Klinische toepassing van het prototype J-PET-apparaat (JPETClinic)

De J-PET-scanner is 's werelds eerste positronentomograaf op basis van scintillatoren met plastic strips om de levensduur van het ortho-positronium (o-Ps) atoom te meten. Dit is een modulaire scanner, ontworpen en geïnstalleerd bij de afdeling Experimentele Deeltjesfysica en Toepassingen van de Jagiellonische Universiteit in Krakau. De J-PET-scanner is gebaseerd op technologie die in 2014 en 2016 is gepatenteerd.

De J-PET-scanner heeft, in tegenstelling tot PET-scanners die vaak worden gebruikt in de diagnostiek, drie belangrijke kenmerken:

1. J-PET-scintillatoren zijn gemaakt van plastic in plaats van de duur te produceren LSO- (lutetium oxyorthosilicaat) of LYSO- (lutetium yttrium oxyorthosilicaat) scintillatiekristallen die in reguliere PET-scanners worden gebruikt;
2. J-PET is modulair en kan worden aangepast aan de grootte van de patiënt en worden uitgebreid tot een total-body PET-scanner omdat;
3. J-PET kan worden gebruikt om een ​​aanvullende parameter te testen, de "positroniumbiomarker", die tot nu toe niet is gebruikt.

Advertentie. 1. Conventionele PET-scanners maken gebruik van LSO- of LYSO-scintillatiekristallen, die het foto-elektrische effect benutten en gammafotonen omzetten in fluorescerende fotonen om informatie te verkrijgen over de energie, tijd en positie van gammafotonen die worden uitgezonden door het positronannihilatieproces (e+), verkregen door gebruik te maken van een geschikt e+ uitzendend radiofarmaceutisch middel. In kunststof scintillatoren die in J-PET worden gebruikt, wordt gebruik gemaakt van het Compton-effect, dat wil zeggen het fenomeen van verstrooiing van hoogenergetische fotonen op vrije of zwak gebonden elektronen van de scintillator.

Advertentie. 2. De modulaire J-PET-scanner kan ook eenvoudig worden geïntegreerd met bestaande computertomografie (CT)-systemen, waardoor gelijktijdige uitvoering van beide soorten onderzoeken mogelijk is.

Advertentie. 3. Positroniumbeeldvorming wordt toegepast in de J-PET-scanner. Bij de PET-techniek wordt gebruik gemaakt van radio-isotopen die positronstraling uitzenden (bèta+). Traditionele PET-scanners brengen de verdeling in beeld van gammafotonen die worden geproduceerd door de vernietiging van een elektron (e-) en een positron (e+). Annihilatie kan worden voorafgegaan door het verschijnen van een positronatoom - een quasi-stabiel systeem bestaande uit een elektron (e-) en zijn antideeltje - positron (e+), dat voorkomt bij ongeveer 30-40% van alle annihilaties die plaatsvinden in het lichaam van de patiënt. .

Het tijdstip waarop een dergelijke vernietiging plaatsvindt door de toestand van het positroniumatoom hangt af van de vraag of er een positronium zal worden gecreëerd waarin e- en e+ parallelle spins zullen hebben (triplettoestand ↑↑, dit systeem wordt ortho-positronium - o-Ps genoemd) of antiparallelle spins (staat singlet ↑ ↓, dit systeem wordt para-positronium - p-Ps genoemd). De gemiddelde levensduur van o-Ps in vacuüm is meer dan 1000 keer langer (142 nanoseconden [ns]), dan de gemiddelde levensduur van p-Ps (125 pico-seconden [ps]). De gemiddelde levensduur van o-Ps in een vacuüm is ruim 1000 keer langer (142 nanoseconden [ns]) dan de gemiddelde levensduur van p-Ps (125 picoseconden [ps]). Het tweede verschil is dat o-Ps-vernietiging plaatsvindt over 3 fotonen, wat tot nu toe nog niet is gedetecteerd en bij traditionele PET. de annihilatietijd van het o-Ps-atoom kan een aanvullende diagnostische parameter ("positroniumbiomarker") zijn die moet worden gemeten en geanalyseerd in de J-PET-scanner.

De klinische toepassing van een dergelijke "positroniumbiomarker" in termen van laesiedetectie, beeldkwaliteit en kwantificering moet nog worden bepaald, wat deze studie wil aanpakken.