2) протонов
3) нейтронов
4) альфа-частиц
После испускания радионуклидом позитрон проходит в ткани короткое расстояние, теряет кинетическую энергию и взаимодействует с электроном среды. Поскольку позитрон является античастицей электрона, их столкновение завершается аннигиляцией — превращением массы покоя обеих частиц преимущественно в два гамма-кванта. Энергия каждого фотона составляет 511 кэВ, что соответствует энергии покоя электрона или позитрона согласно соотношению E = mc².
Два аннигиляционных фотона распространяются практически в противоположных направлениях, что обусловлено законом сохранения импульса. Детекторы ПЭТ регистрируют их почти одновременное попадание в противоположные элементы детекторного кольца; такое совпадение называют регистрацией в режиме совпадений. По паре сработавших детекторов определяется линия ответа, вдоль которой произошло событие аннигиляции, а совокупность большого числа таких событий используется для реконструкции распределения радиофармпрепарата в организме.
Протоны, нейтроны и альфа-частицы не являются продуктами стандартной электрон-позитронной аннигиляции. Это массивные ядерные частицы, образование которых требует ядерных реакций и значительно большей энергии. Поэтому именно парные гамма-кванты с энергией 511 кэВ служат физической основой позитронно-эмиссионной томографии.
| Этап или характеристика | Физический процесс | Значение для ПЭТ |
|---|---|---|
| Позитронный распад | Радионуклид испускает позитрон и нейтрино | Обеспечивает появление позитрона в ткани после введения радиофармпрепарата |
| Пробег позитрона | Позитрон теряет энергию при взаимодействии с веществом | Ограничивает пространственное разрешение, поскольку аннигиляция происходит не точно в точке распада |
| Аннигиляция | Позитрон взаимодействует с электроном, их масса превращается в электромагнитное излучение | Формирует регистрируемый сигнал ПЭТ |
| Энергия фотонов | Образуются два гамма-кванта по 511 кэВ | Энергетическое окно детектора позволяет отсеивать часть рассеянных фотонов |
| Направление распространения | Фотоны движутся почти под углом 180° друг к другу | Позволяет определить линию ответа между двумя детекторами |
| Совпадение событий | Оба фотона регистрируются в пределах короткого временного окна | Отличает истинные аннигиляционные события от одиночных и случайных импульсов |
| Реконструкция изображения | Анализируется множество линий ответа, при TOF-ПЭТ дополнительно учитывается разница времени прихода фотонов | Формируется количественное трехмерное изображение распределения радиофармпрепарата |
Отклонение угла разлета от строго 180° и рассеяние фотонов в тканях могут снижать точность локализации источника. Для коррекции этих эффектов применяются энергетическая дискриминация, временной анализ и алгоритмы коррекции рассеяния и ослабления излучения. КТ-компонент гибридного исследования предоставляет анатомическую информацию и карту ослабления, необходимую для количественной коррекции ПЭТ-данных. Таким образом, регистрация парных фотонов по 511 кэВ обеспечивает как локализацию патологического метаболизма, так и его совмещение с анатомическими структурами.