Эффект Вавилова–Черенкова можно использовать для предварительного диагноза самых разных опухолей.
Черенковское излучение в охлаждающей жидкости исследовательского реактора в Национальной лаборатории Айдахо. (Фото: Argonne National Laboratory / Wikipedia)
Открыть в полном размере
Злокачественную опухоль можно увидеть с помощью компьютерной томографии (КТ), которая использует рентгеновское излучение – проходя через ткани тела с разными свойствами, оно слабеет, и это ослабление потом обсчитывается сложными алгоритмами и превращается в портрет наших внутренностей. Пациент обычно получает контрастное вещество, улучшающее рентгеновский КТ-снимок. Или можно использовать позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ): тут нужно сначала ввести пациенту радиоактивный фармацевтический препарат, который будет испускать нейтроны, позитроны и нейтрино. Позитрон тормозит в тканях и при встрече с обычными электронами аннигилирует – в результате аннигиляции появляются гамма-кванты, которые ловят специальными датчиками. Поведение позитрона зависит от того, в какой ткани он появился и с какой молекулой столкнулся – по излучению гамма-квантов можно понять, что в этой ткани происходит. Часто используют объединённое ПЭТ/КТ-сканирование – вместе они работают лучше, чем по отдельности.
Сотрудники Мемориального онкологического центра им. Слоуна–Кеттеринга пишут в Nature Biomedical Engineering, что опухоли можно увидеть ещё по черенковскому излучению. Эффект Вавилова–Черенкова, или излучение Вавилова–Черенкова, или просто излучение Черенкова – это свечение быстро движущихся заряженных частиц, например, электронов, которых выбило из атома гамма-излучением. (Скорость частиц должна быть больше фазовой скорости света в данной среде, например, в жидкости, но не будем углубляться в физику.) Черенковское излучение обычно синеватого цвета, его можно наблюдать как на глаз, так и с помощью специальных датчиков, которые определят его параметры.
Ходжкинская лимфома в шее, показанная черенковским излучением (слева) и с помощью ПЭТ/КТ (справа). (Фото: E/C/ Pratt et al., Nature Biomedical Engineering, 2022)
С помощью такого датчика, приспособленного для медицинских целей, исследователи сумели «сфотографировать» несколько различных опухолей, включая лимфому, рак щитовидной железы и метастазирующий рак предстательной железы. Пациентам – их было без малого сотня – вводили один из пяти радиоактивных препаратов, которые генерировали черенковское излучение в тканях. В целом оно показывало границы опухоли не так точно, как КТ или ПЭТ. Однако в пользу черенковского излучения говорит то, что с ним человек не получает лучевой нагрузки, как при КТ, и ещё с ним можно с одинаковым успехом использовать различные радиоактивные препараты, тогда как ПЭТ в этом смысле достаточно капризна. По словам авторов работы, черенковское излучение можно использовать для быстрого предварительного диагноза, для того, чтобы примерно оценить размеры опухоли и чтобы понять, на что нужно нацелить более тонкие методы диагностики.