Applicazione clinica del prototipo del dispositivo J-PET (JPETClinic)

Lo scanner J-PET è il primo tomografo a positroni al mondo basato su scintillatori a striscia di plastica per misurare la durata dell'atomo di ortopositronio (o-Ps). Si tratta di uno scanner modulare, progettato e installato presso il Dipartimento di Fisica Sperimentale e Applicazioni delle Particelle dell'Università Jagellonica di Cracovia. Lo scanner J-PET si basa su una tecnologia brevettata nel 2014 e nel 2016.

Lo scanner J-PET, a differenza degli scanner PET comunemente utilizzati in diagnostica, presenta tre importanti caratteristiche:

1. Gli scintillatori J-PET sono fatti di plastica invece dei costosi cristalli di scintillazione LSO (lutezio ossiortosilicato) o LYSO (lutezio ittrio ossiortosilicato) utilizzati nei normali scanner PET;
2. J-PET è modulare e può essere adattato alle dimensioni del paziente ed espanso a uno scanner PET total body perché;
3. La J-PET può essere utilizzata per testare un parametro aggiuntivo chiamato "biomarcatore del positronio" che finora non è stato utilizzato.

Anno Domini. 1. Gli scanner PET convenzionali utilizzano cristalli di scintillazione LSO o LYSO, che sfruttano l'effetto fotoelettrico e convertono i fotoni gamma in fotoni fluorescenti per ottenere informazioni sull'energia, il tempo e la posizione dei fotoni gamma emessi dal processo di annichilazione dei positroni (e+) ottenuto utilizzando un radiofarmaco appropriato che emette e+. Negli scintillatori plastici utilizzati in J-PET viene utilizzato l'effetto Compton, cioè il fenomeno della diffusione di fotoni ad alta energia sugli elettroni liberi o debolmente legati dello scintillatore.

Anno Domini. 2. Lo scanner modulare J-PET può anche essere facilmente integrato con i sistemi di tomografia computerizzata (CT) esistenti, consentendo la conduzione simultanea di entrambi i tipi di esami.

Anno Domini. 3. L'imaging del positronio viene applicato nello scanner J-PET. La tecnica PET utilizza radioisotopi che emettono radiazioni di positroni (beta+). Gli scanner PET tradizionali riproducono l'immagine della distribuzione dei fotoni dei raggi gamma prodotti dall'annichilazione di un elettrone (e-) e di un positrone (e+). L'annichilazione può essere preceduta dalla comparsa di un atomo di positrone - un sistema quasi stabile composto da un elettrone (e-) e dalla sua antiparticella - positrone (e+), che si verifica in circa il 30-40% di tutte le annichilazioni che si verificano nel corpo del paziente. .

Il tempo in cui avviene tale annichilazione attraverso lo stato dell'atomo di positronio dipende dalla creazione o meno di un positronio in cui e- ed e+ avranno spin paralleli (stato di tripletto ↑↑, questo sistema è chiamato orto-positronio - o-Ps) o spin antiparalleli (stato singoletto ↑ ↓, questo sistema è chiamato para-positronio - p-Ps). La durata di vita media degli o-P nel vuoto è più di 1000 volte più lunga (142 nanosecondi [ns]), rispetto alla durata di vita media dei p-P (125 pico-secondi [ps]). La durata media degli o-P nel vuoto è oltre 1000 volte più lunga (142 nanosecondi [ns]) rispetto alla durata media dei p-P (125 picosecondi [ps]). La seconda differenza è che l'annichilazione di o-Ps avviene su 3 fotoni, cosa che finora non è stata rilevata e che è la PET tradizionale. il tempo di annichilazione dell'atomo o-Ps può essere un parametro diagnostico aggiuntivo ("biomarcatore del positronio") da misurare e analizzare nello scanner J-PET.

L'applicazione clinica di tale "biomarcatore del positronio" in termini di rilevamento delle lesioni, qualità dell'immagine e quantificazione deve ancora essere determinata, cosa che questo studio mira ad affrontare.