Definicja skanowania PET

Pozytonowa tomografia emisyjna lub skanowanie zwierzęcia, od swojego akronimu w języku angielskim, jest nieinwazyjną techniką diagnostyczną należącą do medycyny nuklearnej. Obrazy uzyskane w badaniu PET dostarczają informacji na temat aktywności i metabolizmu niektórych tkanek organizmu człowieka.

Antymateria ma wiele możliwych zastosowań ze względu na dużą ilość energii, którą uwalnia podczas reakcji ze zwykłą materią. Jednym z zastosowań, jakie obecnie posiada antymateria, jest uzyskiwanie obrazów diagnostycznych ludzkiego ciała. Aby osiągnąć ten cel, PET Scan wykorzystuje pozytony, które są antycząstkami elektronów.

Reakcja materii i antymaterii

Prosty sposób na zrozumienie różnicy między materią a antymaterią jest następujący: ta pierwsza składa się z cząstek, a druga z antycząstek. No dobrze, ale co to jest antycząstka? Jest to rodzaj cząstki, która ma taką samą masę jak jej odpowiednik, ale niektóre jej właściwości, takie jak ładunek elektryczny, są odwrócone.

Pomyślmy na przykład o pozytonie, który jest antycząstką elektronu. Pozyton ma taką samą masę jak elektron, ale jego ładunek elektryczny jest dodatni, mimo że jego wielkość jest równa elektronowi. Ładunek elektryczny elektronu wynosi -e≈-1,6⋅10^-19 C, a ładunek elektryczny pozytonu wynosi +e=+1,6⋅10^-19.

Kiedy cząstka i antycząstka się spotykają, anihilują się nawzajem. W procesie tym generowana jest energia i para fotonów, które po wygenerowaniu poruszają się w przeciwnych kierunkach.

I^–+ e⁺→γ+γ (511 keV)

Energia uwolniona podczas tych anihilacji jest ogromna, co czyni antymaterię idealnym kandydatem do wykorzystania jako źródło energii w przyszłości. Jednak produkcja antymaterii jest bardzo trudna i bardzo kosztowna, więc daleko nam do możliwości wykorzystania jej jako źródła energii. To, co możemy obecnie zrobić, to użyć anihilacji cząstka-antycząstka, aby uzyskać obrazy ludzkiego ciała.

Jak działa badanie PET?

Skan PET zasadniczo wykorzystuje fotony uwalniane podczas anihilacji elektronów i pozytonów do generowania obrazów niektórych tkanek. Fluor-18 to radioizotop, który rozpada się radioaktywnie poprzez rozpad β⁺ dając początek stabilnemu izotopowi tlenu-18. W tego rodzaju rozpadzie proton rozpada się radioaktywnie, tworząc neutron, pozyton i neutrino elektronowe.

P⁺→n+e⁺+ν_I

W przypadku Fluoru-18 rozpad promieniotwórczy wygląda następująco:

¹⁸F→¹⁸o+e⁺+ν_I

Fluor-18 jest zdolny do wiązania się z cząsteczką glukozy poprzez zastąpienie jej grupą hydroksylową. To włączenie Fluor-18 do glukozy prowadzi do powstania związku zwanego fluorodeoksyglukozą (FDG).

Badanie PET rozpoczyna się od podania pacjentowi dożylnie próbki FDG. FDG jest rozprowadzany po całym ciele przez krwiobieg. Glukoza jest głównym źródłem energii dla naszych komórek, więc zaczynają one metabolizować FDG tak, jakby to była normalna glukoza.

Wewnątrz komórek radioizotopy fluoru-18 włączone do cząsteczek FDG rozpadają się radioaktywnie i emitują pozytony. Pozytony szybko anihilują wraz z otaczającymi je elektronami, generując pary fotonów poruszających się w przeciwnych kierunkach. Za pomocą detektorów rozmieszczonych wokół pacjenta zbiera się wszystkie pary fotonów powstałe w wyniku anihilacji i mapuje miejsca ich wystąpienia.

Jakich informacji dostarczają nam obrazy PET Scan?

Obrazy uzyskane w PET Scan pokazują te miejsca, w których nastąpiła większa degradacja FDG, czyli gdzie nastąpiło większe zużycie energii przez komórki. Te obrazy a priori są wykorzystywane do oceny metabolicznej niektórych tkanek i określenia ich funkcjonowania. Na przykład, jeśli jakaś tkanka, o której wiemy, że zużywa dużo energii, wydaje się słabo świecić na obrazie PET Scan, może to wskazywać na uszkodzenie tej tkanki.

Jedną z rzeczy, które zużywają najwięcej energii w organizmie, są guzy nowotworowe. Komórki rakowe to komórki, które dzielą się w niekontrolowany sposób z dużą szybkością. Proces podziału komórek wymaga większego zużycia energii, dlatego należy się spodziewać, że guzy nowotworowe zużywają dużo energii.

Obrazy z PET Scan mogą wskazać miejsca, w których może istnieć guz złośliwe, ponieważ wydają się jaśniejsze, co wskazuje na większe zużycie energii strefy.

Chociaż w badaniu PET wykorzystuje się radioizotop i antymaterię, dawka promieniowanie odbierane przez pacjenta jest bardzo niskie, a znacznik radioaktywny jest ostatecznie usuwany z ciała ciało.