Ученые института «Гиредмет» (входит в Химико-технологический кластер Научного дивизиона госкорпорации «Росатом») завершили разработку эскизного проекта отечественного гамма-детектора для однофотонного эмиссионного компьютерного томографа (ОФЭКТ). Выполнен макет из основных функциональных узлов гамма-детектора с целью проверки основных характеристик изделия. Проект реализуется институтом «Гиредмет» в рамках грантовой программы обратного инжиниринга, оператором которой является «Агентство по технологическому развитию». Соответствующее инвестиционное соглашение стороны подписали в декабре 2023 года.

С целью повысить доступность ядерной медицины для российских граждан Росатом ведет работу по импортозамещению высокотехнологического медицинского оборудования. Сегодня методы ОФЭКТ безальтернативны по диагностической ценности и универсальности, а также по стоимости исследования. При формировании собственной научно-производственной базы для радионуклидной диагностики ставка делается на еще более быстрые сцинтиллирующие материалы с повышенным квантовым выходом.

К концу 2025 года Гиредмет представит конструкторскую документацию по результатам изготовления и предварительных испытаний опытного образца гамма-детектора ОФЭКТ. Для получения картины радиационных событий, связанных с излучением радиофармпрепарата, введенного в пациента (как правило на базе технеция-99), используется сцинтилляционный метод детектирования гамма-квантов. Основой детектора является гамма-камера Ангера, состоящая из сцинтилляционного кристалла, системы фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), системы регистрации и аналогово-цифровой обработки сигналов ФЭУ. В рамках выполняемого проекта, помимо разработки конструкции гамма-детектора и его электронных схем, проводятся исследования, направленные на создание технологии выращивания особо крупных сцинтилляционных поликристаллов йодид цезия, легированного натрием CsI:Na или таллием CsI:Tl. В перспективе данные поликристалы могут быть использованы в серийных образцах гамма-детекторов вместо традиционных монокристаллов NaI:Tl, что сократит стоимость детектора.

Заместитель директора по науке и инновациям АО «Гиредмет» Константин Ивановских прокомментировал:

«С 2019 года «Гиредмет» включился в процесс организации производства детекторных материалов для отечественной ядерной медицины. Среди наиболее знаковых разработок стала опытно-промышленная технология выращивания особо крупных кристаллов оксиортосиликата лютеция, допированного церием (Lu2SiO5:Ce) с рециклированием отходов производства, что обеспечило минимизацию удельной стоимости единичных пикселей, получаемых после резки кристалла, для детекторов позитрон-эмиссионного томографа.

При этом сцинтилляционные характеристики кристаллов Lu2SiO5:Ce соответствуют лучшим мировым образцам. В последние годы мы запустили и другие инициативные проекты по разработке детекторных материалов для медицинской визуализации. Данное направление сегодня весьма актуально из-за существенного ограничения, а часто и полной отмены импорта детекторных материалов и соответствующего оборудования в нашу страну. Разумеется, материалы данного типа применяются не только в медицинской технике, но и прежде всего в атомной энергетике, ядерно-физических исследованиях, системах безопасности, радиоэкологическом мониторинге и других областях. Большой опыт института «Гиредмет» в разработке и получении детекторных материалов позволил нам быстро войти в новый проект по гамма-детектору для ОФЭКТ. В качестве соисполнителей мы привлекли наших надежных партнеров в лице специалистов Физико-технологического института Уральского федерального университета (Екатеринбург), которые имеют серьёзные компетенции в области ядерной электроники и приборостроения».

Научный руководитель лаборатории ЭРП УрФУ (партнер проекта по гамма-детектору ОФЭКТ) Олег Игнатьев констатировал, что реализуемый проект требует от их команды консолидации накопленного многолетнего опыта в области создания прецизионной спектрометрической аппаратуры. По его словам, современная элементная база, схемотехнические решения и методы цифровой обработки сигналов позволяют создавать многоканальные спектрометрические системы (в гамма-камере детектора ОФЭКТ несколько десятков) без недостатков, характерных для наиболее распространенных сегодня на рынке и эксплуатируемых в России ОФЭКТ сканеров. Это такие ограничения как: длительный прогрев установки после ее включения, жесткий контроль температуры в помещении, где размещена установка, из-за отсутствия в конструкции стабилизации спектрометров; частая калибровка в течение рабочей смены. Создаваемая гамма-камера и, соответственно, опытный образец детектора ОФЭКТ не будет продуктом привычного обратного инжиниринга, а станет заметным шагом в развитии аппаратного обеспечения ОФЭКТ.

Инициатором, промышленным партнером и будущим потребителем разрабатываемых гамма-детекторов ОФЭКТ выступает АО «Русатом РДС» (Госкорпорация «Росатом), которое курирует и развивает многие новейшие разработки в области ядерной медицины.

Директор направления по специализированной медицинской технике АО «Русатом РДС» Анатолий Мялицин отметил, что «Русатом РДС» последовательно продвигает проекты по разработке и внедрению в стране отечественного оборудования для оказания высокотехнологической медицинской помощи, в том числе в части ядерной медицины.

«ОФЭКТ является одной из основных клинических технологий ядерной медицины, реализующий и диагностические, и терапевтические возможности при относительно доступной стоимости услуг. Сегодня в России мы ещё не вышли на уровень удовлетворения минимальной потребности системы здравоохранения страны в сканерах ОФЭКТ и ОФЭКТ-КТ (совмещенных с компьютерной томографией). При этом возникают всё новые области медицины, для которых ОФЭКТ становится важнейшим диагностическим инструментом. Среди них кардиология, эндокринология, трансплантология и другие. На фоне импортных ограничений, а также серьезных затруднений в обслуживании имеющихся в стране сканеров ОФЭКТ и ОФЭКТ-КТ, данный проект необходим для достижения общегосударственных целей формирования надежного технологического задела, обеспечения национальной безопасности в части охраны здоровья населения», — прокомментировал Анатолий Мялицин.

Говоря о дальнейших перспективах развития направления детекторов и оборудования для ядерного медицинского приборостроения, Константин Ивановских акцентировал, что особое влияние на развитие методов диагностики в ближайшее десятилетие окажет внедрение технологий искусственного интеллекта (ИИ). Ученые «Гиредмета» уже не первый год ведут активный поиск собственных решений в этой области.

«Сегодня мы изучаем возможности использования технологий ИИ для задач медицинской визуализации, которые связаны с формированием, постобработкой и анализом изображений, включая прямую реконструкцию изображений, коррекцию затухания, сегментацию, шумоподавление и количественный анализ. Мы уже внедрили ряд решений на основе ИИ и машинного обучения в практику своих научных исследований и процедур контроля технологических процессов, в частности контроля количества и пространственного распределения дислокаций (линейных дефектов) при производстве полупроводниковых монокристаллов. В ходе выполнения текущей работы по разработке гамма-детектора для ОФЭКТ было проведено моделирование свойств отображения истинного распределения радионуклида методом Монте-Карло, показавшее перспективность применения нейросетей при обработке получаемых гамма-изображений объектов исследования. Кроме того, в основе применяемых нами технических решений заложено максимальное использование цифрового преобразования и обработки сигналов, что закладывает основы для гибкого использования инструментов ИИ в будущих поколениях ОФЭКТ томографов», — подытожил Константин Ивановских.