Kliniczne zastosowanie prototypowego urządzenia J-PET (JPETClinic)

Skaner J-PET to pierwszy na świecie tomograf pozytonowy oparty na scyntylatorach paskowych z tworzywa sztucznego, służący do pomiaru czasu życia atomu orto-pozytonu (o-Ps). Jest to skaner modułowy, zaprojektowany i zainstalowany w Katedrze Doświadczalnej Fizyki Cząstek i Zastosowań Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Skaner J-PET oparty jest na technologii opatentowanej w latach 2014 i 2016.

Skaner J-PET, w odróżnieniu od powszechnie stosowanych w diagnostyce skanerów PET, posiada trzy istotne cechy:

1. Scyntylatory J-PET są wykonane z tworzywa sztucznego zamiast drogich w produkcji kryształów scyntylacyjnych LSO (oksyortokrzemian lutetu) lub LYSO (oksyortokrzemian lutetu i itru), stosowanych w zwykłych skanerach PET;
2. J-PET ma charakter modułowy i można go dostosować do rozmiarów pacjenta oraz rozbudować do skanera PET całego ciała, ponieważ:
3. J-PET można wykorzystać do badania dodatkowego, niestosowanego dotychczas parametru zwanego „biomarkerem pozytonowym”.

Ogłoszenie. 1. Konwencjonalne skanery PET wykorzystują kryształy scyntylacyjne LSO lub LYSO, które wykorzystują efekt fotoelektryczny i przekształcają fotony gamma w fotony fluorescencyjne w celu uzyskania informacji o energii, czasie i położeniu fotonów gamma emitowanych w procesie anihilacji pozytonów (e+) uzyskanych za pomocą odpowiedni radiofarmaceutyk emitujący e+. W scyntylatorach plastikowych stosowanych w J-PET wykorzystuje się efekt Comptona, czyli zjawisko rozpraszania fotonów o dużej energii na wolnych lub słabo związanych elektronach scyntylatora.

Ogłoszenie. 2. Modułowy skaner J-PET można także łatwo zintegrować z istniejącymi systemami tomografii komputerowej (CT), umożliwiając jednoczesne prowadzenie obu typów badań.

Ogłoszenie. 3. W skanerze J-PET stosowane jest obrazowanie pozytonowe. Technika PET wykorzystuje radioizotopy emitujące promieniowanie pozytonowe (beta+). Tradycyjne skanery PET obrazują rozkład fotonów promieniowania gamma wytwarzanych w wyniku anihilacji elektronu (e-) i pozytonu (e+). Anihilację może poprzedzić pojawienie się atomu pozytonu – quasi-stabilnego układu złożonego z elektronu (e-) i jego antycząstki – pozytonu (e+), co występuje w około 30-40% wszystkich anihilacji zachodzących w organizmie pacjenta .

Czas takiej anihilacji zachodzącej poprzez stan atomu pozytonu zależy od tego, czy powstanie pozyton, w którym e- i e+ będą miały równoległe spiny (stan trypletowy ↑↑, układ ten nazywa się orto-pozyton - o-Ps) lub spiny antyrównoległe (singlet stanu ↑ ↓, układ ten nazywany jest para-pozytem - p-Ps). Średni czas życia o-Ps w próżni jest ponad 1000 razy dłuższy (142 nanosekund [ns]), niż średni czas życia p-Ps (125 pikosekund [ps]). Średni czas życia o-P w próżni jest ponad 1000 razy dłuższy (142 nanosekundy [ns]) niż średni czas życia p-P (125 pikosekund [ps]). Druga różnica polega na tym, że anihilacja o-Ps zachodzi na 3 fotonach, czego do tej pory nie wykryto, a jakim jest tradycyjny PET. czas anihilacji atomu o-Ps może być dodatkowym parametrem diagnostycznym („biomarker pozytonowy”), który można mierzyć i analizować w skanerze J-PET.

Kliniczne zastosowanie takiego „biomarkera pozytonowego” pod względem wykrywania zmian chorobowych, jakości obrazu i oceny ilościowej nie zostało jeszcze określone, czemu ma służyć niniejsze badanie.