A debreceni Atommagkutató Intézet (ATOMKI) és a Debreceni Egyetem közötti, nemrégiben kötött együttműködési megállapodásnak köszönhetően a két intézmény által korábban közösen kifejlesztett MiniPET-3 kisállat pozitron emissziós tomográf mostantól készen áll új feladatok megoldására, többek között a koronavírussal kapcsolatos kutatásokra is.

A MiniPET-3 egy olyan Pozitron Emissziós Tomográf (PET), amely kifejezetten kisállatok – leginkább egerek, patkányok, kisebb nyulak – vizsgálatára alkalmas. A klinikai gyakorlatban használatos többi képalkotó berendezéshez hasonlóan lehetővé teszi, hogy a vizsgált élőlény belső szerveiről annak felnyitása, sebészi feltárása nélkül szerezzünk információt. A kisállat PET az emberi vizsgálatokhoz alkalmazott humán PET készüléktől nem csak méretében különbözik. A humán PET esetén általában elegendő, ha a térbeli pontosság 3-4 mm, azonban ezzel a feloldással például egy kisegér jobb és bal agyfélteke nem lesz egymástól megkülönböztethető. Kisállat PET esetén gombostűfej pontosságú térbeli azonosításra van szükség. A feloldás azonban nem javítható tetszőleges mértékig, a fizika által megszabott elvi határ megközelítőleg 0,2 mm.

Humán PET készüléket már sokan láthattak, azonban szerencsére a legtöbben csak a népszerű kórházi filmsorozatokban. A beteg egy mozgatható ágyon fekszik, amelyet a vizsgálatnak megfelelő mértékben betolnak egy nagy szürke gyűrűbe. Az orvosok egy monitoron nézik a gyűrűben lévő detektorok segítségével az emberi agyról, más testrészről vagy akár az egész testről készült 3D felvételeket, így lehetővé válik a keresett elváltozás helyének megállapítása és a pontosabb diagnózis felállítása.

A PET készülék kinézetében nem különbözik a CT vagy az MRI készüléktől, legalábbis laikus szemmel. Mindhárom segítségével a test belsejébe nyerhetünk bepillantást anélkül, hogy szikéhez nyúlnánk. Működésük azonban nagyon eltérő fizikai jelenségeken alapszik.

A PET diagnosztika esetén a páciensbe radioaktív izotóppal megjelölt oldatot – többnyire cukoroldatot – fecskendeznek, amely a vérárammal eljut a test különböző részeibe. Azok a sejtek és szövetek, amelyek nagy intenzitással dolgoznak a testen belül – például az agyunk gondolkodás közben, a gyógyuló sebek vagy a gyorsan osztódó sejtekből álló daganatos elváltozások – több energiát használnak, így több cukrot vesznek fel, mint a környező szövetek. A cukormolekulához kapcsolt radioaktív izotóp életében egyszer jelt ad magáról: egy pozitron kibocsátásával elbomlik. A pozitron az elektron antirészecskéje; rövid időn belül találkozik egy elektronnal a környezetében. Anyag és antianyag találkozásakor ún. annihiláció, azaz megsemmisülés történik. Anyag azonban nem vész el, csak átalakul: a folyamat során két darab gamma-foton keletkezik, amelyek egymással ellentétes irányban szétrepülnek. Ezeket a gamma-fotonokat érzékelik a PET gyűrűjében körben elhelyezkedő detektorok, és az így kapott jelekből összetett képalkotási eljárással a számítógép kiszámolja és megjeleníti a test belsejét. A PET funkcionális képet alkot, azaz megmutatja, mely helyeken mennyire aktívan dolgoznak a sejtek.

A CT nem más, mint egy röntgenkészülék. Röntgenfelvétel készítésénél a testet egyik oldalról röntgensugarakkal megvilágítják, a másik oldalon az átjutott sugarakat ernyővel vagy detektorokkal felfogják. Minél sűrűbb szöveten (pl. csonton) halad keresztül a röntgensugár, annál kevesebb jut át a másik oldalra. A CT esetén a gyűrűben a röntgenforrással szemben több röntgendetektor található, amiket ráadásul nagy sebességgel forgatnak a beteg körül, így szkennelik le a kérdéses testtérfogatot. A CT szerkezeti képet ad a testről, láthatóvá válnak a csontok és a különböző szervek.

Az MRI esetén a gyűrűben szupravezető mágnesek találhatók, amiket folyékony hélium hőmérsékleten (4 kelvin = -269 °C) működtetnek. A létrehozott rendkívül erős mágneses térbe fektetik a vizsgálandó beteget, akinek testében emiatt a hidrogénatomokban lévő protonok mint kis iránytűk egy irányba rendeződnek. Egy nagyteljesítményű rádiófrekvenciás sugárzással rezgésre kényszerítik a kis mágneseket, majd hirtelen kikapcsolják ezt a gerjesztést. Ekkor a protonok igyekeznek visszaállni korábbi, rendeződött helyzetükbe, miközben felesleges energiájuktól sugárzás kibocsátásával szabadulnak meg. Ezt a gyűrűben lévő detektorok érzékelik, így a protonok helyét képi formában lehet megadni. Az MRI szerkezeti képet ad a testről a víztartalom alapján, mivel a hidrogén jórészt a víz alkotórészeként van jelen.

A mai korszerű képalkotó készülékek már kombináltak, egyszerre adnak funkcionális (biológiai információt hordozó) és szerkezeti (anatómiai) képet. Így az orvos jól látja, melyik szervnek melyik részén van a rendellenes működés. A PET és a CT összeházasítása egyetlen készülékké viszonylag könnyen ment, megszületett a PET-CT. A PET és az MRI együttes alkalmazása azonban sok technikai kihívással járt, mert az MRI erős mágneses tere zavarja a PET detektorok működését. Ma már léteznek PET-MRI készülékek is.

Az Atommagkutató Intézet és a Debreceni Egyetem Orvosi Képalkotó Intézete az elmúlt évtizedekben több közös fejlesztést végzett a kisállat PET területén. Az első, a MiniPET-1 berendezés 2005-ben készült el, melyben csak 4 db detektor kapott helyet és a gyűrű forgatásával érték el, hogy a teljes kört lefedjék a detektorok. A 2009-ben befejezett MiniPET-2 már 12 db detektorból áll. A beérkező gamma-fotonok egy több mint 1000 kristályelemből álló szcintillátorba jutnak, ahol fényfelvillanásokat hoznak létre. A fényfotonokat egy fotoelektron-sokszorozó elektronokká konvertálja, majd mérhető jelekké alakítja. A hagyományos fotoelektron-sokszorozó azonban érzékeny a mágneses térre, az ilyet tartalmazó PET készüléket nem lehet MRI-vel házasítani.

A legutóbbi fejlesztés, a MiniPET-3 egy 2013-ban zárult nemzetközi projekt egyik eredménye. Ez mindenben megegyezik a MiniPET-2-vel, kivéve, hogy a detektorok mágneses térre érzékeny alkatrészét felváltotta egy akkoriban teret nyerő új technológiának köszönhető alkatrész, a szilícium alapú fotoelektron-sokszorozó (SiPM). A fejlesztés célja annak kiderítése volt, hogy a SiPM alkatrésszel készült kisállat PET képalkotó képessége eléri-e a hagyományos alkatrésszel készültét. A válasz: igen; a MiniPET-3 igen jó képalkotó paraméterekkel rendelkező berendezés. A hardver (detektorok, elektronika, mechanika) az Atommagkutató Intézet Elektronikai Osztályának, a működtető  szoftverrendszer pedig a Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézetének fejlesztéseként jött létre.

A Debreceni Egyetem a tulajdonában lévő MiniPET-2 segítségével sok éve végez orvosi kutatási célú kisállat vizsgálatokat. Az ATOMKI a tulajdonában lévő MiniPET-3 berendezést főként ipari (gépkocsi katalizátor) és mezőgazdasági (növények tápanyagfelvételének nyomonkövetése) jellegű témákban alkalmazta. A MiniPET-3 készülék még jobb kihasználása érdekében és a koronavírus járvány miatt is megnövekedett igényre válaszolva a két intézmény együttműködési megállapodást kötött. Ennek eredményeként idén augusztustól a MiniPET-3 készülék a Debreceni Egyetem Általános Orvostudományi Karának Orvosi Képalkotó Intézetében, az Atommagkutató Intézettel közös üzemeltetésben a gépidő nagy részében orvosi célú kisállat vizsgálatokat végez, de teret hagy az ATOMKI-nak is az egyébirányú kutatásai folytatásához.

Kattintson a képekre a megtekintéshez.

1. Magyarország első, ma is működőképes, General Electric gyártmányú PET készüléke 1994-2006 között fogadta a betegeket az Atommagkutató Intézetben. Azért itt, mert az országban egyedül itt volt ciklotron, amivel a vizsgálathoz szükséges radioaktív izotópok előállíthatók. A mai PET berendezésekhez már miniciklotront is lehet vásárolni.
2. A MiniPET-3 kisállat pozitron emissziós tomográf, a mozgatható ágyon egy plüssnyuszival.
3. Kisegér törzsi részéről a MiniPET kamerával készített felvétel. A vizsgálat előtt befecskendezett radioaktív oldat egy részét megkötötték a rákos sejtek. A kék színű, félhold alakú képlet a daganatos elváltozás. A piros szín a legaktívabb tartományokat jelöli, jelen esetben a két vesét, amely a testben meg nem kötődött radioaktív oldatot kiválasztja.