Группа специалистов Лаборатории технологий получения веществ особой чистоты АО «Гиредмет» (входит в научный дивизион Росатома) вырастила самый крупный в мире монокристалл ортосиликата лютеция, активированного церием (Lu2SiO5:Ce3+), для применения в качестве сцинтилляторов в детекторах гамма-излучения позитронно-эмиссионных томографов (ПЭТ).
Выращивание осуществлялось методом Чохральского, то есть введением затравки в расплав, а затем вытягиванием кристалла вверх. Ввиду высоких требований к данной работе, подготовка к проведению первого синтеза, настройка и подбор рабочих параметров заняли около года. В итоге специалисты получили кристалл с рекордными параметрами: диаметр составляет 75 мм, высота — более 15 см, вес — 5 килограммов. Характеристики полученного кристалла соответствуют всем требуемым параметрам качества – высокой плотностью и световыходом, коротким временем затухания и хорошей радиационной стойкостью.
«В современных ПЭТ, где применяется время-пролётная технология (time-of-flight positron emission tomography, TOF-PET), используется несколько десятков тысяч сцинтилляционных кристаллов, размер которых, как правило, составляет 3х3х20 мм. Из полученного нами кристалла весом в 5 кг будет вырезано несколько сотен таких кристаллов для проведения исследования их характеристик, соответствие физических и оптических свойств тем требованиям, которые необходимы для его применения в производстве ПЭТ. Такие компании как Siemens (Германия) и Saint-Gobain (Франция), которые также обладают технологией синтеза Lu2SiO5:Ce3+, производят кристаллы диметром не более 70-75 мм и высотой до 7-8 сантиметров. Получается – мы поставили рекорд. Технологическая возможность синтеза кристаллов крупного размера позволяет значительно снизить удельную стоимость каждого отдельного пикселя для ПЭТ. И это действительно важно, поскольку сегодня до 40% стоимости ПЭТ-сканера составляют именно сцинтилляционные кристаллы», — рассказал заместитель директора по науке и инновациям АО «Гиредмет» Константин Ивановских.
Данная работа выполнялась специалистами АО «Гиредмет» в рамках проекта ЕОТП по созданию сцинтилляторов для время-пролётного ПЭТ томографа, который сейчас находится на финальной стадии реализации. Полученные результаты станут позитивным триггером для тиражирования и дальнейшего развития проекта.
«Это была напряжённая работа, требующая не просто научных и инженерных усилий, но и огромного терпения и внутреннего азарта, который двигал нас к цели. Нашей команде порой приходилось проводить в лаборатории дни и ночи в режиме нон-стоп, так как многие технологические процессы, с которыми мы имели дело, нельзя прервать или поставить на паузу. Для того, чтобы вырастить кристалл подобного размера и качества необходим высочайший уровень подготовки специалистов и наличие высококлассного оборудования – всё это есть в Гиредмете», — поделился своими впечатлениями участник работ, научный сотрудник АО «Гиредмет» Иван Ермоченков.
Сегодня в России требуется не менее 300 ПЭТ-сканеров, их нехватка ограничивает применение радионуклидной диагностики. Реализация этого большого проекта специалистами АО «Гиредмет» укрепит роль Росатома и России в целом на мировом рынке ядерной медицины, а главное повысит доступность высокотехнологичных медицинских услуг для россиян.
Кристалл «Оксиортосиликат лютеция» – применяется в качестве сцинтилляционного материала в системах детектирования гамма-излучения, но основные его преимущества раскрываются при использовании в современных медицинских ПЭТ томографах. Последние позволяют проводить диагностику онкологических заболеваний на самых ранних стадиях их развития. Время-пролётная позитрон-эмиссионная томография обеспечивает в десятки раз большую чувствительность по сравнении с другими распространёнными методами (КТ, МРТ). С началом широкого внедрения ПЭТ в онкологии прогноз выживания пациентов увеличился в 2 раза.