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新设备利用放射线发现微小癌症肿瘤 

我爱祖国的蓝天 2003-12-3

    1981年之后,癌症成为日本第一大死亡原因。2002年因癌症死亡的人数占了全部死亡人数的31%,一年合计大约有30万人。而且,日本的癌症死亡增加率高于其它发达国家,据预测2020年因患癌症死亡的人数将达到约45万人。

  虽然有关癌症病因及治疗药物的研究有了长足的进步,但彻底征服癌症还遥遥无期。日前最有效的办法就是早期发现、及早治疗。从死亡人数最多的肺癌来看,如果在最初的“I期”就能发现的话,治疗5年后的生存率大约可达85%。而在晚期的“IV期”,这一数值则只有10%

  及早发现癌症的重要性显而易见,但问题是肝癌及子宫癌之类的癌症在癌症初期患者几乎没有什么自觉症状。要想在早期就发现肿瘤,必须通过X线CT(计算机断层摄影设备)及MRI(磁共振成像设备)等检查设备来诊断。其中名为“PET(正电子断层摄影设备)”的新型设备具有能够发现CTMRI很难发现的、直径几mm左右的小肿瘤的功能,因此受到了医疗界的广泛关注。PET几年前才刚刚投入临床使用,日本国内仅约有70台。美国CPS、荷兰飞利浦、GE横河医疗系统、岛津制作所等厂商正在进行开发,以降低价格、缩短拍摄时间等。目前,每台价格在1亿~2亿日元,拍摄时间需要50分钟。

  拍摄时间缩短到现行的1/5

  其中,拍摄时间方面,在PET使用的特殊传感器市场上占有最大份额的浜松光电公司 (Hamamatsu Photonics) 开发成功了可将检查时间缩短到10分钟的新设备。毋庸致疑,随着最难解决的课题之一的时间短缩找到有效的解决方案,今后PET的普及将进一步加快。

  与CTMRI一样,PET是一种拍摄人体的“断层”图像的设备,由受诊者平躺的床和名为“GANTRY”的环形主机组成。拍摄时,向受诊者的静脉注射一种能够放射微弱放射线(γ线)的名为“18F-FDGF-fluorodeoxyglucose)”的药剂,并等待1小时左右。FDG是葡萄糖(Glucose 的一种,能够作为能量被细胞吸收,如果受诊者体内存在癌细胞,该成分就会特别多地集中于癌细胞上。这是因为癌细胞较普通细胞繁殖活跃,需要更多的能量的缘故。结果,癌细胞的部分与普通的细胞相比,会发射出更强的放射线。

  通过嵌入GANTRY内壁的传感器捕捉放射线的分布情况,并利用计算机形成图像。由于放射线强的部分较周围更为明亮,因此医生可以通过这一情况判断肿瘤位置及大小等情况。

  相当于PET“眼睛”的传感器是一种被称作“光电子倍增管”的部件,它将微弱的放射线转换成电子,并放大约100万倍后,使得装置能够将其作为电信号进行检测。

  将放射线转换成光的部分称作“Scintillator”,使用锗化合物的结晶。当放射线照射到Scintillator时,就会发射出微弱的荧光。当荧光碰到涂布半导体的玻璃(光电面),半导体就会放射电子,接着电子会与名为“Dynode”的金属部分发生碰撞。Dynode上施加有1000V的电压,带负极的电子一面与壁面相撞,一面被吸引到“阳极”。此时,电子通过与涂布在Dynode的半导体之间的相撞,从1个到2个、2个到4个、4个到16个等等,一直放大到100万个左右。这样,微弱的放射线就可以以电流的形式测出。目前,PET使用的是直径0.75英寸(约1.9cm)的圆形传感器,此次浜松光电公司新开发出了平板型产品。平板型产品在大约5cm的正方形机体中嵌入了64个圆形传感器,可以比原来的传感器更精确地捕捉放射线、缩短拍摄时间。当然,新型传感器的开发并非一帆风顺。正因为是史无前例的高集成型的传感器,其关键部分--Dynode的制造非常困难。原来圆形传感器的Dynode通过金属冲压来加工。但由于平板型的Dynode是一种具有300微米(微米为100万分之1米)×6mm的细微开口管状物,因此必须从头开始探索新的加工方法。

  通过反复试验,浜松光电终于找到了通过蚀刻加工溶化金属并成型的方法。指挥光电子倍增管业务的常务董事竹内纯一回顾这一艰难历程时说:“虽然向具有细微加工技术的蚀刻公司提出了合作要求,但直到获得满意的精度为止,这34年内一直都是不停地失败”。蚀刻加工时将金属浸泡在酸中多长时间、酸的浓度如何设定等,现场工作人员的经验和感觉不同都对加工的结果具有非常大的影响。通过在处理过程中,从酸中取出金属检查溶化情况,采取措施使酸的浓度在蚀刻最初和最后保持一致等办法,终于使传感器达到了实用水平。在GANTRY的内壁增加传感器的设置面积,也使得摄影时间大为缩短。浜松光电在GANTRY的内壁上嵌入了112个、60列的传感器。由此,共720个的传感器可以迅速拍摄从头部到腹部的约60cm的范围。即使拍摄全身,如果排除一般不拍摄的脚,2次就可以拍摄完毕。原有设备的拍摄范围为2030cm,还必须分56次才能拍摄完毕。缩短拍摄时间,不仅可以减轻长时期保持同一姿势的受诊者的负担,而且对医疗机构也有利。

  以前,包括5分钟的拍摄准备时间在内,拍摄一个人需要55分钟,每天能够检查的人数最多只有8人。但是,浜松光电的新设备包括准备时间在内,拍摄时间只有15分钟,因此每天最多可以检查30人。未发现癌症的受诊者的检查费用标准由医疗机构自行定制,每人大约8万~15万日元(约合人民币50009000元)。粗略估算医疗机构的该项收入将接近原来的4倍。

  PET的新开发目标已经浮出水面。这就是兼具PETCT功能的综合检查设备“CT-PET”

  兼具CT功能的综合设备正在开发之中

  由于在PET图像中癌细胞位置在画面以最亮的形式显示,因此很容易区别与普通细胞间的差异,但是不易确定是哪一器官的哪一部位。原因是器官及骨格的形状表示得并不清楚。而CT虽然能够非常清晰地表现器官及骨格,但很难区分癌细胞。比如有时CT显示某个部分有微小块状物,但很难立即判断是不是癌细胞。

  由于PETCT的图像各有长短,因此目前一般采取组合二者的图像进行诊断的方法。如果CT-PET投入使用,就可以省去这一重复劳动。

  在美国,CT-PET已经上市销售,一些医疗机构从12年已开始投入使用。日本方面,虽然尚不清楚厚生劳动省何时批准使用,但各制造商的开发已经开始,竞争也日趋激烈。( 日经BP

       

来源:大洋网