סריקות PET הוכיחו את עצמן גם כשיטה לחקר שרירי השלד במהלך פעילות, כגון הליכה. יתרון מרכזי בשימוש בPET הוא שסריקה זו יכולה לספק מידע אודות שרירים פנימיים, כגון שריר העכוז הקטן, לעומת שיטות מחקר אחרות כמו אלקטרומיוגרפיה, שמאפשרות התבוננות בשרירים הקרובים לעור בלבד. עם זאת, חיסרון מובהק של סריקת PET בעניין זה הוא שאינה מספקת מידע לגבי תזמון פעילות השריר, מכיוון שהיא נמדדת לאחר שהפעילות נגמרה, וזאת בשל פרק הזמן שלוקח למולקולה FDG להצטבר בשרירים הפעילים.
בטיחות.
סריקת PET אינה פולשנית, אך היא כוללת חשיפה לקרינה מייננת.
הרדיוטרייסר הסטנדרטי כיום בדימות מוחי וטיפול בחולי סרטן הוא 18F-FDG, והוא בעל מנת חשיפה לקרינה של 14 mSv.
מנת קרינה זו דומה למנת הקרינה שנחשפים אליה בשהייה במשך שנה שלמה בעיר האמריקאית דנוור, קולורדו (12.4 mSv/year). לשם השוואה, מנת הקרינה של סוגי סריקות אחרות נעה בין 0.02 mSv עבור צילום רנטגן של בית החזה, עד 6.5-8 mSv לסריקת CT של בית החזה.
צוות הטיסה האזרחי הממוצע נחשף בשנה ל 3 mSv. המגבלה לעובדים בתחום האנרגיה הגרעינית בארצות הברית היא 50 mSv בשנה. להמשך קריאה בנושא סדרי גודל בקרינה, ראה ערך .
עבור סריקת PET-CT' החשיפה לקרינה נעה בין 23–26 mSv לאדם השוקל 70 ק"ג, כאשר מנת הקרינה עלולה לעלות ככל שמשקל האדם עולה.
פעולה.
רדיונוקלידים ורדיוטרייסרים.
הרדיונוקלידים המשמשים לסריקות PET הם לרוב איזוטופים בעלי זמן מחצית חיים קצר, כמו:
רדיונוקלידים (רדיואיזוטופים) אלה משולבים במולקולות בעלות שימוש רב בגוף, כמו גלוקוז (או אנלוגיות לגלוקוז), מים או אמוניה. הם יכולים להיות משולבים גם במולקולות הנקשרות לקולטנים או אתרים אחרים בהם ישנה פעילות של תרופה. מולקולות מסומנות אלה נקראות רדיוטרייסרים. טכנולוגיית PET יכולה לשמש על מנת לעקוב אחרי המסלול הביולוגי של כל תרכובת בבני אדם חיים (ובמינים רבים אחרים), בהנחה שתרכובת זו נתונה לסימון באמצעות איזוטופ PET. בכך, התהליכים הספציפיים הנתונים למחקר באמצעות PET הם כמעט בלתי מוגבלים, וסינתזה של רדיוטרייסרים עבור מולקולות ותהליכים חדשים מתרחשת כל הזמן. כיום, עשרות רדיוטרייסרים נמצאים בשימוש קליני, ומאות בשימוש מחקרי. הרדיוטרייסר הנפוץ ביותר בסריקות PET קליניות הוא פלואורדאוקסיגלוקוז (FDG), אנלוג כימי של גלוקוז שמסומן באמצעות פלואור-18. רדיוטרייסר זה משמש בכמעט כל הסריקות האונקולוגיות וברוב הסריקות הנוירולוגיות, ולכן מהווה הרדיוטרייסר העיקרי (מעל 95%) המשמש בסריקות PET ו-PET-CT.
הודות לזמני מחצית החיים הקצרים של רוב הרדיואיזוטופים פולטי הפוזיטרונים, הרדיוטרסיירים מיוצרים לרוב בעזרת ציקלוטרון הנמצא בסמוך למתקן דימות ה-PET. זמן מחצית החיים של פלואור-18 ארוך מספיק על מנת לאפשר ייצורו מחוץ למתקן והעברתו למרכזי הדימות. לאחרונה, מייצרי רובידיום-82 הפכו נגישים בשוק הרחב. אלה מכילים סטרונציום-82, הדועך באמצעות לכידת אלקטרון לרובידיום-82, הפולט פוזיטרונים.
תהליך הפליטה.
על מנת לבצע את הסריקה, טרייסר רדיואקטיבי קצר חיים מוזרק לתוך הנבדק (בדרך כלל לזרם הדם שלו). כל אטום של הטרייסר משולב בצורה כימית במולקולה פעילה ביולוגית. ישנו זמן המתנה בזמן שריכוז המולקולה הפעילה ברקמות הנבדקות עולה. זמן ההמתנה עבור הרדיוטרייסר הנפוץ ביותר, FDG, הוא לרוב כשעה. לאחר מכן הנבדק נכנס לסורק. בזמן הסריקה, רישומים של הריכוזים ברקמות נשמרים בזמן שהטרייסר דועך.
כשהרדיוטרייסר עובר דעיכת פליטת פוזיטרון (הידועה גם כדעיכת בטא חיובית), הוא פולט פוזיטרון, אנטי חלקיק של אלקטרון בעל המטען החשמלי ההפוך לו. הפוזיטרון הנפלט נע ברקמות למרחק קצר (לרוב פחות ממילימטר אחד, אבל מרחק זה תלוי באיזוטופ המסוים). בזמן זה הפוזיטרון מאבד אנרגיה קנטית, ומאט עד לנקודה שהוא מסוגל לבצע אינטראקציה עם אלקטרון (קביעה זו היא ניסויית בלבד נכון לעכשיו, וקורה כתוצאה מתנועה בקרבת לוח אלומיניום. המפגש ביניהם (איון פוזיטרון-אלקטרון) משמיד את האלקטרון וגם את הפוזיטרון, ויוצר זוג פוטונים (קרני גאמא) הנעים בקירוב בכיוונים הפוכים. אלה מתגלים כאשר הם פוגעים בחומר המפיץ אור (scintillator), שמתיינן עקב פגיעתם. אור זה ניתן לזהות באמצעות מכפילור או דיודת מפולת עשויה סיליקון (APD). הטכניקה תלויה בגילוי סימולטני של זוג הפוטונים. פוטונים שאינם מגיעים ב"זוגות" - כלומר בהפרש של ננו-שניות בודדות זה מזה - אינם נלקחים בחשבון.
זיהוי אירוע איון פוזיטרונים.
תוצאתם של האירועים המשמעותיים ביותר של איון אלטרון-פוזיטרון היא פליטת שני פוטוני גאמא 511 KeV בזווית של כמעט 180 מעלות ביניהם. לכן, ניתן לאתר את מקור ההתרחשות לאורך הקו הישר של ההתנגשות (LOR). בפועל, מכיוון שהפוטונים נפלטים בזווית שאינה בדיוק 180 מעלות, לLOR רוחב שונה באפס. מרווח הזמן הקטן ביותר שמסוגלים רוב הגלאים הנפוצים כיום לזהות הוא כ-10 ננו-שניות. לאחר זיהוי זוג הפוטונים, ניתן לאתר את מיקום האירוע על מיתר שאורכו נקבע לפי רזולוציית עיתוי הגלאי. במערכות מתקדמות יותר, כאשר רזולוציית העיתוי משתפרת ומרווח הזמן קטן, יחס האות לרעש (SNR) של התמונה משתפר, וכך ניתן להגיע לאותה איכות דימות, עם פחות אירועי התנגשות. סורקים בעלי דיוק גבוה במיוחד אינם נפוצים עדיין.
שחזור תמונה.
הנתונים הגולמיים שנאספים על ידי סורק PET הם רשימה של אירועי התנגשות המייצגים זיהוי על ידי שני גלאים של פוטונים שנפלטו מההתנגשות, בזמנים כמעט זהים. כל אירוע התנגשות מייצג קו במרחב שמחבר את שני הגלאים שלאורכם התרחשה פליטת הפוזיטרונים, הקרוי LOR. מערכות מודרניות בעלות רזולוציות זמן גבוהה (בערך 3 ננו-ניות) משתמשות בשיטה (הקרויה "Time-of-flight") בה הם קובעים בצורה מדויקת יותר את הבדלי הזמן בין איתורם של שני הפוטונים ובכך ממקמים בצורה מדויקת יותר את נקודת המוצא של אירוע האיון.
ניתן לקבץ את אירועי ההתנגשות לתמונות הקרויות סינוגרם (sinogram). הסינוגרם ממויין לפי הזווית וההטייה של כל תמונה (על מנת להשיג תמונה תלת ממדית). תמונות הסינוגרם דומות לתצלומים של סורקי CT, וניתן לשחזר אותן בוצרה דומה. עם זאת, סטטיסטיקת הנתונים של PET גרועה בהרבה, מה שגורם ל"רעש תמונה" גדול יותר בתצלומי PET.
שני גורמים מרכזיים לרעש ב-PET הם:
בפועל, נחוץ עיבוד נתונים מראש הכולל תיקון עבור אירועים אקראיים, אומדן והתעלמות מפוטונים מפוזרים, תיקון זמן-מת של הגלאי (לאחר זיהוי פוטון, הגלאי חייב להתקרר) ותיקון רגישות הגלאי (הן רגישות הגלאי עצמו, והן הבדלים ברגישות בעקבות הבדלים בזווית הפגיעה).
שיטת FBP) Filtered Back Projection) משמשת לעיתים קרובות לשחזור תמונות מתוך הסינוגרמים. לאלגוריתם זה יתרון בכך שהוא פשוט ואינו זקוק למשאבי מחשוב רבים. עם זאת, רעש שוט בנתונים הגולמיים בולט מאוד בתמונה המשוחזרת ואזורי ספיגת גלאים גבוהה יותר נוטים ליצור פסים לאורך התמונה. בנוסף, FBP מטפל בנתונים בצורה דטרמיניסטית, כלומר הוא אינו לוקח בחשבון את האקראיות שנקשרת לנתוני הPET, ולכן טרם השחזור ישנו צורך בתיקונים השונים שהוזכרו.
באמצעות נתונים סטטיסטיים שנאספים מעשרות אלפי אירועי התנגשות, מספר משוואות סימולטניות עבור הפעילות של רקמות לאורך LOR יכולות להפתר במספר שיטות. כך יכולה להיבנות מפה של הפעילות הרדיואקטיבית כפונקציה של מיקום הרקמות. המפה שנוצרת מראה את הרקמות בהן הגלאים המולקולריים התרכזו, והיא מפוענחת על ידי מומחה לרפואה גרעינית או רדיולוג לפי האבחון ותוכנית הטיפול של המטופל.
גישות סטטיסטיות המבוססות על הסתברות.
אלגוריתמי ציפייה-מקסום איטרטיביים סטטיסטיים המבוססים על הסתברות כמו אלגוריתם שייפ-ווארדי הם השיטה המועדפת כיום לשחזור. אלגוריתמים אלו אומדים את הפיזור האפשרי שנוצר מאירועי האיון לפי עקרונות סטטיסטיים. היתרון הוא שיפור במצב הרעש בתמונה וירידה בתופעת הפסים שנפוצים עם FBP. החיסרון הוא דרישות גבוהות יותר במשאבי מחשב.
מחקרים הוכיחו כי שיטות הסתברות בייסיאניות שכוללים את פונקציית הסתברות פואסון והסתברות פריורית, יכולים להניב תוצאות יותר טובות מהשיטות המבוססות על ציפייה-מקסימום אשר כוללות הסתברות פואסון, אך לא כוללות הסתברות פריורית.
תיקון הדללה.
הדללה מתרחשת כאשר הפוטונים הנפלטים מהרדיוטרייסר שבתוך הגוף נספגים ברקמות שבין פליטת הפוטון לבין הגלאי. משום שLOR-ים שונים עוברים ברקמות שונות בעלי עובי שונה, הפוטונים מדוללים בצורה שונה. משמעות הדבר היא שמבנים הנמצאים עמוק בתוך הגוף משוחזרים כאילו יש להם ספיגת טרייסר נמוכה יותר מן הספיגה האמיתית. סורקים מודרניים מסוגלים להעריך את ההדללה באמצעות ציוד CT מובנה המשתמש בקרני רנטגן, אך סורקים מוקדמים יותר השתמשו בצורה גסה של CT בעזרת קרני גאמא ובעזרת גלאי ה-PET.
בעוד שהדמיות שעברו תיקון הדללה הן לרוב אמינות יותר, תהליך התיקון עצמו נתון לטעויות. כתוצאה מכך, התמונה המתוקנת והתמונה הלא מתוקנת משוחזרת שתיהן ונקראות יחדיו.
שחזור 2D/3D.
בסורקי PET ראשוניים הייתה רק טבעת אחת של גלאים, לכן איסוף הנתונים והשחזור הוגבלו למישור דו-ממדי יחיד. סורקים חדשניים יותר כוללים מספר טבעות, והם יוצרים גליל של גלאים.
ישנן שתי גישות של שחזור התמונה מהמידע בסורק כזה: