Статьи

Оценка хирургических гамма-детекторов для локализации сигнального лимфоузла при раке шейки матки и влагалища
Резюме
  • Предпосылки: Сцинтиграфическое исследование сигнальных (сторожевых) лимфоузлов (СУ) при раке шейки матки и влагалища позволяет онкологу-гинекологу находить метастатические лимфоузлы в процессе лимфаденэктомии. Роль хирургических гамма-детекторов в концепции СУ в гинекологической онкологии состоит в локализации СУ как в процессе операции (интраоперационно), так и через кожу (транскутанно). Интраоперационные ручные коллимирующие гамма-детекторы всё больше используются для распознавания сигнальных лимфоузлов.
  • Материалы и методы: Сравнительная оценка ручных гамма-детекторов: Neoprobe 1500, Europrobe, Gamma Finder®, Gamma Ray Prospector GRP1 и GRP2 была выполнена с использованием различных методов обнаружения. Были выполнены лабораторные испытания, проведены оценки сенситивности (чувствительности), пространственного разрешения и ангулярной (угловой) сенситивности.
  • Результаты: Результаты каждой гамма-пробы обобщались и обсуждались.
  • Заключение: Информация о возможностях и недостатках гамма-проб должна рассматриваться в связи с выбором подходящего устройства.
  • Ключевые слова: Интраоперационные гамма-детекторы, гамма-детекторы, сигнальный лимфоузел.


Введение

Лимфоузлы при раке шейки матки и влагалища могут быть идентифицированы с помощью радиоизотопов с синькой [1, 2] или комбинации обоих изотопов [3-5]. Технология использования ручных детекторов для локализации препарированной ткани была впервые описана Майерсом (Myers) в 1960 г. [6], и в то же время термин «сигнальный лимфоузел» был впервые использован Ernest Gould и другими [7]. В 1977 году Ramon Cabanas был первым, кто объединил два элемента этого приближения: лимфатическое картирование и идентификацию СУ [8]. С тех пор оказался доступным широкий спектр ручных гамма-детекторов с различными материалами, различными размерами детекторов и коллиматоров. Гамма-детекторы для хирургического применения состоят из двух основных компонентов: ручного датчика, содержащего гамма-чувствительный кристалл с усилителем, и считывающего устройства. Отношение между количеством гамма-фотонов, входящих в детектор, и количеством обнаруженных фотонов отражает эффективность детектора в пробе. Это зависит от материала кристалла, его размеров и гамма-энергии. Базовая работоспособность пробы определяется [9-13] пространственным разрешением, сенситивностью, линейностью скорости счёта и ангулярной сенситивностью.

Целью настоящего исследования является сравнение имеющихся гамма-детектоов и их ранжирование по способности локализации лимфоузлов.


Материал и методы

Измерения по сравнению нижеперечисленных ручных детекторов проводились в медицинской ядерной лаборатории:

  • Neoprobe 1500 (Neoprobe Corporation, Dublin, Ohio, США)
  • Europrobe (Eurorad, Sevres, Франция)
  • Gamma Finder® (W.O.M., Ludwigsstadt, Германия)
  • Gamma Ray Prospector GRP1 (Технический университет Гданьска, Польша)
  • Gamma Ray Prospector GRP2 (Технический университет Гданьска, Польша)

Ниже приводится краткое описание этих имеющихся на рынке устройств, включающее подробности их конструкции, методы обнаружения, имеющие значение для максимизации вероятности обнаружения:

  • Neoprobe 1500, детектор 19 мм (Рис. 1)
    • тип детектора – кристалл CdTe
    • диапазон по энергопотреблению: от 20 до 150 кэВ
    • экранирование: вольфрамовый коллиматор с диаметром отверстия 9 мм
    • длина: 170 мм, диаметр 19 мм (25 мм – с внешним коллиматором)
  • Europrobe, Детектор 1 (Рис. 2)
    • тип детектора – кристалл CSl(Tl) с лавинным фотодиодом (APD)
    • диапазон по энергопотреблению: от 110 кэВ до 1 МэВ
    • экранирование: вольфрамовый коллиматор с диаметром отверстия 6 мм
    • длина: 174 мм, диаметр 16 мм (19 мм – с внешним коллиматором)
  • Europrobe, Детектор 2 (Рис. 2)
    • тип детектора – кристалл CdTe
    • диапазон по энергопотреблению: от 20 до 364 кэВ
    • экранирование: вольфрамовый коллиматор с диаметром отверстия 4 мм
    • длина: 165 мм, диаметр 11 мм (14 мм – с внешним коллиматором)
  • Gamma Finder® (Рис. 3)
    • тип детектора – кристалл CdTe
    • диапазон по энергопотреблению: от 40 до 150 кэВ
    • экранирование: отсутствует, диаметр пробы 10 мм
    • длина: 165 мм, диаметр 11 мм (14 мм – с внешним коллиматором)
  • Gamma Ray Prospector GRP1 и GRP2 (Рис. 4)
    • тип детектора – Nal(Tl) с фотоувеличителем (PMT)
    • диапазон по энергопотреблению: от 20 кэВ до 1 МэВ
    • экранирование: свинцовый коллиматор, диаметр отверстия 10 мм
    • проба GRP1 (ранняя версия)
    • длина: 170 мм, диаметр 25 мм
    • проба GRP2 (поздняя версия)
    • длина: 150 мм, диаметр 19 мм (25 мм – с внешним коллиматором)

  • Рис. 1
  • Рис. 2
  • Рис. 3
  • Рис. 4


Процедура проведения измерений

Все замеры производились с использованием различной активности technetium-99m в диапазоне от 0,185 до 18,5 МБк. Измерялись характеристики сенситивности, ангулярной сенситивности и пространственного разрешения. В Таблице 1 обобщены базовые характеристики типов детекторов, которые были использованы в гамма-пробах.

Параметры Тип детектора
CdTe Csl(Tl) + APD Nal(Tl) + PMT
Диапазон по энергии 15...150 кэВ 110 кэВ...1 МэВ 20 кэВ...1 МэВ
Низкоэнергетическая чувствительность и разрешение Отличные Слабые Отличные
Средне/высокоэнергетическая чувствительность и разрешение Слабые Хорошие Хорошие
Напряжение смещения 50...100 В 200...500 В 500...1000 В
Размеры Малые Малые/средние Средние
Стоимость Средняя/высокая Высокая Средняя
Таблица 1. Основные параметры детекторов различного типа

Испытание оборудования проводилось на technetium-99m с активностью 0,185 МБк и 18,5 МБк. Испытания включали три группы измерений:

  • Испытание на сенситивность (чувствительность) – определение числа отсчётов по отношению к расстоянию между пробой и источником. Измерения проводились на трёх расстояниях: 30, 50 и 100 мм при времени собирания 1 с и активности источника 18,5 МБк. Расстояние 30 мм представляется наиболее типичным во время хирургической идентификации СУ в случаях рака влагалища, а расстояние 100 мм – в случаях парааортального обследования.
  • Испытание на ангулярную сенситивность - определение числа отсчётов по отношению к степени отклонения от оси пробы при постоянном расстоянии от источника. Замеры проводились в диапазоне углов от -90° до +90° при времени собирания 1 с и активности источника 18,5 МБк.
  • Измерение пространственного разрешения – определение способности пробы различать два близко друг к другу расположенных радиоактивных источника. Измерения проводились с использованием двух радиоактивных меток на стекле на расстоянии 15 мм, 20 мм и 25 мм от радиоактивного источника (0,185 МБк) при времени собирания 1 с. Схему проведённых измерений иллюстрируют Рис. 5-7.


Результаты

Измерения проводились в соответствии со схемами, приведёнными на Рис. 5-7. Результаты испытаний вне организма представлены в Таблице 2 и на Рис. 5-7. Таблица 2 показывает результаты сравнения чувствительности испытанных проб.

Расстояние (мм) Тип пробы
Neoprobe (отсчёты) Gamma Finder® (отсчёты) Europrobe 1 (отсчёты) Europrobe 2 (отсчёты) GRP1 (отсчёты) GRP2 (отсчёты)
30 4 800 15 300 7 680 8 640 31 000 49 050
50 3 700 11 800 8 650 4 960 18 900 36 000
100 1 600 5 100 4 480 1 600 7 200 17 700
Таблица 2
  • Рис. 5
  • Рис. 6
  • Рис. 7

  • Рис. 8
  • Рис. 9
  • Рис. 10
  • Рис. 11

Наибольшая чувствительность получена на устройствах GRP, средняя - на Gamma Finder® и Europrobe и наименьшая – на системе Neoprobe 19 мм.

Хотя GRP имеют наибольшую скорость счёта, максимальное ангулярное разрешение было показано на Europrobe 1, затем среднее разрешение продемонстрировали GRP1, GRP2 и Europrobe 2, минимальное было получено на Gamma Finder® и Neoprobe 1500.

Для уточнения анализа пространственного разрешения использовался коэффициент качества (до самого низкого уровня), который представляет собой соотношение между числом отсчётов по фантомам к числу отсчётов между ними (Рис. 8-11). На расстоянии 15 мм Europrobe 1 продемонстрировала лучшие результаты, затем Europrobe 2, Gamma Finder® и GRP2 (Рис. 9).

Для 20 мм аналогичные хорошие результаты были показаны Europrobe 1 и GRP2, затем Europrobe 2 и Gamma Finder® (Рис. 10).

Для 25 мм лучшие результаты показаны GRP2, затем Europrobe 1, Europrobe 2 и Gamma Finder® (Рис. 11).


Обсуждение

Распознавание СУ во время операции основано не только на визуальном осмотре лимфатического коллектора для обнаружения узлов с синькой, но и для оценки радиоактивного коллоида в СУ при использовании гамма-пробы [10-12]. Проба с гамма-детектором стала стандартной при осуществлении лимфатического картирования. Такая процедура в настоящее время применяется при раке молочной железы и меланоме. Несколько групп исследователей оценивали эту технику также при раке щитовидной железы и гинекологических и нейроэндокринных опухолях [1-5, 14-17]. Это стало ценным инструментарием ядерной медицины и хирургии с идентификацией любого лимфоузла, получающего непосредственный лимфатический дренаж со стороны очага повреждения [18-20].

В соответствии с [13] хирург и дозиметрист должны вместе работать над выбором операционной гамма-пробы, и необходимые для операции требования должны согласовываться с показателями имеющихся в продаже проб. Большинство испытанных проб удовлетворительно работали при лабораторных испытаниях. В рамках нашего исследования, в соответствии с оценкой врачей, Europrobe показала наилучшие эргономические качества. При анализе сенситивности лучший результат показала GRP2. Сенситивность является важным фактором при распознавании лимфатических узлов с низким накоплением или при глубоком размещении и для снижения активности вводимых радионуклидов, уменьшения дозы радиации, поглощаемой пациентами и персоналом, участвующими на всех стадиях в процедурах СУ-технологии. Безопасность является ключевым фактором в процессе выбора оборудования.

Различие результатов оценки сенситивности объясняется различными типами датчиков, применяемых в детекторах. Наибольшую сенситивность показала детекторы с сцинтилляционным счётчиком Nal(Tl) с фотоэлектронным умножителем (PMT), затем следовали детекторы с использованием Csl(Tl) с усовершенствованным фотоприёмником (APD) и датчиками c кристаллом CdTe (Таблица 2). Несмотря на хорошую сенситивность датчика, Csl(Tl) + APD Europrobe показала немного более низкую степень распознаваемости, чем Gamma Finder®. Это скорее всего связано с конструкцией коллиматора Europrobe. Neoprobe 1500 дала самое низкое число отсчётов. Это могло быть связано с его ранним внедрением и, по сути дела, это – наиболее старая модель в проводимом сравнении.

Те же исследователи [13] предлагают считать, что для достижения пространственного разрешения требуется угловое (ангулярное) разрешение. Несмотря на то, что в нашем исследовании Gamma Finder® давала хорошее пространственное разрешение, сравнимое с Europrobe 2 (Рис. 9), её угловое разрешение было самым низким (Рис. 8). Несмотря на отсутствие информации о подробностях конструкции датчика, по результатам можно рекомендовать малый кристалл CdTe, размещаемый близко к активной поверхности детекторы с простым экранированием по краю.

Эта особенность может особенно хорошо использоваться для распознавания малых радиоактивных источников (горячие узлы) при близком контакте. Поэтому Gamma Finder® предполагается к использованию для оценки состояния СУ при раке щитовидной железы, женских половых органов, молочной железы или при меланомах. Её размеры могут привести в процессе идентификации СУ к осложнениям внутри брюшной полости, особенно в области таза, при наличии рака шейки матки или прямой кишки. Хорошее угловое разрешение было получено с помощью технологически усовершенствованных вольфрамовых коллиматоров в Europrobe 1, при использовании высокочувствительных датчиков и качественном экранировании. Наиболее низкие показатели были отмечены у Gamma Finder® с неуточнённым типом коллиматора (возможно, простой конструкции).

Детекторы с хорошим экранированием и усовершенствованным коллиматором обеспечивали наилучшую угловую чувствительность. Это необходимо при глубокой локализации СУ, парааортальных СУ, или в случаях, когла СУ расположен вблизи емкости с инжектируемым веществом. Максимальное пространственное и угловое разрешение было продемонстрировано Europrobe 2 (детектора 16 мм), затем GRP2 (Рис. 7-11). Результаты по пространственному разрешению были непосредственно связаны с конструкцией коллиматора в детекторах. На расстоянии 15 мм видны преимущества усовершенствованного коллиматора, использованного в Europrobe 1; на расстоянии более 20 мм подходят дешёвые свинцовые коллиматоры. Плохие результаты GRP2 объясняются относительно большим (10 мм) диаметром отверстия коллиматора. Использование коллиматора с диаметром отверстия 5 мм даёт результаты, сопоставимые с Europrobe. Недостатком является низкая сенситивность, хотя она всё же выше, чем у Europrobe 1.

При дальнейшем рассмотрении и принятии решения в гинекологии о выборе ручных детектор для обнаружения СУ важным параметром может стать ценовая эффективность. Можно с лёгкостью показать, что выбор GRP2 является интересным решением при анализе её хороших показателей в сочетании с низкой стоимостью.

После проведения лабораторного исследования мы можем заключить, что успешное обнаружение СУ в хирургии может зависеть от качества работы ручной гамма-детекторы. В области гинекологической онкологии особенно важно иметь детектору с оптимальными рабочими характеристиками – такими как угловое разрешение, чувствительность и соответствующие эргономические параметры. Перед выбором детекторы следует оценить информацию о возможностях гамма-детекторы и внутриоперативных ограничениях.


Перечень иллюстраций
  • Рис. 1. Детектор с датчиком Neoprobe, диаметр 19 мм с коллиматорами
  • Рис. 2. Детектор с датчиком Europrobe, диаметр 16 мм – на фото справа, диаметр 14 мм – на фото слева
  • Рис. 3. Беспроводной Gamma Finder®
  • Рис. 4. Детектор с гаммалучевым датчиком для исследований, GRP1, объединённый с коллиматором (на фото сверху); GRP2 и коллиматор (на фото снизу)
  • Рис. 5. Геометрические параметры при проведении измерений чувствительности
  • Рис. 6. Геометрические параметры при проведении измерений угловой чувствительности
  • Рис. 7. Геометрические параметры при проведении измерений пространственного разрешения
  • Рис. 8. Угловое разрешение для испытанных детектор
  • Рис. 9. Пространственное разрешение с воображаемыми горячими узлами на расстоянии 15 мм
  • Рис. 10. Пространственное разрешение с воображаемыми горячими узлами на расстоянии 20 мм
  • Рис. 11. Пространственное разрешение с воображаемыми горячими узлами на расстоянии 25 мм
© 2012-2020 ООО «МедКомплект». Все права защищены.