Klinisk anvendelse af prototypen J-PET-enhed (JPETClinic)

J-PET-scanneren er verdens første positron-tomograf baseret på plaststrimmelscintillatorer til at måle levetiden for ortho-positronium (o-Ps) atomet. Dette er en modulær scanner, designet og installeret ved Institut for Eksperimentel Partikelfysik og Anvendelser ved Jagiellonian University i Krakow. J-PET-scanneren er baseret på teknologi patenteret i 2014 og 2016.

J-PET-scanneren har, i modsætning til PET-scannere, der almindeligvis bruges i diagnostik, tre vigtige funktioner:

1. J-PET scintillatorer er lavet af plast i stedet for dyrt at producere LSO (lutetium oxyorthosilicate) eller LYSO (lutetium yttrium oxyorthosilicate) scintillationskrystaller, der bruges i almindelige PET scannere;
2. J-PET er modulopbygget og kan tilpasses patientens størrelse og udvides til en total-body PET-scanner, fordi;
3. J-PET kan bruges til at teste en yderligere parameter kaldet "positronium biomarkøren", som ikke er blevet brugt indtil videre.

Ad. 1. Konventionelle PET-scannere bruger LSO- eller LYSO-scintillationskrystaller, som udnytter den fotoelektriske effekt og omdanner gammafotoner til fluorescerende fotoner for at opnå information om energien, tiden og positionen af ​​gammafotoner, der udsendes af positron-annihilation (e+)-processen opnået ved at bruge en passende e+-emitterende radiofarmaka. I plastscintillatorer, der anvendes i J-PET, anvendes Compton-effekten, dvs. fænomenet spredning af højenergi-fotoner på frie eller svagt bundne elektroner i scintillatoren.

Ad. 2. Den modulære J-PET scanner kan også nemt integreres med eksisterende computertomografi (CT) systemer, hvilket giver mulighed for samtidig gennemførelse af begge typer undersøgelser.

Ad. 3. Positronium-billeddannelse anvendes i J-PET-scanneren. PET-teknikken bruger radioisotoper, der udsender positronstråling (beta+). Traditionelle PET-scannere afbilder fordelingen af ​​gammastrålefotoner produceret ved udslettelse af en elektron (e-) og en positron (e+). Forud for tilintetgørelsen kan der forekomme et positronatom - et kvasi-stabilt system sammensat af en elektron (e-) og dens antipartikel - positron (e+), som forekommer i cirka 30-40 % af alle annihilationer, der forekommer i patientens krop .

Tidspunktet for en sådan udslettelse, der finder sted gennem positroniumatomets tilstand, afhænger af, om der vil blive skabt et positronium, hvor e- og e+ vil have parallelle spins (triplettilstand ↑↑, dette system kaldes ortho-positronium - o-Ps) eller antiparallelle spins (angiv singlet ↑ ↓, dette system kaldes para-positronium - p-Ps). Den gennemsnitlige levetid for o-Ps i vakuum er mere end 1000 gange længere (142 nano-sekunder [ns]), derefter den gennemsnitlige levetid for p-Ps (125 pico-sekunder [ps]). Den gennemsnitlige levetid for o-Ps i et vakuum er over 1000 gange længere (142 nanosekunder [ns]) end den gennemsnitlige levetid for p-Ps (125 picosekunder [ps]). Den anden forskel er, at o-Ps annihilation finder sted over 3 fotoner, som ikke er blevet opdaget indtil videre, og som traditionelt PET. o-Ps-atomets udslettelsestid kan være en yderligere diagnostisk parameter ("positronium-biomarkør"), der skal måles og analyseres i J-PET-scanneren.

Den kliniske anvendelse af en sådan "positronium-biomarkør" med hensyn til læsionsdetektion, billedkvalitet og kvantificering er endnu ikke fastlagt, hvilket denne undersøgelse sigter mod at adressere.