Ορισμός σάρωσης PET

Τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων ή σάρωση κατοικίδιων ζώων, για το ακρωνύμιό της στα αγγλικά, είναι μια μη επεμβατική διαγνωστική τεχνική που ανήκει στην πυρηνική ιατρική. Οι εικόνες που λαμβάνονται στο PET Scan παρέχουν πληροφορίες για τη δραστηριότητα και το μεταβολισμό ορισμένων ιστών του ανθρώπινου σώματος.

Η αντιύλη έχει πολλές πιθανές εφαρμογές λόγω της μεγάλης ποσότητας ενέργειας που απελευθερώνει όταν αντιδρά με τη συνηθισμένη ύλη. Μία από τις εφαρμογές που έχει αυτή τη στιγμή η αντιύλη είναι η λήψη διαγνωστικών εικόνων του ανθρώπινου σώματος. Το PET Scan χρησιμοποιεί ποζιτρόνια, τα οποία είναι τα αντισωματίδια των ηλεκτρονίων, για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος.

Αντίδραση ύλης και αντιύλης

Ένας απλός τρόπος για να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης είναι ο εξής: Η πρώτη αποτελείται από σωματίδια και η δεύτερη από αντισωματίδια. Λοιπόν, αλλά τι είναι ένα αντισωματίδιο; Είναι ένας τύπος σωματιδίου που έχει την ίδια μάζα με το ανάλογό του, αλλά ορισμένες από τις ιδιότητές του, όπως το ηλεκτρικό του φορτίο, αντιστρέφονται.

Ας σκεφτούμε, για παράδειγμα, το ποζιτρόνιο, που είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου. Ένα ποζιτρόνιο έχει την ίδια μάζα με ένα ηλεκτρόνιο, αλλά το ηλεκτρικό του φορτίο είναι θετικό, παρόλο που το μέγεθός του είναι ίσο με αυτό του ηλεκτρονίου. Το ηλεκτρικό φορτίο του ηλεκτρονίου είναι -e≈-1,6×10^-19 C και το ηλεκτρικό φορτίο του ποζιτρονίου είναι +e=+1,6×10^-19.

Όταν ένα σωματίδιο και ένα αντισωματίδιο συναντώνται, εξαφανίζονται το ένα το άλλο. Σε αυτή τη διαδικασία, παράγεται ενέργεια και ένα ζεύγος φωτονίων τα οποία, όταν παράγονται, ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις.

και^–+ε⁺→γ+γ (511 keV)

Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτές τις εκμηδενίσεις είναι τεράστια, αυτό έχει κάνει την αντιύλη ιδανική υποψήφια για χρήση ως πηγή ενέργειας στο μέλλον. Ωστόσο, η παραγωγή αντιύλης είναι πολύ δύσκολη και πολύ δαπανηρή, επομένως απέχουμε πολύ από το να τη χρησιμοποιήσουμε ως πηγή ενέργειας. Αυτό που μπορούμε να κάνουμε αυτή τη στιγμή είναι να χρησιμοποιήσουμε εκμηδενίσεις σωματιδίων-αντισωματιδίων για να αποκτήσουμε εικόνες του ανθρώπινου σώματος.

Πώς λειτουργεί το PET Scan;

Το PET Scan ουσιαστικά εκμεταλλεύεται τα φωτόνια που απελευθερώνονται κατά την εκμηδένιση ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων για να δημιουργήσει εικόνες ορισμένων ιστών. Το Fluor-18 είναι ένα ραδιοϊσότοπο που διασπάται ραδιενεργά μέσω της β-διάσπασης⁺ για να δημιουργήσει ένα σταθερό ισότοπο οξυγόνου-18. Σε αυτόν τον τύπο διάσπασης, ένα πρωτόνιο διασπάται ραδιενεργά για να παράγει ένα νετρόνιο, ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο ηλεκτρονίων.

Π⁺→n+e⁺+ν_και

Στην περίπτωση του Fluor-18 η ραδιενεργή διάσπαση μοιάζει με:

¹⁸F→¹⁸ο+ε⁺+ν_και

Το Fluor-18 είναι ικανό να δεσμεύεται σε ένα μόριο γλυκόζης υποκαθιστώντας μια ομάδα υδροξυλίου σε αυτό. Αυτή η ενσωμάτωση του Fluor-18 στη γλυκόζη έχει ως αποτέλεσμα μια ένωση που ονομάζεται Fluorodeoxyglucose (FDG).

Μια μελέτη PET Scan ξεκινάει με την εισαγωγή ενός δείγματος FDG στον ασθενή ενδοφλεβίως. Το FDG κατανέμεται σε όλο το σώμα μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Η γλυκόζη είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τα κύτταρα μας, έτσι αρχίζουν να μεταβολίζουν το FDG σαν να ήταν κανονική γλυκόζη.

Μόλις μπουν μέσα στα κύτταρα, τα ραδιοϊσότοπα Fluor-18 που ενσωματώνονται στα μόρια FDG διασπώνται ραδιενεργά και εκπέμπουν ποζιτρόνια. Τα ποζιτρόνια εκμηδενίζονται γρήγορα με τα ηλεκτρόνια γύρω τους, δημιουργώντας ζεύγη φωτονίων που ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις. Με τη βοήθεια ορισμένων ανιχνευτών που τοποθετούνται γύρω από τον ασθενή, συλλέγονται όλα τα ζεύγη φωτονίων που προκύπτουν από τις εν λόγω εκμηδενίσεις και χαρτογραφούνται τα μέρη όπου συνέβησαν.

Τι πληροφορίες μας παρέχουν οι εικόνες του PET Scan;

Οι εικόνες που ελήφθησαν στο PET Scan δείχνουν εκείνες τις θέσεις όπου υπήρχε μεγαλύτερη υποβάθμιση του FDG, δηλαδή όπου υπήρχε μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας από τα κύτταρα. Αυτές οι a priori εικόνες χρησιμοποιούνται για την πραγματοποίηση μεταβολικών αξιολογήσεων ορισμένων ιστών και για τον προσδιορισμό της λειτουργίας τους. Για παράδειγμα, εάν κάποιος ιστός που γνωρίζουμε ότι καταναλώνει πολλή ενέργεια φαίνεται αμυδρά λαμπερός σε μια εικόνα PET Scan, θα μπορούσε να υποδηλώνει σφάλμα σε αυτόν τον ιστό.

Ένα από τα πράγματα που καταναλώνουν την περισσότερη ενέργεια όταν βρίσκονται στο σώμα είναι οι καρκινικοί όγκοι. Τα καρκινικά κύτταρα είναι κύτταρα που διαιρούνται ανεξέλεγκτα με υψηλό ρυθμό. Η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης απαιτεί μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας, επομένως είναι αναμενόμενο ότι οι καρκινικοί όγκοι χρησιμοποιούν πολλή ενέργεια.

Οι εικόνες από το PET Scan μπορούν να δώσουν ενδείξεις εκείνων των σημείων όπου θα μπορούσε να υπάρχει όγκος κακοήθη επειδή φαίνονται πιο φωτεινά, υποδηλώνοντας ότι υπήρχε μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας στο εν λόγω ζώνες.

Αν και στη μελέτη PET Scan χρησιμοποιούνται ραδιοϊσότοπο και αντιύλη, η δόση του Η ακτινοβολία που λαμβάνει ο ασθενής είναι πολύ χαμηλή και ο ραδιενεργός ιχνηθέτης τελικά αφαιρείται από το σώμα.