Аннигиляция электрон-позитрон
Позитрон соединяется с электроном близлежащего атома образуя атом позитрония (В зависимости от взаимного расположения спинов электрона и позитрона возникают атомы орто- или парапозитрония. Они живут разное время, но для целей ПЭТ это не существенно, т.к. распадаются «практически мгновенно»). При распаде атома позитрония электрон и позитрон аннигилируют, преобразуя свою массу два гамма- кванта с энергией 511 КэВ направленных почти на 180 градусов (противоположно) друг от друга. Данные фотоны с легкостью выходят за пределы тела в котором находятся и могут регистрироваться внешними детекторами.
Регистрируемые противоположно направленные гамма-лучи, возникающие в результате раздробления позитрония называются линией совпадения (каждая линия регистрирует именно те два гамма-кванта, которые участвовали в акте аннигиляции). Линии совпадения используются в схеме регистрации для формирования томографических изображений на позитронном томографе.
Вид ПЭТ-томографа
Гамма-кванты в пространстве
В процессе ПЭТ-исследования позитрон-эмиттирующий радиоизотоп вводится пациенту внутривенно или путем ингаляции. После этого, изотоп циркулирует в кровяном русле и достигает, например ткани головного мозга или сердечной мышцы. Как только происходит аннигиляция, томограф регистрирует локализацию изотопа и вычисляет его концентрацию. Линия, которая возникает после аннигиляции отражает собой эмиссию двух гамма-лучей, с энергией 511 кэВ направленных приблизительно на 180 градусов (противоположно) друг по отношению к другу. Работа томографа заключается в том, чтобы регистрировать эти лучи, означающие, что позитронная аннигиляция произошла где-то на данной линии совпадения.
Когда гамма-лучи с энергией 511 кэВ взаимодействуют с кристаллами сцинтиллятора сделанными например из германата висмута они преобразуются в фотоны света. На Рис.5, 6 в схематической форме показано преобразование электронными устройствами томографа фотонов света в электрические сигналы. Процессы конвертации и регистрация происходят практически мгновенно друг за другом, для того чтобы можно было сравнивать события сцинтилляции с противоположных детекторов (вдоль большого количества линий совпадений).
Изображение после обработки на компьютерной программе
Программное обеспечение томографа получает данные о событиях совпадения, зарегистрированных в угловых и линейных положениях, воссоздает пространственно- временную конфигурацию интенсивности гамма-поля (точнее – дозового поля) вокруг исследуемого объекта, и выдает информацию в виде изображений (одного или нескольких, снятых в последовательные моменты времени).
Используемые в ПЭТ изотопы
В ПЭТ используются соединения, меченые 11С, Т = 20,4 мин.; 13N, T = 10,0 мин.; 15O, T = 2,1 мин.; 18F, T = 109 мин.; 82Rb, T = 1,25 мин. Все они короткоживущие и синтез на их основе меченых веществ представляет собой сложную задачу. Ввиду того, что радионуклид 18F - один из наиболее удобных для клинического использования, то на его основе синтезируется самый обширный класс фармпрепаратов для ПЭТ, среди которых - самое используемое соединение.
Принцип ПЭТ
фтордезоксиглюкоза
Химическое соединение, помеченное таким радионуклидом, выбранным из ряда "физиологичных" УКЖР, может быть метаболическим субстратом или одной из важных в биологическом отношении молекул. Эта технология при использовании соответствующих РФП и фармакокинетических моделей, описывающих распределение и метаболизм препарата в тканях, кровяном русле и межтканевом пространстве, позволяет неинвазивно и количественно оценивать ряд физиологических и биохимических процессов. В этом и состоит принципиальное отличие ПЭТ, которую называют «функциональной томографией», от КТ и МРТ, оценивающих структурные изменения тканей. Биохимические процессы нарушаются фактически при всех заболеваниях, и эти изменения обычно предшествуют анатомическим поражениям или распространяются за их пределы. ПЭТ дополняет диагностический процесс информацией о физиологических и метаболических расстройствах в очагах поражения, что существенно уточняет характеристику заболевания. Однако в клинических исследованиях наиболее распространенный РФП- 18 F- фтордезоксиглюкоза (ФДГ, используемый для оценки энергетического метаболизма. Причина успеха этого препарата- высокий уровень его накопления в патологических очагах, в первую очередь злокачественных опухолях и метастазах, что сделало ПЭТ с ФДГ незаменимым в диагностике онкологических заболеваний.