Klinische Anwendung des Prototyps des J-PET-Geräts (JPETClinic)

Der J-PET-Scanner ist der weltweit erste Positronentomograph auf Basis von Kunststoffstreifenszintillatoren zur Messung der Lebensdauer des Ortho-Positronium-Atoms (o-Ps). Hierbei handelt es sich um einen modularen Scanner, der in der Abteilung für experimentelle Teilchenphysik und Anwendungen der Jagiellonen-Universität in Krakau entwickelt und installiert wurde. Der J-PET-Scanner basiert auf einer 2014 und 2016 patentierten Technologie.

Der J-PET-Scanner verfügt im Gegensatz zu den üblicherweise in der Diagnostik verwendeten PET-Scannern über drei wichtige Merkmale:

1. J-PET-Szintillatoren bestehen aus Kunststoff anstelle der teuer herzustellenden LSO- (Lutetium-Oxyorthosilikat) oder LYSO-Szintillationskristalle (Lutetium-Yttrium-Oxyorthosilikat), die in herkömmlichen PET-Scannern verwendet werden.
2. J-PET ist modular aufgebaut und kann an die Größe des Patienten angepasst und zu einem Ganzkörper-PET-Scanner erweitert werden, weil:
3. Mit J-PET kann ein zusätzlicher, bisher nicht genutzter Parameter namens „Positronium-Biomarker“ getestet werden.

Anzeige. 1. Herkömmliche PET-Scanner verwenden LSO- oder LYSO-Szintillationskristalle, die den photoelektrischen Effekt ausnutzen und Gammaphotonen in fluoreszierende Photonen umwandeln, um Informationen über die Energie, Zeit und Position der Gammaphotonen zu erhalten, die durch den Positronenvernichtungsprozess (e+) emittiert werden geeignetes E+ emittierendes Radiopharmazeutikum. Bei den in der J-PET verwendeten Kunststoffszintillatoren wird der Compton-Effekt ausgenutzt, also das Phänomen der Streuung energiereicher Photonen an freien oder schwach gebundenen Elektronen des Szintillators.

Anzeige. 2. Der modulare J-PET-Scanner lässt sich auch problemlos in bestehende Computertomographie (CT)-Systeme integrieren und ermöglicht so die gleichzeitige Durchführung beider Untersuchungsarten.

Anzeige. 3. Positronium-Bildgebung wird im J-PET-Scanner angewendet. Bei der PET-Technik werden Radioisotope verwendet, die Positronenstrahlung (Beta+) aussenden. Herkömmliche PET-Scanner bilden die Verteilung von Gammastrahlenphotonen ab, die durch die Vernichtung eines Elektrons (e-) und eines Positrons (e+) entstehen. Der Vernichtung kann das Auftreten eines Positronenatoms vorausgehen – ein quasistabiles System bestehend aus einem Elektron (e-) und seinem Antiteilchen – dem Positron (e+), das bei etwa 30–40 % aller Vernichtungen im Körper des Patienten auftritt .

Der Zeitpunkt, zu dem eine solche Vernichtung durch den Zustand des Positroniumatoms stattfindet, hängt davon ab, ob ein Positronium entsteht, in dem e- und e+ parallele Spins haben (Triplettzustand ↑ ↑, dieses System heißt Ortho-Positronium – o-Ps). oder antiparallele Spins (Zustand Singulett ↑ ↓, dieses System heißt Parapositronium – p-Ps). Die durchschnittliche Lebensdauer von o-Ps im Vakuum ist mehr als 1000-mal länger (142 Nanosekunden [ns]) als die durchschnittliche Lebensdauer von p-Ps (125 Pikosekunden [ps]). Die durchschnittliche Lebensdauer von o-Ps im Vakuum ist über 1000-mal länger (142 Nanosekunden [ns]) als die durchschnittliche Lebensdauer von p-Ps (125 Pikosekunden [ps]). Der zweite Unterschied besteht darin, dass die Vernichtung von o-Ps über 3 Photonen erfolgt, was bisher nicht nachgewiesen wurde und bei herkömmlicher PET der Fall ist. Die Vernichtungszeit des o-Ps-Atoms kann ein zusätzlicher diagnostischer Parameter („Positronium-Biomarker“) sein, der im J-PET-Scanner gemessen und analysiert werden kann.

Die klinische Anwendung eines solchen „Positronium-Biomarkers“ im Hinblick auf die Erkennung von Läsionen, Bildqualität und Quantifizierung muss noch bestimmt werden, worauf diese Studie abzielt.