J-PET 스캐너 프로토타입의 임상적 적용 (JPET2Clinic)
플라스틱 신틸레이터로 제작된 J-PET 스캐너 프로토타입의 임상적 사용
연구 개요
상세 설명
양전자 방출 단층 촬영(PET)은 현재 분자 이미징을 가능하게 하는 기본 기술 중 하나입니다. 이 개념은 생화학적 과정 수준의 이미징을 의미합니다. J-PET 스캐너는 오르토포지트로늄(o-Ps) 원자의 수명을 측정하기 위해 플라스틱 스트립 신틸레이터를 기반으로 한 세계 최초의 양전자 단층 촬영기입니다. 이것은 크라쿠프에 있는 Jagiellonian University의 실험 입자 물리학 및 응용학과에서 설계 및 설치된 모듈형 스캐너입니다. J-PET 스캐너는 2014년과 2016년에 특허를 받은 기술을 기반으로 합니다.
현재 PET 카메라는 놀라운 감도를 갖고 있어 1E-11 두더지만큼 미묘한 화학물질 농도 변화를 감지할 수 있습니다. 이러한 전례 없는 민감도 덕분에 다양한 질병의 임상 증상이 시작되기 전인 초기 단계에서 대사 변화, 신경 전달 물질 불균형 또는 수용체 시스템 기능 장애를 시각화할 수 있습니다. PET 기술은 전자의 반물질 대응물인 양전자를 방출하는 방사성 동위원소에 의존합니다. 양전자 분포를 모니터링하는 PET 카메라는 양전자-전자 소멸 중에 생성된 방사선을 포착하는 검출기 시스템을 사용합니다. 이러한 소멸 과정은 적절한 검출기 어레이에 의해 감지되는 감마선 광자의 방출에서 발생합니다. 컴퓨터 시스템은 특히 두 개의 탐지기를 동시에 작동시키는 이벤트만 기록하여 소멸 이벤트의 높은 공간 해상도와 정확한 해부학적 위치 파악을 보장합니다. 특히, 양전자 소멸은 전자와 그 반입자인 양전자로 구성된 일시적이고 준안정적인 결합 상태인 포지트로늄의 형성이 선행될 수 있습니다. 스핀의 상호 배열로 인해 양전자의 두 가지 상태가 구별됩니다.
- 전자와 양전자 스핀이 평행할 때(삼중항 상태↑↑); 이 배열을 오르토포지트로늄(o-Ps)이라고 합니다. o-Ps는 142나노초[ns]의 평균 진공 수명 후에 붕괴(소멸 발생)합니다. 소멸은 세 개의 감마선 광자를 생성합니다.
- 전자와 양전자의 스핀이 역평행할 때(단일항 상태 ↑↓) - 이 시스템을 파라 포지트로늄(p-Ps)이라고 합니다. 소멸은 평균 진공 수명이 125피코초[ps], 즉 1,136배 더 짧은 두 개의 감마선 광자를 생성합니다.
진단 영상에 사용되는 기존 PET 스캐너와 달리 J-PET 스캐너는 세 가지 놀라운 기능을 자랑합니다.
- 플라스틱 섬광: 고가의 섬광 결정을 사용하는 표준 PET 스캐너와 달리 J-PET 스캐너는 플라스틱 섬광체를 사용하므로 비용을 크게 낮추고 보다 저렴하게 사용할 수 있습니다.
- 모듈형 디자인: J-PET의 모듈형 디자인은 다양한 환자 크기에 맞게 쉽게 맞춤화할 수 있으며 전신 PET 스캐너로 확장할 수 있습니다. 이러한 유연성은 광범위한 환자 집단과 진단 요구 사항을 충족시킵니다.
- 포지트로늄 바이오마커: J-PET은 o-P의 검출 및 분석을 도입하여 PET 이미징의 범위를 확장합니다.
기원 후. 1. 기존 PET 스캐너는 광전 효과를 이용해 감마선을 감지하는 결정 감지기를 사용합니다. 더 비싼 PET 스캐너는 LSO, LYSO 또는 BGO 결정을 사용합니다. 새로운 PET 스캐너는 Compton 산란을 사용하여 감마선을 감지하는 플라스틱 감지기를 사용합니다. 이를 통해 동일하거나 더 나은 이미지 품질을 갖춘 저렴한 스캐너를 사용할 수 있습니다.
기원 후. 2. 모듈식 설계와 스트립 신틸레이터 사용 덕분에 ToF(Time-of-Flight) 매개변수는 노이즈를 줄여서 이미지 품질을 개선하거나 더 짧은 검사에서 동일한 품질의 이미지를 얻는 데에도 사용됩니다.
Ad.3. 이 기능은 유망한 잠재력을 갖고 있지만 PET 기술에서는 아직 연구가 부족한 새로운 진단 바이오마커를 활용할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 포지트로늄 이미징은 J-PET 스캐너에만 적용됩니다. PET 기술은 양전자 방사선(베타+)을 방출하는 방사성 동위원소를 사용합니다. 기존 PET 스캐너는 전자(e-)와 양전자(e+)의 소멸로 인해 생성된 감마선 광자의 분포를 이미지화합니다. 소멸은 환자 신체에서 발생하는 모든 소멸의 약 30~40%에서 발생하는 포지트로늄 원자의 출현으로 인해 발생할 수 있습니다.
작업 가설:
J-PET 스캐너는 플라스틱 섬광체를 사용하는 기술을 기반으로 합니다. 임상적 유용성이 입증된다면, 이 영상 방법의 개발은 비용을 크게 절감하고 PET/CT 영상의 가용성을 높일 수 있습니다.
또한 J-PET 단층촬영을 통해 포지트로늄 원자의 수명인 새로운 진단 지표를 결정할 수 있습니다.
연구의 목적:
이 연구의 목적은 플라스틱 신틸레이터 기반 PET 스캐너의 임상적 타당성을 입증하는 것, 특히 3광자 이미징 성능과 진단 바이오마커로서의 포지트로늄 사용을 조사하는 것입니다. J-PET 방법을 사용하면 방사성 의약품으로 작용하는 화학 물질의 분포를 더 정확하게 기록할 수 있고 독립적으로 추가 매개변수인 환경의 생화학적 구성에 따른 o-Ps 수명을 기록할 수 있습니다. - 아직 의료 영상에는 사용되지 않습니다.
연구 유형
등록 (추정된)
연락처 및 위치
연구 연락처
- 이름: Pawel Moskal, PhD
- 전화번호: +48-126644558 800-555-5555
- 이메일: p.moskal@uj.edu.pl
연구 연락처 백업
- 이름: Ewa Stepien, PhD
- 전화번호: +48-126644762 800-555-5555
- 이메일: e.stepien@uj.edu.pl
연구 장소
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Krakow, 폴란드, 31-501
- 모병
- Department of Endocrinology and Nuclear Medicine, University Hospital in Krakow
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연락하다:
- Marta Opalinska, MD, PhD
- 전화번호: +48124001455
- 이메일: marta.opalinska@uj.edu.pl
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연락하다:
- Boguslaw Glowa, MD, PhD
- 전화번호: +48124001468
- 이메일: glowa@su.krakow.pl
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수석 연구원:
- Anna Sowa-Staszczak, MD, PhD
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
- 성인
- 고령자
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
샘플링 방법
연구 인구
설명
포함 기준:
- 환자는 전신 검사에 대해 인정된 적응증에 따라 PET/CT 스캔을 의뢰받습니다.
- 18세 이상
- 연구 참여에 대한 사전 동의, 자발적인 동의
제외 기준:
- 임산부, 수유 중인 여성
- 이전에 방사성의약품 알레르기 진단을 받은 사람
- 18세 미만
- 환자와의 협조 부족
- 연구 참여에 대한 사전 동의가 부족함
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
코호트 및 개입
그룹/코호트 |
개입 / 치료 |
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J-PET 그룹
환자는 뇌 또는 전신 검사에 대해 인정된 적응증에 따라 PET/CT 스캔을 의뢰받습니다.
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진단검사 : 양전자방출단층촬영 영상 PET 진단기기로 정기 검사를 마친 후 환자 신체 내 방사선 분포를 검사하는 것입니다.
J-PET 프로토타입 테스트는 [18F]FDG), [68Ga]Ga-PSMA, [18F]콜린 또는 [68Ga]Ga-DOTATATE) 투여 후 기존 PET 검사를 받은 환자를 대상으로 수행됩니다.
추가 시험 시간은 약 20분입니다.
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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클래스 내 상관 계수(ICC)
기간: 초기 분석은 12주 동안 지속됩니다.
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국제 암 관리(UICC) TNM(T= 종양, N= 결절 단계, M = 전이)을 사용하는 암 단계용 ICC 플라스틱 스캐너 양전자 방출 및 컴퓨터 단층촬영(J-PET/CT) 검사용 시스템(8판) 의사 패널이 평가한 표준 치료(SOC) 전체 용량 PET/CT와 비교
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초기 분석은 12주 동안 지속됩니다.
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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이미지 품질
기간: 스캔 후 3개월 후
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표준 치료 PET/CT와 비교하여 J-PET/CT의 상호 변동 계수(COV)로 정의되는 종양 대 배경 비율(TBR) 및 신호 대 잡음(SNR) 측면에서 영상 품질을 평가하는 종합 결과
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스캔 후 3개월 후
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주관적인 품질
기간: 스캔 후 3개월 후
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5명의 독립 핵의학 의사가 5점 Likert 척도로 평가한 영상 품질(주관적)(1= 허용 불가, 2=나쁨, 3=보통, 4=좋음, 5=높음) PET/CT 치료 표준
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스캔 후 3개월 후
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합의
기간: 스캔 후 3개월 후
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일차 결과(UICC 암 병기)에 대한 독자 간 합의를 J-PET/CT와 표준 치료 PET/CT 간에 비교해야 합니다.
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스캔 후 3개월 후
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진단 정확도
기간: 스캔 후 6개월 후
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수술 또는 생검을 받고 진양성(TP) 및 위양성(FP) 소견에 대한 조직병리학적 확인이 가능한 환자에 대해 표준 치료 PET/CT와 비교하여 J-PET/CT에 대한 양성 예측값(PPV)을 평가합니다.
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스캔 후 6개월 후
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공동 작업자 및 조사자
수사관
- 수석 연구원: Marta Opalinska, MD, PhD, Department of Endocrinology and Nuclear Medicine, University Hospital in Krakow
- 연구 의자: Pawel Moskal, PhD, Jagiellonian University
- 연구 책임자: Ewa Stepien, PhD, Jagiellonian University
간행물 및 유용한 링크
일반 간행물
- Moskal P, Dulski K, Chug N, Curceanu C, Czerwinski E, Dadgar M, Gajewski J, Gajos A, Grudzien G, Hiesmayr BC, Kacprzak K, Kaplon L, Karimi H, Klimaszewski K, Korcyl G, Kowalski P, Kozik T, Krawczyk N, Krzemien W, Kubicz E, Malczak P, Niedzwiecki S, Pawlik-Niedzwiecka M, Pedziwiatr M, Raczynski L, Raj J, Rucinski A, Sharma S, Shivani, Shopa RY, Silarski M, Skurzok M, Stepien EL, Szczepanek M, Tayefi F, Wislicki W. Positronium imaging with the novel multiphoton PET scanner. Sci Adv. 2021 Oct 15;7(42):eabh4394. doi: 10.1126/sciadv.abh4394. Epub 2021 Oct 13.
- Moskal P, Stepien EL. Prospects and Clinical Perspectives of Total-Body PET Imaging Using Plastic Scintillators. PET Clin. 2020 Oct;15(4):439-452. doi: 10.1016/j.cpet.2020.06.009. Epub 2020 Jul 29.
- Moskal P, Kubicz E, Grudzien G, Czerwinski E, Dulski K, Leszczynski B, Niedzwiecki S, Stepien EL. Developing a novel positronium biomarker for cardiac myxoma imaging. EJNMMI Phys. 2023 Mar 24;10(1):22. doi: 10.1186/s40658-023-00543-w.
- Dadgar M, Parzych S, Baran J, Chug N, Curceanu C, Czerwinski E, Dulski K, Elyan K, Gajos A, Hiesmayr BC, Kaplon L, Klimaszewski K, Konieczka P, Korcyl G, Kozik T, Krzemien W, Kumar D, Niedzwiecki S, Panek D, Perez Del Rio E, Raczynski L, Sharma S, Shivani S, Shopa RY, Skurzok M, Stepien EL, Tayefi Ardebili F, Tayefi Ardebili K, Vandenberghe S, Wislicki W, Moskal P. Comparative studies of the sensitivities of sparse and full geometries of Total-Body PET scanners built from crystals and plastic scintillators. EJNMMI Phys. 2023 Oct 11;10(1):62. doi: 10.1186/s40658-023-00572-5.
- Moskal P, Kisielewska D, Curceanu C, Czerwinski E, Dulski K, Gajos A, Gorgol M, Hiesmayr B, Jasinska B, Kacprzak K, Kaplon L, Korcyl G, Kowalski P, Krzemien W, Kozik T, Kubicz E, Mohammed M, Niedzwiecki S, Palka M, Pawlik-Niedzwiecka M, Raczynski L, Raj J, Sharma S, Shivani, Shopa RY, Silarski M, Skurzok M, Stepien E, Wislicki W, Zgardzinska B. Feasibility study of the positronium imaging with the J-PET tomograph. Phys Med Biol. 2019 Mar 7;64(5):055017. doi: 10.1088/1361-6560/aafe20.
- Huang B, Li T, Arino-Estrada G, Dulski K, Shopa RY, Moskal P, Stepien E, Qi J. SPLIT: Statistical Positronium Lifetime Image Reconstruction via Time-Thresholding. IEEE Trans Med Imaging. 2024 Jun;43(6):2148-2158. doi: 10.1109/TMI.2024.3357659. Epub 2024 Jun 3.
유용한 링크
- Description Patent US8859973B2: Strip device and method for determining the location and time of reaction of the gamma quanta and the use of the device to determine the location and time of reaction of the gamma quanta in positron emission tomography
- P. Moskal, "Positronium Imaging," 2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), Manchester, UK, 2019, pp. 1-3
- Description Patent US9804274B2:Hybrid TOF-PET/CT tomograph comprising polymer strips made of scintillator material
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기타 연구 ID 번호
- MO 01.08.2023 J-PET
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