PET-Scan-Definition

Positronen-Emissions-Tomographie oder HaustierscanDas englische Akronym ist eine nicht-invasive Diagnosetechnik aus der Nuklearmedizin. Die im PET-Scan gewonnenen Bilder geben Aufschluss über die Aktivität und den Stoffwechsel bestimmter Gewebe des menschlichen Körpers.

Antimaterie hat aufgrund der großen Energiemenge, die sie bei der Reaktion mit gewöhnlicher Materie freisetzt, viele Anwendungsmöglichkeiten. Eine der gegenwärtigen Anwendungen der Antimaterie besteht darin, diagnostische Bilder des menschlichen Körpers zu erhalten. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzt der PET-Scan Positronen, die Antiteilchen der Elektronen.

Materie- und Antimaterie-Reaktion

Ein einfacher Weg, den Unterschied zwischen Materie und Antimaterie zu verstehen, ist wie folgt: Erstere besteht aus Teilchen und letztere aus Antiteilchen. Nun, aber was ist ein Antiteilchen? Es handelt sich um eine Art Teilchen, das die gleiche Masse wie sein Gegenstück hat, aber einige seiner Eigenschaften, wie etwa seine elektrische Ladung, umgekehrt sind.

Denken wir zum Beispiel an das Positron, das das Antiteilchen des Elektrons ist. Ein Positron hat die gleiche Masse wie ein Elektron, aber seine elektrische Ladung ist positiv, obwohl seine Größe der des Elektrons entspricht. Die elektrische Ladung des Elektrons beträgt -e≈-1,6×10^-19 C und die elektrische Ladung des Positrons beträgt +e=+1,6×10^-19.

Wenn ein Teilchen und ein Antiteilchen aufeinandertreffen, vernichten sie sich gegenseitig. Bei diesem Prozess werden Energie und ein Photonenpaar erzeugt, die sich bei ihrer Erzeugung in entgegengesetzte Richtungen bewegen.

Und^–+e⁺→γ+γ (511 keV)

Die bei diesen Vernichtungen freigesetzte Energie ist immens, was Antimaterie zu einem idealen Kandidaten für den Einsatz als Energiequelle in der Zukunft gemacht hat. Allerdings ist die Herstellung von Antimaterie sehr schwierig und sehr teuer, sodass wir sie noch lange nicht als Energiequelle nutzen können. Was wir derzeit tun können, ist die Nutzung von Teilchen-Antiteilchen-Vernichtungen, um Bilder des menschlichen Körpers zu erhalten.

Wie funktioniert der PET-Scan?

Der PET-Scan nutzt grundsätzlich die Photonen, die bei der Vernichtung von Elektronen und Positronen freigesetzt werden, um Bilder bestimmter Gewebe zu erzeugen. Fluor-18 ist ein Radioisotop, das durch β-Zerfall radioaktiv zerfällt⁺ um ein stabiles Isotop von Sauerstoff-18 zu erzeugen. Bei dieser Art des Zerfalls zerfällt ein Proton radioaktiv und erzeugt ein Neutron, ein Positron und ein Elektron-Neutrino.

P⁺→n+e⁺+ν_Und

Im Fall von Fluor-18 sieht der radioaktive Zerfall wie folgt aus:

¹⁸F→¹⁸o+e⁺+ν_Und

Fluor-18 ist in der Lage, an ein Glucosemolekül zu binden, indem es eine Hydroxylgruppe daran ersetzt. Dieser Einbau von Fluor-18 in Glukose führt zu einer Verbindung namens Fluordesoxyglukose (FDG).

Eine PET-Scan-Studie beginnt mit der intravenösen Einführung einer FDG-Probe in den Patienten. FDG wird über den Blutkreislauf im ganzen Körper verteilt. Glukose ist die Hauptenergiequelle für unsere Zellen, daher beginnen sie, FDG zu verstoffwechseln, als wäre es normale Glukose.

Im Inneren der Zellen zerfallen die in die FDG-Moleküle eingebauten Fluor-18-Radioisotope radioaktiv und emittieren Positronen. Positronen vernichten sich schnell mit den sie umgebenden Elektronen und erzeugen dabei Photonenpaare, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Mit Hilfe einiger Detektoren, die um den Patienten herum platziert werden, werden alle aus den genannten Vernichtungen resultierenden Photonenpaare gesammelt und die Orte, an denen sie aufgetreten sind, kartiert.

Welche Informationen liefern uns die Bilder von PET Scan?

Die im PET-Scan gewonnenen Bilder zeigen die Stellen, an denen es zu einem stärkeren Abbau von FDG kam, also an denen ein größerer Energieverbrauch der Zellen herrschte. Diese A-priori-Bilder werden verwendet, um Stoffwechselbeurteilungen bestimmter Gewebe vorzunehmen und deren Funktion bestimmen zu können. Wenn beispielsweise Gewebe, von dem wir wissen, dass es sehr energieintensiv ist, auf einem PET-Scan-Bild schwach leuchtet, könnte dies auf einen Fehler in diesem Gewebe hinweisen.

Eines der Dinge, die im Körper die meiste Energie verbrauchen, sind Krebstumoren. Krebszellen sind Zellen, die sich unkontrolliert und mit hoher Geschwindigkeit teilen. Der Prozess der Zellteilung erfordert einen höheren Energieverbrauch, daher ist damit zu rechnen, dass Krebstumoren viel Energie verbrauchen.

Die Bilder des PET-Scans können Hinweise auf die Stellen geben, an denen ein Tumor vorhanden sein könnte bösartig, weil sie heller erscheinen, was darauf hindeutet, dass dort ein höherer Energieverbrauch stattgefunden hat Zonen.

Obwohl in der PET-Scan-Studie Radioisotope und Antimaterie verwendet werden, ist die Dosis von Die vom Patienten empfangene Strahlung ist sehr gering und der radioaktive Tracer wird schließlich aus dem Patienten entfernt Körper.