تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني

تصغير|مسح كامل لجسم شخص بطريقة بي إي تي باستخدام الفلور-18 المشع (18F-FDG )
يعتبر التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (يرمز لها اختصاراً PET من Positron Emission Tomography) هي تقنية تصوير في الطب النووي تبين صور ثلاثية الأبعاد لبعض أعضاء الجسم وما قد يكون فيها من ورم سرطاني أو نقيلات سرطانية، كما يمكن بواسطتها تفقد مختلف العمليات الوظيفية في الجسم، مثل العمليات الحيوية للجهاز الهضمي. ويعمل الجهاز المصوّر على أساس اكتشاف أزواج من أشعة غاما المنبثفة بشكل غير مباشر من نظير مشع يكون مصدرا للبوزيترونات (إلكترونات موجبة الشحنة). يتم حقن المادة المشعة في جسم المريض بعد ربطه بجزيء حيوي فعال (مثل جزيء سكر)، فتتركز المادة المشعة بالعضو المراد فحصه، مثل الدماغ أو الكلى أو الكبد. ثم يتم تسجيل القياسات لأشعة غاما الصادرة من العضو واستبناء صورة ثلاثية الأبعاد لها بواسطة الحاسوب، فيمكن رؤياها على شاشة متصلة بالحاسوب. في الآونة الأخيرة، أصبحت تستعمل طريقتين في نفس الوقت لزيادة التوضيح والاستبناء، وهي طريقتي التصوير الطبقي المحوسب بواسطة الأشعة السينية (أشعة إكس) وتكون مقترنة بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

إذا كان الجزيء الفعال حيويًا الذي يرتبط بالقائفة هو جزيء الـFDG (إحدى مضاهئات الجلوكوز)، فإنّ تصوير تركيز القائفة يعطي قياسًا لحجم وشكل الورم في العضو المصاب أو يوضح سير فعالية في التمثيل الغذائي. مع أنّ استعمال هذه القائفة بات شائعًا في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، فهنالك العديد من القائفات الأخرى التي تختص بالتمركز في أعضاء معينة في الجسم.

 وصف التقنية 
 الإجراءات 
تصغير|يسار|280px|استخدام جهاز PET لتحديد أماكن معينة في الدماغ.
تصغير|يسار|280px|صورة لمقطع في دماغ أحد الأشخاص بواسطة (FDG-PET)

لإجراء التصوير، يتم حقن الشخص الخاضع للتصوير بقائفة التي هي عبارة عن نظير مشع ذي عمر قصير مثل الفلور-18، وعادة ما تحقن المادة إلى الدورة الدموية. وطريقة تحضير الفلور-18 المشع باستخدام سيكلوترون، ثم يتم على الفور معالجة المادة المشعة مع مادة الحقن وهي فلورإثيلتيروسين وارسالها فورا إلى مشتشفى العلاج. ونظراً لسرعة تحلل المادة المشعة فيلزم اقتراب معمل إنتاج النظير المشع من المستشفي، فمثلا يمكن إرسال مادة الفلورإثيلتيروسين المشعة إلى مسافة 200 كيلومتر. تحقن القائفة في جسم المريض وبعد فترة وجيزة يرتفع تركيزها في أنسجة العضو المرغوب تصويره، كما يتم وضع الشخص في جهاز التصوير بالإصدار البوزوتروني (الماسح).

من المواد الأكثر استعمالاً في تصوير الإصدار البوزيتروني تعرف فلوريد الجلوكوز منقوص الأكسجين (FDG)، وهي مادة من السكريات، ويكون زمن الانتظار بعد الحقن لدى استعمالها ساعة واحدة تقريبًا. وأثناء التصوير يتم تسجيل تركيز الأشعة الصادرة من العضو، وبعد القياس يستمر تحلل القائفة بشكل طبيعي وفق عمر النصف لها.

ويقوم النظير المشع لدى تحلّله (المعروف أيضًا باسم اضمحلال بيتا بإصدار بوزيترونات (وهي إلكترونات موجبة الشحنة)، أي جسيمات مضادة للإلكترونات بسبب اختلاف شحنة كل منهما. تستمر هذه البوزيترونات بالانطلاق بضعة ميليمترات وسرعان ما تصتدم بإلكترون ويسفر هذا إفناء إلكترون-بوزيترون عن إفناء كل من الجسمين المتضادين وينتج عنهما فوتونين من أشعة غاما ينبعثان في اتجاهين متضادين. يتم الكشف عن هذه الفوتونات عندما تصل إلى المفراس الومضاني حيث تصدر عنها وميض عابر تلتقطه أجهزة تعرف باسم صمامات تضخيم ضوئية وهي صمامات إلكترونية مفرغة ذات تحسس ضوئي كبير. تقوم الصمامات المضخمة للضوء بتسجيل الأشعة الصادرة وتحولها إلى نبضات كهربائية يمكن تسجيلها. وعادة يكون المفراس عبارة عن دائرة من هذه الصمامات الحساسة تحيط بالشخص المعرض للتصوير.

وتعتمد عملية على القياس على الكشف المتزامن لفوتونين صادران من نقطة في اتجاهين متضادين في دائرة المفراس (بالنسبة لمركز الكتلة، فالنقطتين متضادتين تمامًا، ولكن بما أنّ مركز الثقل لا يقع بالضبط في مركز دائرة المفراس، فنقطتي الكشف قد لا تكونا متضادتين تمامًا، ويسمح المفراس بشكل عام لدرجة معينة من «الخطأ» في اتجاه الكشف). ويتجاهل المفراس أية «أزواج» فوتونات متضادة يقيسها إذا تعدّى الفرق الزمني بينهما بضعة نانوثوانٍ، إذ يكونا صادران من مكانين مختلفين في العضو.

 توضيع حدث إفناء البوزيترون 

الغالبية العظمى من أحداث إفناء إلكترون-بوزيترون تسفر عن انبعاث فوتونين من أشعة غاما ذوي طاقة تساوي طاقة تعادل 511 كيلو إلكترون فولت الواحد باتجاه معاكس للآخر (أي 180 درجة تقريبًا بين اتجاهات انطلاقهما). من هنا، فبالإمكان تحديد مكان حدوث الإفناء على طول خط الانطلاق للفوتونين (ويسمى بالإنجليزية LOR) بواسطة مقارنة الفرق بين زمني وصول كل فوتون إلى المفراس. في الواقع، فالخط المستقيم ليس متناه في الدقة، بل له سمك معيّن، بسبب انحراف الزاوية الحقيقية شيءًا ما عن 180. إذا كانت الدقة الزمنية للجهاز أقل من 500 بيكوثانية (فضلاً عن 10 نانوثوانٍ)، بالإمكان توضيع الحدث لمقطع ما على طول الـLOR. مع تحسّن الدقة الزمنية، تتحسن كذلك نسبة الإشارة إلى الضوضاء، حيث يكفي عدد أقل من الأحداث للحصول على نفس جودة الصورة. حيث يصغر طول المقطع مع تحسّن الدقة.

 استبناء الصور بواسطة إحصائيات التزامن 

إنّ طريقة استبناء الصور في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني تشبه إلى حد كبير طريقة الاستبناء في التصوير الطبقي المحوسب (أو الـCT) وفي التصوير المقطعي بإصدار فوتون واحد (أو الـSPECT)، مع أنّ كمية المعلومات المتوفرة في تصوير الإصدار البوزيتروني ضئيلة بالنسبة لهاتين التقنيتين، مما يجعل عمليات الاستبناء أصعب.

وفق الإحصائيات الملتقطة من تزامن اصطدام أزواج فوتونات بالمفراس، بالإمكان حل هيئة معادلات لكمية فعالية القائفة المشعة في كل قطعة من النسيج المنشود على طول عدّة خطوط LOR. بهذا الشكل يتم تخطيط النشاط الإشعاعي لكل فوكسل في النسيج. الصورة النهائية تظهر جميع الأنسجة التي تركزت فيها القائفة المشعة، وهي صورة يستطيع أخصائي أشعة أن يقرأها ويستخلص منها الاستنتاجات.

 متفقدات 
تسمى المواد المستخدمة لحقن الأعضاء متفقدات Tracer ، من تلك المواد ما يتمركز تفاضليا في عضو معين في الجسم. ويعمل العلماء على اختيار مختلف مواد مناسبة لاستخدامها لاستبيان مختلف الأعضاء، مثل الدماغ والكبد والكلى وغيرها، وهذا يتطلب عملا مضنيا إذ يجب أن لا يكون لتلك المواد التي ستكون حاملة للنظير المشع أي أعراض جانبية ضارة بجسم الإنسان. كما يستخدم بعضها لعلاج الأورام الخبيثة مثل علاج الغدة الدرقية.

من المتفقدات أيضا أحماض أمينية معلمة بنظير مشع، وهي تستخدم حيث أن الأورام السرطانية تكون شرهة للبروتينات. من تلك الأحماض الأمينية مادة «تيروسين» التي يمكن تعليمها بالفلور-18 المشع وحقنها لتعيين حجم وشكل الورم السرطاني.

ويحضر الفلور-18 في السيكلوترون بأحد المراكز العلمية أو قد يكون من منشآت مستشفي متخصصة في العلاج بالأشعة. يجري تيار من الجسيمات المشحونة السريعة في مدار دائري في السيكلوترون وتصتدم يجزيئات الأكسجين فينتج منها الفلور-18 المشع. يتم في الحال استخلاصها وتنقيتها ومعاملتها بالمادة الحاملة مثل حمض أميني مناسب، ثم ارسالها فورا إلى المستشفي حيث يكون المريض مستعدا على سرير العمليات في جهاز التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. ويجب أن يبدأ خقن المريض بها وبدء التصويير فورا حيث أن عمر المادة المشعة يستمر عدة ساعات فقط.

 الاستخدامات 
يعد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني أداة طبية وبحثية تستخدم في البيئات السريرية وما قبل السريرية. ويستخدم بكثرة في تصوير الأورام والبحث عن النقائل في مجال علم الأورام السريري، وفي التشخيص السريري لبعض أمراض الدماغ المنتشرة، مثل تلك التي تسبب أنواعًا مختلفة من الخرف. يقدر التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) أداةً بحثية تسهم في تعزيز معرفة وظائف الدماغ والقلب الطبيعية لدى الإنسان، ودعم تطوير الأدوية. ويُستخدم في الدراسات ما قبل السريرية التي تجرى على الحيوانات. فهو يسمح بإجراء دراسات متكررة على نفس الأفراد مع مرور الوقت، إذ يمكن للأفراد أن يكونوا بمثابة مجموعة ضابطة، ويقلل بشكل كبير من عدد الحيوانات المطلوبة لدراسة معينة. يتيح هذا النهج للدراسات البحثية تقليل حجم العينة المطلوبة مع تحسين الجودة الإحصائية لنتائجها.

تؤدي العمليات الفزيولوجية إلى تغيرات تشريحية في الجسم. ولأن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني قادر على اكتشاف العمليات الكيميائية الحيوية، إضافةً إلى التعبير عن بعض البروتينات، فإنه يوفر معلومات على المستوى الجزيئي قبل ظهور أي تغيرات تشريحية بوقت طويل. يحقق التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ذلك باستخدام مجسات جزيئية معلَمة إشعاعيًا، تختلف معدلات امتصاصها باختلاف نوع ووظيفة الأنسجة المستهدفة. يمكن تصوير امتصاص المتتبع الإقليمي في مختلف الهياكل التشريحية، وتحديد كميته نسبيًا من حيث باعث البوزيترون المحقون في فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

يمكن التقاط صور التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باستخدام كاميرا أشعة غاما تقليدية ثنائية الرأس مزودة بكاشف تزامن. جودة تصوير التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بكاميرا غاما أقل، وتستغرق عمليات المسح وقتًا أطول.

تشمل الطرق البديلة للتصوير الطبي التصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد (SPECT)، والتصوير المقطعي المحوسب (CT)، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، والموجات فوق الصوتية. يُعد التصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد (SPECT) تقنية تصوير مشابهة للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، إذ تستخدم روابط مشعة للكشف عن الجزيئات في الجسم.

 علم الأورام 
يستخدم التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باستخدام المتتبع المشع [18F] فلوروديوكسي جلوكوز (FDG) على نطاق واسع في علم الأورام السريري. FDG هو نظير جلوكوز تمتصه الخلايا التي تستخدم الجلوكوز، ويُفسفر بواسطة الهكسوكيناز (الذي يرتفع شكله في الميتوكوندريا بشكل ملحوظ في الأورام الخبيثة سريعة النمو). يسمح الاحتجاز الأيضي لجزيء الجلوكوز المشع باستخدام فحص PET. تشير تركيزات متتبع FDG المصور إلى النشاط الأيضي للأنسجة، إذ تتوافق مع امتصاص الجلوكوز الإقليمي. يستخدم FDG لاستكشاف إمكانية انتشار السرطان إلى مواقع أخرى في الجسم (نقائل السرطان). تعد فحوصات PET باستخدام FDG للكشف عن نقائل السرطان الأكثر شيوعًا في الرعاية الطبية القياسية (تمثل 90% من الفحوصات الحالية). يمكن أيضًا استخدام نفس المُتتبع لتشخيص أنواع الخرف. في حالات أقل شيوعًا، تستخدم مُتتبعات مشعة أخرى، عادةً وليس دائمًا، تحمل علامة الفلور -18 (18F)، لتصوير تركيز أنسجة أنواع مختلفة من الجزيئات المهمة داخل الجسم.

الجرعة النموذجية من FDG المستخدمة في فحص الأورام لها جرعة إشعاع فعالة تبلغ 7.6 ميكروسيفرت. نظرًا إلى أن المجموعة الهيدروكسي التي تستبدل بالفلور-18 لتوليد FDG مطلوبة للخطوة التالية في عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز في جميع الخلايا، فلا تحدث أي تفاعلات أخرى في FDG. أيضًا، لا تستطيع معظم الأنسجة (باستثناء الكبد والكلى) إزالة الفوسفات الذي تضيفه الهكسوكيناز. هذا يعني أن FDG سيبقى محاصرًا في أي خلية تتناوله حتى يتحلل، لأن السكريات المفسفرة، بسبب شحنتها الأيونية، لا يمكنها الخروج من الخلية. يؤدي هذا إلى وسم إشعاعي مكثف للأنسجة ذات امتصاص الجلوكوز العالي، مثل الدماغ الطبيعي والكبد والكلى ومعظم أنواع السرطان، التي لديها امتصاص جلوكوز أعلى من معظم الأنسجة الطبيعية بسبب تأثير واربورغ. نتيجة لذلك، يمكن استخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني من نوع FDG لتشخيص السرطانات وتحديد مراحلها ومراقبة علاجها، خاصةً في ليمفوما هودجكين، وليمفوما اللاهودجكين، وسرطان الرئة.

وجدت مراجعة أجريت عام 2020 للأبحاث المتعلقة باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لعلاج ليمفوما هودجكين أدلة على أن النتائج السلبية في فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني المؤقتة ترتبط بارتفاع معدل البقاء الإجمالي والبقاء دون تطور المرض. مع ذلك، كان مستوى اليقين من الأدلة المتاحة متوسطًا فيما يتعلق بالبقاء، ومنخفضًا جدًا فيما يتعلق بالبقاء دون تطور المرض.

يجري إدخال بعض النظائر الأخرى والمُقتفيات الإشعاعية ببطء في علم الأورام لأغراضٍ مُحددة. مثلًا، استخدم ميتوميديدات موسوم بالكربون 11 ( (11C-ميتوميديدات للكشف عن الأورام ذات المنشأ القشري الكظري. ثبت أن التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باستخدام الفلورودوبا (FDOPA)  يُعد بديلًا أكثر حساسية للعثور على ورم القواتم وتحديد موقعه من فحص الإيوبنجوان (MIBG).تصغير|250px| تشخيص سرطان الثدي

 ما الفرق بين MRI و PET و CT 
يعطي جهاز PET معلومات عن الخلايا ووظائفها من خلال التمييز بين الخلايا والأنسجة النشيطة من ناحية الأيض في الجسم، وهذا شيء غير متوفر في الصور الناتجة عن جهاز التصوير المقطعي المحوسب CT وجهاز الرنين المغناطيسي MRI. التصوير المقطعي يستخدم الأشعة السينية، الرنين المغناطيسي يستخدم المجالات المغناطيسية، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني يستخدم المواد المشعة مثل أوكسجين-15. بالإضافة إلى ذلك، لا ينتج جهاز PET صوراً تفصيلية لبنية الأعضاء كما هو الحال في CT أو MRI.من موقع مستشفى بانكوك.  
 نظائر مشعة تستخدم 
النظائر المشعة التي يكثر استخدامها في الكشف بواسطة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مرصودة في القائمة التالية، ومن ضمنها الفلور-18. تحضر تلك النظائر المشعة في معجلات للجسيمات المشحونة مع اختيار العنصر المناسب الذي يتحول إلى نظيره المشع عن طريق اصتدام ذراته بالجسيمات المشحونة المعجلة لسرعات عالية. ويتميز الفلور-18 بأن له عمر النصف نحو 110 دقيقة، لهذا يكثر استخدامه في تلك الفحوص حيث يمكن نقله إلى مسافات طويلة (نحو 200 كيلومتر) إلى المستشفى التي تستخدمه. أما بالنسبة للنظائر المشعة ذات عمر نصف قصير فلا يمكن استخدامها إلا في حالة كون المستشفى قريبا من مكان المركز العلمي الذي يشغل السيكلوترون لإنتاج العناصر المشعة، لتحقيق سرعة نقل النظير المشع واستخدامه قبل تحلل قدرته الإشعاعيه. يستخدم الفلور-18 في نحو 90% من الحالات.

 نظير مشع عمر النصف 11C 20,3 دقيقة 13N 10,1 دقيقة 15O 2,03 دقيقة 18F 110 دقيقة 68Ga 68 دقيقة 82Rb 75 ثانية
النظائر المشعة التي تستخدم هي: 18F ،الكربون-11 (11C), النيتروجين-13 (13N),
الأكسجين 15 (15O), الروبيديوم-82 (82Rb) أو الجاليوم-68 (68Ga).

 انظر أيضًا 
 تصوير طبقي محوسب
 تصلب حصيني

 مراجع 

 وصلات خارجية 
 مدونة صوتية متخصصة بالطب النووي والطب الجزيئي 
 Positron Emission Particle Tracking  —أداة تحليل هندسية بالاعتماد على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني قادرة على تتبع جسيمات مفردة بصورة ثلاثية الأبعاد ضمن نظم (جمل) خلط أو طبقات مميّعة. تم تطويرها في جامعة برمنغهام بالمملكة المتحدة.
 PET-CT atlas - مدرسة طب هارفارد
 National Isotope Development Center—U.S. government source of radionuclides including those for PET—production, research, development, distribution, and information

*
تصنيف:اختراعات أرمينية
تصنيف:اختراعات أمريكية
تصنيف:تصوير الأعصاب
تصنيف:علاج إشعاعي
تصنيف:فيزياء طبية
تصنيف:كيمياء إشعاعية طبية
تصنيف:مادة مضادة