым динодом происходит умножение количества электронов).  После прохождения системы динодов происходит усиление в 10⁶ – 10⁷ раз. Далее аналоговый сигнал поступает на вход системы электроники.

Существуют преимущества и недостатки, характерные для сцинтилляционной и  полупроводниковой систем регистрации гамма-квантов. С одной стороны, сцинтилляционные детекторы имеют более высокую чувствительность (особенно для гамма-квантов средней и высокой энергий), но имеют более низкое энергетическое разрешение и подавление рассеяния. Датчики сцинтилляционного типа, как правило, имеют гораздо более объемную конструкцию профиля головки датчика по сравнению с полупроводниковыми. С другой стороны, полупроводниковые детекторы обладают более высоким энергетическим разрешением и подавлением рассеяния, но имеют более низкую чувствительность для гамма-квантов средних и высоких энергий.

 По количеству детекторов  гамма- зонды бывают  одноканальными (зонды с одним детктором)  и многоканальные (несколько детекторов).

Одноканальные гамма-зонд – устройства, которые детектируют события из области интереса единичным детектором. При этом величине скорости счета соответствует аудио/видео сигнал, который модулируется по интенсивности/цвету согласно полученному значению скорости счета из области интереса.

Многоканальные зонды – устройства, которые осуществляют сбор информации в режиме планарной сцинтиграфии т.е помимо регистрации счета происходит визуализация области накопления РФП, что помогает хирургу отличить истинно патологическое от фонового или артефактного накопления РФП.