Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) utilizează trasori radioactivi pentru a detecta activitatea metabolică la nivelul întregului corp, pentru a detecta cancerele, bolile cardiovasculare și multe altele. PET folosește un proces denumit reconstrucție tomografică, în cadrul căruia, pentru a forma imaginile, algoritmii folosesc metode statistice cu scopul de a compensa datele limitate. Acest lucru face ca scanările PET să aibă o rezoluție spațială relativ slabă. Deși în urma noilor progrese în domeniu a fost îmbunătățită această rezoluție, ele nu au eliminat necesitatea reconstrucției iterative. În prezent, într-un nou studiu publicat în cadrul revistei Nature Photonics, un grup de oameni de știință din SUA și Japonia au creat o tehnică prin care se elimină această problemă.
„Timp de zeci de ani, acesta a fost Sfântul Graal al domeniului”, a declarat Simon Cherry, profesor de inginerie biomedicală și radiologie în cadrul Universității din California, Davis și autor principal al noului studiu.
După cum sugerează și numele, scanările PET se bazează pe emisia de pozitroni. Înainte de scanare, pacientului i se injectează un radiotrasor de glucoză, iar elementele radioactive din zahăr eliberează pozitroni. De îndată ce un pozitron întâlnește un electron în corp, cele două particule se anihilează reciproc, producând doi fotoni de înaltă energie, denumiți raze gamma, care călătoresc în direcții opuse și formează o linie. Scanerele PET funcționează prin detectarea acestor fotoni și identificarea aproximativă a zonei din care aceștia provin. Acest lucru permite identificarea zonelor care au absorbit o cantitate mai mare de substanță, precum celulele canceroase.
„Problema este aceea că o linie dreaptă este foarte eficientă pentru restrângerea locului din care provin fotonii”, a declarat Michael King, profesor de radiologie în cadrul Școlii Medicale Chan a Universității din Massachusetts, care nu a fost implicat în studiu. Așadar, un algoritm folosește toate datele disponibile cu privire la acele linii de fotoni și modele statistice pentru a ghici zona din care provine fiecare pozitron.
„Deși rezultatul final este destul de bun, la bază, acesta este tot o presupunere”, a declarat King.
În ultimii ani, detectoarele au devenit suficient de rapide în identificarea fotonilor încât acestea pot estima zonele din care particulele au provenit pe baza diferenței de timp dintre apariția lor și momentul în care acestea ajung la senzorii tomografului. Tehnica poartă numele de time-of-flight PET și face scanările mai precise, dar nu suficient de precise pentru a evita reconstrucția tomografică. În cadrul noului studiu, un senzor a identificat fotonii atât de repede încât reconstrucția a devenit inutilă.
Cercetătorii au folosit trei metode diferite pentru a realiza acest lucru. Ei au folosit o metodă foarte rapidă de conversie a razelor gamma în lumină vizibilă prin utilizarea tuburilor cu vid și au plasat acest mecanism în interiorul fotodetectorului dispozitivului, eliminând intervalul de timp necesar pentru ca lumina să călătorească între cele două puncte. De asemenea, oamenii de știință au folosit o rețea neuronală convoluțională pentru a prezice sincronizarea.
Sistemul anterior time-of-flight PET utiliza senzori care au avea nevoie de aproximativ 200 de picosecunde pentru a înregistra fotonii. În acest timp, lumina poate călători pe o distanță de aproximativ 3 centimetri. Pe de altă parte, noul senzor are un timp de întârziere de doar 32 de picosecunde, timp în care lumina parcurge o distanță de doar 4,8 milimetri.
„Metoda ar putea avea și alte beneficii. Acestea pot include utilizarea unor doze mai mici de radiotrasor pentru obținerea aceleiași calități a imaginii. Deși cantitatea de radiații a unei singure doze de radiotrasor este mică, orice expunere la radiații are potențialul de a fi dăunătoare. De asemenea, scanerele nu trebuie să aibă senzorii plasați într-un inel, ceea ce ar ajuta pacienții claustrofobi, iar scanările ar putea fi făcute mai rapid, ceea ce ar putea permite medicilor să efectueze mai multe analize într-o sesiune și ar ajuta copiii, care au dificultăți în a rămâne nemișcați”, a declarat Lacey McIntosh, șeful diviziei de imagistică oncologică și moleculară din cadrul Centrului Medical UMass Memorial și profesor asistent de radiologie în cadrul Școlii Medicală UMass Chan.
„Cu toate acestea, nu cred că ar putea fi creat un sistem care să aibă toate aceste beneficii în mod simultan. De exemplu, mărirea intensității semnalului ar putea fi utilizată pentru a scădea doza de radiație, pentru a face scanarea mai rapidă sau pentru a crește calitatea imaginii. Opțiunea pe care o alegeți va depinde de pacient, de preferințele acestuia și de situația lor. De asemenea, este posibil ca un astfel de sistem să fie mai puțin costisitor, pentru că ar fi nevoie un număr mai reduse de detectoare. Totuși, pentru a produce o imagine de calitate superioară față de scanerele actuale, ar putea fi necesară instalarea unui număr mai mare de detectoare”, a declarat Cherry.
Această tehnologie are un drum lung de parcurs înainte de a putea fi utilizată într-un cadru medical. Cherry descrie acest studiu ca o dovadă a conceptului, designul prototipului cercetătorilor fiind nepractic din mai multe moduri. De exemplu, obținerea imaginilor au durat între 10 și 24 de ore, iar obiectele pe care le-au fotografiat cercetătorii au fost expuse la cantități mari de radiații. Cu toate acestea, studiul arată că tehnica este posibilă și că nu există bariere teoretice, ci doar tehnologice.