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.
Deze spuit bevat een radioactieve vorm van glucose genaamd FDG. De dokter zal weldra de inhoud ervan injecteren in de arm van haar patiënt, die ze op kanker test met een PET-scanner. De FDG zal algauw door zijn lichaam circuleren. Als hij een tumor heeft, zullen de aanwezige kankercellen een aanzienlijk deel van de FDG opnemen, die als baken zal werken voor de scanner. PET-merkstoffen zoals FDG behoren tot de meest opmerkelijke tools in de medische diagnostiek en hun leven begint in een deeltjesversneller, slechts enkele uren ervoor.
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.
De betreffende deeltjesversneller heet een cyclotron en is vaak gehuisvest in een bunker binnenin ziekenhuizen. Het gebruikt elektromagnetische velden om geladen deeltjes zoals protonen steeds sneller en sneller langs een spiraalvormig pad te stuwen. Wanneer de protonen hun maximumsnelheid bereiken, worden ze afgevuurd op een doelwit. Dat bevat een paar milliliters van een soort water met daarin een zware vorm van zuurstof genaamd zuurstof-18. Wanneer een proton tegen een van deze zwaardere zuurstofatomen ramt, verdrijft het een ander subatomair deeltje genaamd een neutron. Deze botsing verandert zuurstof-18 in fluor-18, een radioactieve isotoop die gedetecteerd kan worden op een PET-scan. Na iets minder dan twee uur is ongeveer de helft van de fluor weg door radioactief verval, dus de tijd dringt om de scan te doen.
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.
Hoe kan fluor-18 dan gebruikt worden om ziektes op te sporen? Radiochemici in het ziekenhuis kunnen een reeks chemische reacties gebruiken om de radioactieve fluor vast te maken aan verschillende moleculen, waardoor radiomerkstoffen gemaakt worden. De aard van die merkstof hangt af van wat de dokters willen bekijken. Vaak is dat FDG, omdat het tempo waaraan de cellen glucose opnemen de aanwezigheid van kanker kan signaleren, de locatie van een infectie of de afnemende hersenfunctie typerend voor dementie.
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.
De FDG is nu klaar voor de scan van de patiënt. Wanneer een radioactief gelabelde merkstof het lichaam ingaat, reist hij door het bloedvatenstelsel en wordt hij opgenomen door zijn doelwit, of dat nu een proteïne in het brein is, kankercellen of iets anders. Binnen een paar minuten heeft een aanzienlijk deel van de merkstof zijn weg naar het doelgebied gevonden en is de rest weg uit de bloedsomloop. Nu kunnen de dokters hun doelwit zien met behulp van de PET -- of positronemissietomografie -- scanner.
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.
De straling die de merkstof afgeeft maakt dit mogelijk. De isotopen gebruikt in PET vervallen door positron-emissie. Positronen zijn eigenlijk elektronen met een positieve lading. Wanneer ze uitgestraald worden, botst een positron met een elektron van een andere molecule in zijn nabijheid. Dit veroorzaakt een kleine nucleaire reactie waarbij de massa van de twee partikels omgezet wordt in twee energierijke fotonen gelijkend op röntgenstralen, die uitgestraald worden in tegengestelde richtingen. Deze fotonen botsen dan tegen een reeks aan elkaar gekoppelde stralingsdetectoren in de muren van de scanner. De software in de scanner gebruikt die detectoren om te schatten waar in het lichaam de botsing zich voordeed en om een 3D-kaart te maken van de verdeling van de merkstof. PET-scans kunnen de spreiding van kanker detecteren voordat die gezien kan worden met andere manieren van beeldvorming. Men werkt ook aan een revolutionaire diagnose van Alzheimer, waarbij dokters amyloïde kunnen zien, de verklikkende eiwit-constructie die voorheen nooit vastgesteld kon worden zonder een autopsie. Ondertussen trachten onderzoekers nieuwe merkstoffen te ontwikkelen
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.
en om de mogelijkheden van PET-scans uit te breiden. Maar nu we het hebben over radioactiviteit en nucleaire reacties in het lichaam: zijn deze scans wel veilig? Hoewel geen enkele hoeveelheid ioniserende straling compleet veilig is, is de hoeveelheid die het lichaam krijgt tijdens de PET-scan eigenlijk vrij laag. Eén scan is vergelijkbaar met de hoeveelheid waaraan je in 2 à 3 jaar blootgesteld wordt door natuurlijke radioactieve bronnen zoals radongas, of de hoeveelheid die een piloot zou krijgen van kosmische straling na 20 à 30 trans-Atlantische vluchten. De meeste patiënten vinden dat de risico's niet opwegen