Definizione di scansione PET

Tomografia a emissione di positroni o scansione animale, per il suo acronimo in inglese, è una tecnica diagnostica non invasiva appartenente alla medicina nucleare. Le immagini ottenute con la PET Scan forniscono informazioni sull'attività e sul metabolismo di alcuni tessuti del corpo umano.

L'antimateria ha molte possibili applicazioni a causa della grande quantità di energia che rilascia quando reagisce con la materia ordinaria. Una delle applicazioni che l'antimateria ha attualmente è l'ottenimento di immagini diagnostiche del corpo umano. La scansione PET utilizza i positroni, che sono le antiparticelle degli elettroni, per raggiungere questo obiettivo.

Reazione materia e antimateria

Un modo semplice per capire la differenza tra materia e antimateria è il seguente: la prima è fatta di particelle e la seconda è fatta di antiparticelle. Bene, ma cos'è un'antiparticella? È un tipo di particella che ha la stessa massa del suo analogo, ma alcune delle sue proprietà, come la sua carica elettrica, sono invertite.

Pensiamo, ad esempio, al positrone, che è l'antiparticella dell'elettrone. Un positrone ha la stessa massa di un elettrone, ma la sua carica elettrica è positiva, anche se la sua grandezza è uguale a quella dell'elettrone. La carica elettrica dell'elettrone è -e≈-1.6×10^-19 C e la carica elettrica del positrone è +e=+1.6×10^-19.

Quando una particella e un'antiparticella si incontrano, si annichilano a vicenda. In questo processo vengono generati energia e una coppia di fotoni che, una volta generati, viaggiano in direzioni opposte.

E^–+ e⁺→γ+γ (511 keV)

L'energia rilasciata in queste annichilazioni è immensa, questo ha reso l'antimateria un candidato ideale per l'uso come fonte di energia in futuro. Tuttavia, produrre antimateria è molto difficile e molto costoso, quindi siamo ben lungi dall'essere in grado di utilizzarla come fonte di energia. Ciò che attualmente possiamo fare è utilizzare annichilazioni particella-antiparticella per ottenere immagini del corpo umano.

Come funziona la scansione PET?

La scansione PET sfrutta fondamentalmente i fotoni rilasciati nelle annichilazioni di elettroni e positroni per generare immagini di determinati tessuti. Il fluoro-18 è un radioisotopo che decade radioattivamente tramite decadimento β⁺ per dare origine a un isotopo stabile di ossigeno-18. In questo tipo di decadimento, un protone decade radioattivamente per produrre un neutrone, un positrone e un neutrino elettronico.

P⁺→n+e⁺+ν_E

Nel caso del Fluor-18 il decadimento radioattivo si presenta come:

¹⁸F→¹⁸o+e⁺+ν_E

Fluor-18 è in grado di legarsi a una molecola di glucosio sostituendo un gruppo ossidrilico su di essa. Questa incorporazione di Fluor-18 in glucosio si traduce in un composto chiamato Fluorodesossiglucosio (FDG).

Uno studio PET Scan inizia introducendo un campione di FDG nel paziente per via endovenosa. L'FDG è distribuito in tutto il corpo attraverso il flusso sanguigno. Il glucosio è la principale fonte di energia per le nostre cellule, quindi iniziano a metabolizzare l'FDG come se fosse normale glucosio.

Una volta all'interno delle cellule, i radioisotopi Fluor-18 incorporati nelle molecole FDG decadono radioattivamente ed emettono positroni. I positroni si annichilano rapidamente con gli elettroni che li circondano, generando coppie di fotoni che viaggiano in direzioni opposte. Con l'ausilio di alcuni rivelatori che vengono posti attorno al paziente, vengono raccolte tutte le coppie di fotoni risultanti da dette annichilazioni e mappati i luoghi in cui sono avvenute.

Quali informazioni ci forniscono le immagini di PET Scan?

Le immagini ottenute nella PET Scan mostrano quei siti dove c'è stato un maggior degrado di FDG, cioè dove c'è stato un maggior consumo di energia da parte delle cellule. Queste immagini a priori vengono utilizzate per effettuare valutazioni metaboliche di determinati tessuti e per poterne determinare il funzionamento. Ad esempio, se un tessuto che sappiamo consumare molta energia appare debolmente luminoso su un'immagine PET Scan, potrebbe indicare un difetto in quel tessuto.

Una delle cose che consumano più energia quando nel corpo sono i tumori cancerosi. Le cellule tumorali sono cellule che si dividono in modo incontrollabile ad un ritmo elevato. Il processo di divisione cellulare richiede un maggiore consumo di energia, quindi è prevedibile che i tumori cancerosi consumino molta energia.

Le immagini di PET Scan possono dare indicazioni di quei luoghi dove potrebbe esistere un tumore maligni perché appaiono più luminosi indicando che c'era un maggior consumo di energia in detto zone.

Sebbene il radioisotopo e l'antimateria siano usati nello studio PET Scan, la dose di la radiazione ricevuta dal paziente è molto bassa e il tracciante radioattivo viene infine rimosso dal corpo.