This syringe contains a radioactive form of glucose known as FDG. The doctor will soon inject its contents into her patient’s arm, whom she’s testing for cancer using a PET scanner. The FDG will quickly circulate through his body. If he has a tumor, cancer cells within it will take up a significant portion of the FDG, which will act as a beacon for the scanner. PET tracers such as FDG are among the most remarkable tools in medical diagnostics, and their life begins in a particle accelerator, just hours earlier.
این سرنگ شامل یک ماده رادیواکتیو گلوکز به نام اف دی جی است. که دکتر به زودی به بازوی مریض تزریق میکند که برای آزمایش سرطان از اسکنر پت استفاده میکند. به سرعت در بدن او اف دی جی گردش میکند. اگر او تومور داشته باشد، سلولهای سرطانی مقدار قابل توجهی از اف دی جی را جذب میکنند. که به عنوان یک چراغ برای اسکنر عمل خواهد کرد. ردیابهای پت مانند اف دی جی یکی از قابل توجهترین ابزارها در تشخیص پزشکی میباشند و زندگیشان دریک شتاب دهنده فقط چند ساعت زودتر اغاز میشود، ذرات شتاب دهنده مورد نظر سیکلوترون نامیده میشود.
The particle accelerator in question is called a cyclotron, and it’s often housed in a bunker within hospitals. It uses electromagnetic fields to propel charged particles like protons faster and faster along a spiraling path. When the protons reach their maximum speed, they shoot out onto a target that contains a few milliliters of a type of water with a heavy form of oxygen called oxygen-18. When a proton slams into one of these heavier oxygen atoms, it kicks out another subatomic particle called a neutron. This impact turns oxygen-18 into fluorine-18, a radioactive isotope that can be detected on a PET scan. In a little under two hours, about half the fluorine will be gone due to radioactive decay, so the clock is ticking to get the scan done.
و عموما در انبار بزرگی در بیمارستان جای دارد. که از میدان الکترومغناطیسی استفاده میکند که ذرات باردار را مثلا پروتونها را سریع و سریعتر درمسیر مارپیچی حرکت بدهد. زمانی که پروتونها به حداکثر سرعت خودشان میرسند، آنها به سمت هدفی شلیک میشودند که شامل چند میلیمتر از نوعی از آب با اکسیژن سنگین به نام اکسیژن ۱۸ میباشد. زمانی که یک پروتون به یکی از این اکسیژنهای سنگین برخورد میکند، باعث میشود که ذره زیر اتمی دیگری به نام نوترون به بیرون رانده شود. این ضربه اکسیژن ۱۸ را به فلوئور ۱۸ تبدیل میکند٬ یک ایزوتوب رادیواکتیو که میتواند در پت اسکن تشخیص داده شود. در ظرف کمتر از دو ساعت، تقریبا نصف فلوئور در اثر تجزیه رادیواکتیوی از بین خواهد رفت، بنابراین ساعت در حال حرکت است که اسکن تمام شود.
So how can fluorine-18 be used to detect diseases? Radiochemists at the hospital can use a series of chemical reactions to attach the radioactive fluorine to different molecules, creating radiotracers. The identity of the tracer depends on what doctors want to observe. FDG is a common one because the rate at which cells consume glucose can signal the presence of cancer; the location of an infection; or the slowing brain function of dementia.
بنابراین چطور فلوئور ۱۸ میتواند استفاده شود که بیمارها را تشخیص دهد؟ رادیوشیمیدانها در بیمارستانها میتوانند از یک سری واکنشهای شیمیایی استفاده کنند که فلوئور رادیواکتیو را به مولکولهای مختلف برای ساختن ردیاب رادیویی متصل کنند. هویت ردیاب بستگی به آنچه پزشکان میخواهند مشاهده کنند بستگی دارد. اف دی جی یک مورد رایج میباشد به خاطر اینکه میزان مصرف گلوگز توسط سلولها میتواند نشانی از سرطان، محل عفونت، یا کند شدن مغز به خاطر زوال عقل باشد. اکنون اف دی جی آماده برای اسکن بدن بیمار میباشد.
The FDG is now ready for the patient’s scan. When a radiolabeled tracer enters the body, it travels through the circulatory system and gets taken up by its target— whether that's a protein in the brain, cancer cells, or otherwise. Within a few minutes, a significant amount of the tracer has found its way to the target area and the rest has cleared from circulation. Now the doctors can see their target using a PET, or positron emission tomography, scanner.
زمانی که یک ردیاب نشاندار رادیویی وارد بدن میشود، توسط سیستم گردش خون حرکت میکند و به وسیله هدف جذب میشود چه این یک پروتئین در مغز باشد، چه سلول سرطانی، یا موارد دیگر. درچند دقیقه یک مقدار قابل توجهی از ردیاب راه خود را به ناحیه پیدا کرده است. و بقیه از گردش خارج شده است. حالا پزشکان میتوانند هدف خود را با استفاده از پت، یا اسکنر برشنگاری با گسیل پوزیترون ببینند.
The radiation that the tracer emits is what makes this possible. The isotopes used in PET decay by positron emission. Positrons are essentially electrons with positive charge. When emitted, a positron collides with an electron from another molecule in its surroundings. This causes a tiny nuclear reaction in which the mass of the two particles is converted into two high-energy photons, similar to X-rays, that shoot out in opposite directions. These photons will then impact an array of paired radiation detectors in the scanner walls. The software in the scanner uses those detectors to estimate where inside the body the collision occurred and create a 3D map of the tracer’s distribution. PET scans can detect the spread of cancer before it can be spotted with other types of imaging. They’re also revolutionizing the diagnosis of Alzheimer’s disease by allowing doctors to see amyloid, the telltale protein buildup that otherwise couldn’t be confirmed without an autopsy. Meanwhile, researchers are actively working to develop new tracers and expand the possibilities of what PET scans can be used for.
تششعی که ردیاب ساطع میکند چیزی است که این را ممکن میکند. این ایزوتوپها در پت استفاده شده که به وسیله تششع پوزیترون تجزیه میشوند. پوزیترون در اصل الکترونهایی با بار مثبت میباشند. وقتی که متششع میشوند، یک پوزترون با یک الکترون از یک مولکول دراطرافش برخورد میکند این باعث یک واکنش هستهای کوچک میشود که در آن جرم دو ذره به دو فوتون پرانرژی تبدیل میشود که همانند ایکس ری است، که در سمتهای مخالف شلیک میشوند. این فوتون ها سپس بر روی یک جفت از یابندههایی رادیویی برروی دیوار اسکنر تاثیر میگذارند. نرم افزار موجود در اسکنر از هردو ردیاب ها برای تخمین اینکه درکجای بدن برخورد اتفاق افتاده استفاده میکند و یک نقشه سه بعدی از توزیع ردیاب به وجود میآورد. پت اسکن میتواند گسترش سرطان را قبل از اینکه با هر نوع دیگری تصویر برداری مشخص شود تشخیص بدهد. آنها همچنین در تشخیص بیماری الزایمر با اجازه دادن به پزشکان برای دیدن آمیلوئید تحول ایجاد میکنند. تجمع پروتئین مشخص که درغیر اینصورت بدون انجام کالبد شکافی تایید نمیشود. در همین حال، محققان فعالانه درحال کار هستند تا ردیابهای جدیدی توسعه بدهند و کارایی استفاده از پت اسکن را گسترش دهند. با این همه صحبت دربارهی تششعات و واکنش های هستهای در داخل بدن،
But with all this talk of radiation and nuclear reactions inside the body, are these scans safe? Even though no amount of ionizing radiation is completely safe, the amount of radiation the body receives during a PET scan is actually quite low. One scan is comparable to what you’re exposed to over two or three years from natural radioactive sources, like radon gas; or the amount a pilot would rack up from cosmic radiation after 20 to 30 transatlantic flights. Most patients feel that those risks are acceptable for the chance to diagnose and treat their illnesses.
آیا این اسکن ها بیخطر میباشند؟ با وجود اینکه هیچ مقداری از یون تششعی به طور کامل بیخطر نیست، میزانی از تششعاتی که بدن در هنگام پت اسکن دریافت میکند بسیار کم میباشد. یک اسکن با تمام مقداری از تششعات طبیعی که در دو یا سه سال در معرضش هستید مانند گاز رادون؛ یا مقداری که یک خلبان از تششعات کیهانی بعد از ۲۰ تا ۳۰ سال در پروازهای فرا اقیانوس اطلس دریافت میکند، قابل مقایسه میباشد. بیشتر مریضان احساس میکنند که آن خطرها برای شانس اینکه بیماریشان تشخیص و درمان شود قابل قبول میباشد.