تاریخچه و نوآوری فنی آینده در توموگرافی انتشار پوزیترون

ابزار دقیق برای توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) تصویربرداری پیشرفت های شگرفی در عملکرد در طول 60 سال گذشته از زمان اولین بار به عنوان یک روش تصویربرداری پزشکی تجربه شده است. وضوح فضایی با ضریب 10 و حساسیت توسط عاملی 40 از طرحهای اولیه در دهه 1970 به اسکنرهای پرمصرف امروز بهبود یافته است. تنظیمات چندبعدی پدید آمده است که PET را با توموگرافی کامپیوتری (CT) و اخیراً با MR ترکیب می کند.   اسکن تمام بدن برای اهداف کلینیکی اکنون می تواند در زیر 10 دقیقه با پیشرفته ترین PET / CT به دست آید. در این مقاله به بررسی تاریخچه این تحولات فنی در طول 40 سال می پردازیم و خلاصه ای از تحقیقات مهم بالینی و برنامه های مراقبت های بهداشتی است که با این پیشرفت های فنی امکان پذیر شده است. برخی از چشم اندازهای آینده این فناوری نیز ارائه خواهد شد که نوید ایجاد کاربردهای جدید این روش تصویربرداری در تحقیقات بالینی و مراقبت های بهداشتی را می دهد.

مقدمه

توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) خاص ترین و حساس ترین وسیله برای تصویربرداری از فعل و انفعالات مولکولی و مسیرهای موجود در بدن انسان است. 1 ویژگی از طیف وسیعی از رادیونوکلئیدهای منتشره از پوزیترون ناشی می شود که می توان از آن برای برچسب زدن نشانگرهای زیستی خاص ، بیوشیمیایی و داروها استفاده کرد. بدون اخلال در عملکرد بیولوژیکی آنها. بعلاوه ، تشعشع ساطع شده از یک ردیاب نشاندار شده مخصوص ردیاب است و می توان آن را در پس زمینه تابش طبیعی پایین تشخیص داد. عوامل اصلی گیج کننده الزامات در مورد اصلاح اثر پراکندگی و ضعیف شدن فوتون ها توسط بافت هستند. این دو جنبه برای تأثیرگذاری بر اصل ردیاب که جورج د هویسی در سال 1943 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد ، اساسی است. حساسیت PET توانایی تشخیص جرم مولکولی پایین ردیاب است که بستگی به دو عامل دارد. مورد اول توانایی رادیوشیمیایی در تولید ترکیبات دارای برچسب با فعالیت خاص بالا است ، یعنی میزان رادیواکتیویته اندازه گیری شده در هر گرم از ترکیب ، به طوری که درصد بالایی از ترکیب تزریق شده به صورت رادیولید می شود. عامل دوم توانایی شناسایی و بومی سازی هسته های منتشره از پوزیترون با استفاده از شمارش تصادفی برای گرفتن فوتون های نابودی زوج ساطع شده به دنبال نابودی پوزیترون با یک الکترون است.

در طول 60 سال گذشته به علاوه ، شناسایی تصادفی رادیونوکلئیدهای منتشر کننده پوزیترون از جفت آشکارسازهای تک به تصویربرداری مسطح به اسکنرهای PET فعلی با آرایه عناصر آشکارساز که معمولاً 25 سانتی متر یا بیشتر ، در طول محوری و تکامل یافته تبدیل شده اند. از 35000 عنصر آشکارساز جداگانه. در حال حاضر ، اولین اسکنر PET بدنه ، EXPLORER ، ساخته شده است که دارای طول محوری 2 متر است و شامل 560،000 عنصر ردیاب جداگانه ، 2 عدد 10 برابر اسکنرهای تجاری است. از ابتدای اسکنرهای دهه 1960 تا EXPLORER که در حال ساخت است ، هدف همیشه بهبود حساسیت است تا حداکثر تعداد به دست آمده در هر واحد دوز پرتودرمانی را به بیمار حداکثر رسانده و به وضوح مکانی و زمانی بالایی برسیم. تحولات در پیشرفت در کریستال سینتسلیاتور و ترکیبی فوتودکتور ، دستیابی به الکترونیک و پیشرفت در پردازش داده ها ، بازسازی و تجزیه و تحلیل تصویر متمرکز شده است. عامل اصلی کمک به بهبود حساسیت ، پوشش محوری اسکنر است که از 2 سانتی متر در سیستم های اولیه (ECAT II) به 25 سانتی متر در پیشرفته ترین اسکنرهای موجود امروز افزایش یافته است. از سال 2001 ، در اصل تمام اسکنرهای PET از لحاظ جسمی با یک دستگاه تصویربرداری آناتومیکی مانند CT یا از سال 2010 با یک اسکنر MR ترکیب می شوند. روش دوم نه تنها یک چارچوب آناتومیکی با وضوح مکانی بالا را ارائه می دهد که با تصویر PET کاربردی بطور دقیق هماهنگ می شود ، بلکه می تواند برای بهبود کیفیت تصویر PET نیز مورد استفاده قرار گیرد. از نظر تاریخی ، توسعه PET / CT بالینی در اواسط دهه 1990 رخ داده است ، در حدود زمانی که مفهوم PET / MR بالینی مورد بررسی قرار گرفت. پس از آن ، PET / CT بالینی به یک وسیله PET / CT بالینی منتقل شد در حالی که ، مدتی بعد ، طرح PET / MR بالینی به واقعیت در حوزه بالینی تبدیل شد.

نکته ای که در این بررسی مورد تأکید قرار خواهد گرفت این است که پیشرفت های سیستماتیک در فن آوری اسکنر PET منجر به افزایش 40 در افزایش حساسیت از همان ابتدای طراحی های تک برشی نسبت به اسکنرهای تجاری امروزی شده است. به ناچار ، هر مرحله جدید در این پیشرفت با هزینه های اضافی همراه شده است ، اگرچه این امر با افزایش سیگنال به دست آمده در واحد هزینه جبران می شود ، و در نتیجه برنامه های بالینی و تحقیقاتی بالقوه جدیدی حاصل می شود. پس از توافق نامه در سال 1998 مدیکر برای بازپرداخت برخی از نشانه های سرطان در ایالات متحده ، رقابت تجاری بین فروشندگان ابزار PET نیز به کاهش هزینه های توسعه کمک کرد. بر اساس آن تجربه گذشته و با توجه به استفاده روزافزون و گسترده تر از PET تمام بدن ، پیش بینی می شود با معرفی فناوری جدید اسکنر PET با افزایش حساسیت یک عامل 40 برای تمام بدن ، این چالش رو به رشد را برطرف کند. تصویربرداری پیش بینی می شود که این فناوری آینده به طور گسترده اتخاذ شود ، در نتیجه کاربردهای جدید PET در تحقیقات بالینی و مراقبت های بهداشتی و در نتیجه تحقق پتانسیل کامل این روش تصویربرداری. برای دستیابی به این هدف ، فیزیکدانان و مهندسانی که با برنامه های جدید شامل یک رویکرد کل بدن ، شامل "زیست شناسی سیستم" برای بهره برداری از منحصر به فرد تصویربرداری مولکولی PET مبتنی بر PET هستند ، نوآوری لازم خواهد بود. در حالی که پیشرفت های فنی در ابزار دقیق PET موضوع اصلی این بررسی است ، پیشرفت های مربوط به تحقیقات بالینی و مراقبت های بهداشتی با استناد به بررسی های مناسب خلاصه می شود. PET دارای یک تاریخچه گسترده و گسترده است ، و هر بررسی به دلیل محدودیت های فضا نمی تواند همه جوانب را پوشش دهد. بنابراین ، این بررسی ، با ضرورت ، ناقص است