J-PET 扫描仪原型的临床应用 (JPET2Clinic)

正电子发射断层扫描（PET）是目前实现分子成像的基本技术之一。 这个概念意味着生化过程水平的成像。 J-PET 扫描仪是世界上第一台基于塑料条闪烁体的正电子断层扫描仪，用于测量正正电子 (o-Ps) 原子的寿命。 这是一款模块化扫描仪，由克拉科夫雅盖隆大学实验粒子物理和应用系设计和安装。 J-PET 扫描仪基于 2014 年和 2016 年获得专利的技术。

目前的 PET 相机具有卓越的灵敏度，能够检测小至 1E-11 摩尔的化学浓度变化。 这种前所未有的敏感性允许在早期阶段（通常在各种疾病的临床症状出现之前）可视化代谢改变、神经递质失衡或受体系统功能障碍。 PET 技术依赖于发射正电子的放射性同位素，正电子是电子的反物质对应物。 PET 相机的任务是监测正电子分布，其探测器系统可捕获正电子-电子湮灭过程中产生的辐射。 这种湮灭过程发生在伽马射线光子的发射中，伽马射线光子被适当的探测器阵列探测到。 计算机系统专门记录那些同时触发两个探测器的事件，确保湮灭事件的高空间分辨率和精确的解剖定位。 值得注意的是，正电子湮灭之前可能会形成正电子素，这是一种瞬态、准稳定的束缚态，包含电子及其反粒子（正电子）。 由于自旋的相互排列，正电子有两种状态。

• 当电子和正电子自旋平行时（三重态↑↑）；这种排列称为正正电子素（o-Ps）。 o-Ps 在平均真空寿命为 142 纳秒 [ns] 后衰减（发生湮灭）。 湮灭产生三个伽马射线光子。
• 当电子和正电子的自旋反平行时（单线态↑↓） - 该系统称为对正电子素（p-Ps）。 湮灭产生两个伽马射线光子，平均真空寿命为 125 皮秒 [ps]，即短 1,136 倍。

与诊断成像中使用的传统 PET 扫描仪不同，J-PET 扫描仪具有三个显着特点：

1. 塑料闪烁：与使用昂贵的闪烁晶体的标准 PET 扫描仪不同，J-PET 扫描仪使用塑料闪烁体，显着降低了其成本，使其更实惠。
2. 模块化设计：J-PET 的模块化设计可轻松定制，以适应不同的患者体型，并可扩展为全身 PET 扫描仪。 这种灵活性满足了广泛的患者群体和诊断需求。
3. 正电子生物标志物：J-PET 通过引入正电子的检测和分析扩大了 PET 成像的范围。

广告。 1. 传统的 PET 扫描仪使用晶体探测器，利用光电效应探测伽马射线。 更昂贵的 PET 扫描仪使用 LSO、LYSO 或 BGO 晶体。 新型 PET 扫描仪使用塑料探测器，利用康普顿散射探测伽马射线。 这使得更便宜的扫描仪具有相同或更好的图像质量。

广告。 2.由于采用模块化设计和条形闪烁体的使用，飞行时间（ToF）参数也可用于提高图像质量或在更短的检查中获得相同质量的图像，因为它可以降低噪声。

广告.3。 这种能力开启了利用新型诊断生物标志物的可能性，这种生物标志物具有广阔的潜力，但在 PET 技术中仍未得到充分探索。 正电子成像仅应用于 J-PET 扫描仪。 PET 技术使用发射正电子辐射 (β+) 的放射性同位素。 传统 PET 扫描仪对电子 (e-) 和正电子 (e+) 湮灭产生的伽马射线光子的分布进行成像。 湮灭之前可能会出现正电子素原子，在患者体内发生的所有湮灭中大约有 30-40% 会出现正电子素原子。

工作假设：

J-PET 扫描仪基于使用塑料闪烁体的技术。 如果其临床实用性得到证实，这种成像方法的开发可能会显着降低成本并提高 PET/CT 成像的可用性。

此外，J-PET断层扫描仪使我们能够确定一个新的诊断指标，即正电子原子的寿命。

研究目的：

本研究旨在证明基于塑料闪烁体的 PET 扫描仪的临床可行性，特别是研究三光子成像的性能以及使用正电子素作为诊断生物标记物。 如果 J-PET 方法能够更准确地记录充当放射性药物的化学物质的分布，并且独立地，则可以根据环境的生化成分（这是一个附加参数）记录 o-Ps 寿命- 尚未用于医学成像。