Klinisk tillämpning av prototypen J-PET-enhet (JPETClinic)

J-PET-skannern är världens första positrontomograf baserad på scintillatorer av plastremsor för att mäta livslängden för orto-positronium (o-Ps) atomen. Detta är en modulär skanner, designad och installerad vid Institutionen för experimentell partikelfysik och tillämpningar vid Jagiellonian University i Krakow. J-PET-skannern är baserad på teknologi som patenterades 2014 och 2016.

J-PET-skannern, till skillnad från PET-skannrar som vanligtvis används inom diagnostik, har tre viktiga funktioner:

1. J-PET-scintillatorer är gjorda av plast istället för dyra att producera LSO (lutetiumoxiortosilikat) eller LYSO (lutetiumyttriumoxiortosilikat) scintillationskristaller som används i vanliga PET-skannrar;
2. J-PET är modulärt och kan anpassas till patientens storlek och utökas till en PET-skanner för hela kroppen eftersom;
3. J-PET kan användas för att testa ytterligare en parameter som kallas "positronium biomarkör" som inte har använts hittills.

Ad. 1. Konventionella PET-skannrar använder LSO- eller LYSO-scintillationskristaller, som utnyttjar den fotoelektriska effekten och omvandlar gammafotoner till fluorescerande fotoner för att få information om energin, tiden och positionen för gammafotoner som emitteras av positronförintelseprocessen (e+) som erhålls genom att använda en lämplig e+-emitterande radiofarmaka. I plastscintillatorer som används i J-PET används Compton-effekten, d.v.s. fenomenet spridning av högenergifotoner på fria eller svagt bundna elektroner i scintillatorn.

Ad. 2. Den modulära J-PET-skannern kan också enkelt integreras med befintliga datortomografisystem (CT), vilket möjliggör samtidig ledning av båda typerna av undersökningar.

Ad. 3. Positroniumavbildning tillämpas i J-PET-skannern. PET-tekniken använder radioisotoper som avger positronstrålning (beta+). Traditionella PET-skannrar avbildar fördelningen av gammastrålefotoner som produceras genom förintelsen av en elektron (e-) och en positron (e+). Annihilation kan föregås av uppkomsten av en positronatom - ett kvasistabilt system som består av en elektron (e-) och dess antipartikel - positron (e+), vilket förekommer i ungefär 30-40 % av alla förintelser som sker i patientens kropp .

Tidpunkten för sådan förintelse som äger rum genom positroniumatomens tillstånd beror på om ett positronium kommer att skapas där e- och e+ kommer att ha parallella spinn (tripletttillstånd ↑↑, detta system kallas orto-positronium - o-Ps) eller antiparallella spins (tillstånd singlett ↑ ↓, detta system kallas para-positronium - p-Ps). Den genomsnittliga livslängden för o-Ps i vakuum är mer än 1000 gånger längre (142 nano-sekunder [ns]), sedan den genomsnittliga livslängden för p-Ps (125 pico-sekunder [ps]). Medellivslängden för o-Ps i vakuum är över 1000 gånger längre (142 nanosekunder [ns]) än medellivslängden för p-Ps (125 pikosekunder [ps]). Den andra skillnaden är att o-Ps annihilation sker över 3 fotoner, vilket inte har upptäckts hittills och som traditionellt PET. utplåningstiden för o-Ps-atomen kan vara en ytterligare diagnostisk parameter ("positroniumbiomarkör") som ska mätas och analyseras i J-PET-skannern.

Den kliniska tillämpningen av en sådan "positronium-biomarkör" i termer av lesionsdetektering, bildkvalitet och kvantifiering är ännu inte fastställd, vilket denna studie syftar till att ta itu med.