PET-scandefinitie

Engel Zamora Ramirez
Graad in de natuurkunde

Positronemissietomografie of PET-scan, voor zijn acroniem in het Engels, is een niet-invasieve diagnostische techniek die behoort tot de nucleaire geneeskunde. De beelden die met de PET-scan worden verkregen, geven informatie over de activiteit en het metabolisme van bepaalde weefsels van het menselijk lichaam.

Antimaterie heeft veel mogelijke toepassingen vanwege de grote hoeveelheid energie die vrijkomt bij de reactie met gewone materie. Een van de toepassingen die antimaterie momenteel heeft, is het verkrijgen van diagnostische beelden van het menselijk lichaam. De PET-scan gebruikt positronen, de antideeltjes van elektronen, om dit doel te bereiken.

Materie en antimaterie reactie

Een eenvoudige manier om het verschil tussen materie en antimaterie te begrijpen is als volgt: de eerste is gemaakt van deeltjes en de laatste is gemaakt van antideeltjes. Maar wat is een antideeltje? Het is een soort deeltje dat dezelfde massa heeft als zijn analoog, maar sommige eigenschappen, zoals de elektrische lading, zijn omgekeerd.

Laten we bijvoorbeeld denken aan het positron, het antideeltje van het elektron. Een positron heeft dezelfde massa als een elektron, maar zijn elektrische lading is positief, ook al is zijn grootte gelijk aan die van het elektron. De elektrische lading van het elektron is -e≈-1,6×10^-19 C en de elektrische lading van het positron is +e=+1,6×10^-19.

Wanneer een deeltje en een antideeltje elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar. In dit proces worden energie en een paar fotonen gegenereerd die, wanneer gegenereerd, in tegengestelde richtingen reizen.

En^–+ e⁺→γ+γ (511 keV)

De energie die vrijkomt bij deze vernietigingen is enorm, dit heeft antimaterie tot een ideale kandidaat gemaakt om in de toekomst als energiebron te gebruiken. Het produceren van antimaterie is echter erg moeilijk en erg duur, dus we kunnen het nog lang niet gebruiken als energiebron. Wat we momenteel kunnen doen, is deeltjes-antideeltje-annihilaties gebruiken om afbeeldingen van het menselijk lichaam te verkrijgen.

Hoe werkt de PET-scan?

De PET-scan maakt in feite gebruik van de fotonen die vrijkomen bij de vernietiging van elektronen en positronen om afbeeldingen van bepaalde weefsels te genereren. Fluor-18 is een radio-isotoop die radioactief vervalt via β-verval⁺ om aanleiding te geven tot een stabiele isotoop van zuurstof-18. Bij dit type verval vervalt een proton radioactief om een ​​neutron, een positron en een elektronenneutrino te produceren.

P⁺→n+e⁺+ν_En

In het geval van Fluor-18 ziet het radioactieve verval er als volgt uit:

¹⁸F→¹⁸o+e⁺+ν_En

Fluor-18 kan zich binden aan een glucosemolecuul door er een hydroxylgroep op te substitueren. Deze opname van Fluor-18 in glucose resulteert in een verbinding genaamd Fluorodeoxyglucose (FDG).

Een PET-scanonderzoek begint met het intraveneus inbrengen van een FDG-monster bij de patiënt. FDG wordt via de bloedbaan door het lichaam verspreid. Glucose is de belangrijkste energiebron voor onze cellen, dus beginnen ze FDG te metaboliseren alsof het normale glucose is.

Eenmaal in cellen vervallen de Fluor-18-radio-isotopen die in de FDG-moleculen zijn opgenomen radioactief en zenden positronen uit. Positrons vernietigen snel met de elektronen om hen heen, waardoor paren fotonen worden gegenereerd die in tegengestelde richtingen reizen. Met behulp van enkele detectoren die rond de patiënt zijn geplaatst, worden alle paren fotonen die het gevolg zijn van genoemde annihilaties verzameld en worden de plaatsen waar ze plaatsvonden in kaart gebracht.

Welke informatie leveren de beelden van PET Scan ons op?

De beelden die met de PET-scan zijn verkregen, tonen die locaties waar een grotere degradatie van FDG was, dat wil zeggen waar er een groter energieverbruik door de cellen was. Deze a priori-beelden worden gebruikt om metabole evaluaties van bepaalde weefsels te maken en hun werking te kunnen bepalen. Als bijvoorbeeld weefsel waarvan we weten dat het veel energie verbruikt, zwak gloeit op een PET-scanbeeld, kan dit duiden op een fout in dat weefsel.

Een van de dingen die de meeste energie verbruiken in het lichaam zijn kankertumoren. Kankercellen zijn cellen die zich in hoog tempo ongecontroleerd delen. Het proces van celdeling vereist een hoger energieverbruik, daarom is het te verwachten dat kankertumoren veel energie verbruiken.

De beelden van PET Scan kunnen indicaties geven van die plekken waar een tumor zou kunnen zitten kwaadaardig omdat ze helderder lijken, wat aangeeft dat er een groter energieverbruik was in genoemde zones.

Hoewel radio-isotoop en antimaterie worden gebruikt in de PET Scan-studie, is de dosis van straling ontvangen door de patiënt is erg laag en de radioactieve tracer wordt uiteindelijk verwijderd uit de lichaam.