تحقيقا لاهداف التنمية المستدامة <br /><br />مقالة بعنوان :<br />فيزياء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET): الأسس، الكواشف، ومستقبل التطبيقات<br />للتدريسي ضرغام يوسف جواد<br />الملخص<br />تستعرض هذه المقالة مبادئ فيزياء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)، أنواع الكواشف وتقنيات القياس الحديثة (بما في ذلك TOF وSiPM وـdigital PET)، عناصر معالجة الصورة والتصحيح الكمي، وأهم التطبيقات الحالية والمستقبلية مثل PET/CT وPET/MRI، المسح الكلي للجسم (total-body PET)، وتطورات الراديوفارماسيوتكس والثيرانوستكس. يرتكز العرض على مراجعات وبحوث وممارسات إكلينيكية معتمدة من مجلات ومشاريع مرموقة. (PMC)<br /><br />1. الأسس الفيزيائية لـ PET<br />1.1 انبعاث البوزيترون وحدث الإبادة (annihilation)<br />نظرياً، نواة مشعة تُبعِد نوفلاً موجبًا (بوزيترون) عبر تحلل β⁺. بعد انتشار قصير (يعتمد على طاقة البوزيترون والأنسجة) يتلاقي البوزيترون مع إلكترون محلي، فيحدث «إبادة» وينتجان فوتونين طاقتهما 511 keV كل منهما، ويُطلَقان بزاويتين متقابلتين تقريبًا (180°). رصد هذين الفوتونين في آن واحد (coincidence) يمكّن من تحديد أنشطةٍ على طول خط الربط بين الكاشفين (Line Of Response — LOR). هذه الفكرة هي لبّ قياس PET. (medlib.yu.ac.kr)<br />1.2 قيود فضاء الحل والحساسية<br />الدقة المكانية (spatial resolution) تتأثر بعدة عوامل: مدى انتشار البوزيترون قبل الإبادة (positron range)، عدم توازن الزاوية الناتج عن حركة الزخم (non-collinearity) بين الفوتونين، حجم بكسل البلّورة، ودقة القياس بالـDOI (Depth-Of-Interaction). الحساسية تعتمد على تصميم الحلقات الكاشفة، طول الحزمة، ومعامل امتصاص الأجهزة. (medlib.yu.ac.kr)<br />________________________________________<br />2. مكوّنات جهاز PET: الكواشف والحسّاسات<br />2.1 البلّورات (Scintillators) التقليدية والمتقدمة<br />أصبحت بلّورات من عائلة الليتثيوم-سيزيوم-المتوّجة مثل LSO/LYSO المعيار في الأنظمة السريرية الحديثة بفضل كثافتها العالية، زمن التوهّج القصير وعائد ضوئي مرتفع، ما يسمح بأداء TOF أفضل وحسّية أعلى مقارنةً ببلّورات أقدم مثل BGO. اختيار البلّورة يؤثر مباشرة على دقة الطيف الطاقي، زمن الاستجابة، والـtiming resolution. (PMC)<br />2.2 كاشفات الضوء: من PMT إلى SiPM<br />المجسات التقليدية كانت تعتمد على أنابيب تضخيم فوتونية (PMTs). مُنذ العقدين الماضيين تحوّلت الصناعة إلى مصفوفات السيليكون فوتوماولتبيتر (SiPM) لأن لها حجماً أصغر، توافقاً مغناطيسياً (ملائم لـPET/MRI)، حساسية ضوئية أعلى وإمكانية زمنية أفضل — ما حسّن أداء TOF وفتح الباب لـdigital PET. (PMC)<br /><br />2.3 عمق التفاعل (DOI) وتقنيات تحسين الدقة<br />تطبيقات DOI (قياس عمق دخول الفوتون داخل البلّورة) تقلّل من التشوّه الهندسي في الأنظمة ذات زوايا انحدار كبيرة، وتحسّن الدقة المكانية على هامش الحقل. تُستخدم طبقات بلّورية متعددة أو تقنيات قراءة ضوئية متقدمة لتحقيق ذلك. (PMC)<br />________________________________________<br />3. تقنيات زمن الوصول (Time-of-Flight — TOF) وتأثيرها السريري<br />TOF تعتمد قياس الفرق الزمني الطفيف بين وصول الفوتونَين لتقليل طول الاحتمالات على LOR وتحسين نسبة الضجيج (SNR) في الصورة. تحسّن الزمنية (timing resolution) الصورة خاصةً في المرضى ذوي الأبعاد الكبيرة أو عند جرعات إشعاع منخفضة. التطور في البلّورات وSiPM جعل TOF معياراً واسع الانتشار في الأنظمة الحديثة. (PubMed)<br />________________________________________<br />4. معالجة الصورة والتصحيحات الكمية<br />4.1 تصحيحات لازمة للحصول على كمّيات دقيقة<br />للحصول على خرائط نشاط يمكن مقارنتها بين المرضى/الزمن، يجب تطبيق عدة تصحيحات:<br />• تصحيح الامتصاص (attenuation correction): ضروري لتعويض امتصاص فوتونات 511 keV في أنسجة المريض. في أنظمة PET/CT يستخدم CT لتوليد خريطة امتصاص؛ في PET/MR يجب استخدام طرق MR-AC أو طرق تعلم آلي لأنّ MR لا تعطي مباشرة معاملات امتزاز خطية. (PMC)<br />• تصحيح التبعثر (scatter correction) والعشوائيات (randoms)، وتصحيح الحساسية والتطبيع.<br />• إعادة الإعداد (reconstruction): انتشرت خوارزميات قائمة مثل OSEM مع نماذج النظام (PSF) ودمج TOF لإنتاج صور ذات جودة أعلى وكمّية أكثر دقة. (AAPM)<br />4.2 قياسات كمية: SUV وقياسات ديناميكية<br />المقياس الأكثر استخداماً سريرياً هو القيمة الموحدة للمقاس (SUV). للحصول على كمّيات دقيقة أو ديناميكية (مثل دراسات فازية أو قياسات تدفق/استيعاب الدواء) يحتاج النظام ومعالجة الصور إلى معايرة دقيقة، نمذجة حركية، وقياسات زمنية دقيقة. وجود أنظمة total-body يفتح إمكانيات غنية للقياسات الديناميكية على مستوى الجسم بأكمله. (PMC)<br />________________________________________<br />5. الراديوتراسرات والتطورات الدوائية (Radiotracers & Radiopharmaceuticals)<br />رغم أن [¹⁸F]FDG يظل الأكثر انتشاراً، إلا أن طيف الراديوتراسرات توسع كثيراً: PSMA-مستهدفة في سرطان البروستات، DOTA-والمقيدات لحمض السيروتونين والخلايا النيانية، مسوغات أميلويد لعلم الأعصاب، وغيرها الكثير. تطوير نكليدات جديدة (⁶⁸Ga، ⁸⁹Zr، ¹⁸F، ⁶⁴Cu، إلخ) يُمكّن تصوير أهداف جزيئية مختلفة ويقترن بتوجهات ثيرانوستكس (توليفة تشخيصية وعلاجية). (PMC)<br />________________________________________<br />6. الأنظمة الهجينة والمتطورة<br />6.1 PET/CT وPET/MR<br />• PET/CT: الجمع مع الـCT حل عملي لمشكلة تصحيح الامتصاص وأصبح معياراً في التشخيص الأورامي.<br />• PET/MR: يقدم تبايناً ناعماً وغالباً جرعة إشعاع أقل، لكنه يتطلب حلولاً خاصة لــattenuation correction ودمج البيانات. هناك اتفاقيات إكلينيكية وتقنية لتوحيد الممارسات في PET/MR. (PMC)<br />6.2 المسح الكلي للجسم (Total-Body PET)<br />أجهزة مثل uEXPLORER (EXPLORER) تتيح تصويراً ممتداً على طول الجسم بالكامل بزيادة حساسية ضخمة، ما يسمح بتخفيض الجرعات، تسريع الفحص، وإجراء دراسات ديناميكية شاملة وتتبّع توزيع الراديوتراسر عبر الأعضاء بالتزامن. لها تطبيقات واعدة في بحوث الدوائية وطب الأعصاب وميتاجينوميات السرطان. (PMC)<br />________________________________________<br />7. تطبيقات سريرية وبحثية مختارة<br />• الأورام: تشخيص، معايرة علاجية، كشف نكس المرض. راديوتراسرات موجهة مثل PSMA وDOTATATE حسّنت التشخيص النوعي. (ScienceDirect)<br />• علم الأعصاب: تصوير أيض الدماغ، مستقبلات، لبنة أميلويد وتقييم الخرف ومرض ألزهايمر.<br />• العدوى والالتهابات: استخدامات محددة مع تراسرات مخصصة.<br />• تتبع الدواء وتطوير الأدوية: Total-body PET يعد أداة قوية لدراسات توزيع وحرائك الأدوية على مستوى الجسم. (ScienceDirect)<br />________________________________________<br />8. تحديات ومعوقات تقنية وتنظيمية<br />• تصحيح الامتصاص في PET/MR وتحسين طرقها، خاصة للعظام والمواد الاصطناعية. (PMC)<br />• التكلفة والبنية التحتية: أنظمة total-body وتطوير راديوتراسرات جديدة تتطلب استثمارات كبيرة ومراكز إنتاج نويدات (cyclotron/ generator).<br />• معايرة كمية وتوحيد متعدد المراكز: ضروري للدراسات متعددة المراكز والاعتمادية الإكلينيكية. (Journal of Nuclear Medicine)<br />________________________________________<br />9. مستقبل PET — توجهات وأبحاث واعدة<br />1. التوسع في Total-Body PET: قياسات ديناميكية شاملة، تقليل الجرعات، ودور متزايد في تجارب الأدوية والبحوث الجسدية والبيولوجية. (PMC)<br />2. تحسين الحساسيات والزمنية: بلّورات أسرع، SiPMs متقدمة، وتقنيات TOF ذات دقة زمنية متناهية تحسّن SNR والدقة الكمّية. (PubMed)<br />3. رقمنة كاملة (Digital PET): أنظمة تعتمد قراءة رقمية مباشرة تؤدي إلى تحسينات في الدقة الزمنية والطاقة. (ScienceDirect)<br />4. الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق: لتسريع إعادة البناء، تحسين تصحيح الامتصاص في PET/MR، وتقليل جرعات الفحص عبر تحسين استعادة الإشارات والشبكات التوليدية. (SpringerOpen)<br />5. ثِيرانوستكس ودمج التشخيص والعلاج: ترابط أقوى بين الراديوتراسرات التشخيصية والنويدات العلاجية (مثلاً: ) لتحقيق نهج شخصي للعلاج. (Nature)<br />________________________________________<br />10. استنتاج<br />فيزياء PET تجمع بين مبادئ نووية أساسية وتقنيات حسّاسة متقدمة (بلّورات سريعة، SiPM، تقنيات TOF) ومعالجة كمّية معقدة للحصول على صور عالية الجودة وكميات قابلة للمقارنة. التطور التقني — وخصوصاً الأنظمة الكلية-الجسمية والرقمنة والذكاء الاصطناعي — يفتح آفاقاً لاستخدام PET في بحوث الدواء، تشخيص مبكر للأمراض، وتطبيقات ثيرانوستكس، مع تحديات لوجستية ومعيارية يتطلب حلّها تعاوناً بين الفيزيائيين/الأطباء/الصناعات والهيئات التنظيمية. (PMC)<br /><br />_____________________________________<br />جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق