50年來，醫生一直使用正電子發射型計算機斷層顯像（PET）掃描儀來檢測癌癥和阿爾茨海默病等疾病。據《科學》報道，波蘭雅蓋隆大學的物理學家Pawe? Moskal開創了一種新技術，可以讓這些設備獲取更多額外的信息。
Moskal表示，PET掃描期間會在體內形成一種名為正電子素的奇特原子，通過探測其壽命，可以更好地識別不同類型癌癥、監測疾病進展，并指導治療計劃。
德國慕尼黑大學的物理學家Katia Parodi說，如果Moskal能說服醫療行業參與進來，“它將真正為核醫學成像開辟一個新維度”。
傳統PET掃描依賴放射性示蹤劑，這些示蹤劑在幾分鐘到幾小時內衰變，釋放出一個正電子。當正電子遇到體內的電子時，會在一道閃光中湮滅，并向相反方向發射兩個光子。PET掃描儀中的傳感器檢測到這些光子后，會追溯它們在患者體內的起源點。通過將示蹤劑與人體自然處理的分子（如葡萄糖）結合，科學家可以監測不同組織的代謝率，以尋找疾病的標志。例如，癌細胞代謝葡萄糖的速度比正常細胞快得多。因此，病變區域會吸收更多示蹤劑，在掃描中發出更亮的光。
憑借核物理背景，Moskal發現，傳統PET掃描忽視了一個過程，即正電子和電子并非總是立即湮滅，約40%的情況下，它們會結合形成正電子素的臨時原子態。在幾納秒內，正電子素會坍塌并自我湮滅，釋放出一對延遲的光子。
Moskal與雅蓋隆大學的醫學物理學家Ewa St?pień合作，開始研究控制正電子素衰變速度的生理特征。正電子素形成于組織分子間的空隙中，在那里它可以躲避導致其衰變的雜散電子。在孔隙較小、密度較高的組織中，以及存在活性分子的空隙中，其壽命較短。當某些組織癌變時，它們的孔隙會縮小，氧含量會下降。St?pień和Moskal想知道這些因素將如何影響正電子素的壽命。
PET掃描通常只檢測湮滅產生的兩個光子，但通過使用一種在正電子素原子形成時能額外發射一個光子的示蹤劑，Moskal和St?pień可以計算這個“瞬時”光子與湮滅光子之間的經過時間，從而得出正電子素壽命。他們專門設計了掃描儀來尋找這個通常被視為噪聲而被忽略的瞬時光子。
在過去幾年里，該團隊已經證明了正電子素成像的潛在醫學價值。2021年，他們報道了第一張正電子素圖像，比較了從患者體內提取的癌細胞和健康細胞。研究表明，癌細胞的正電子素壽命明顯短于健康細胞。去年，他們對一位腦癌患者進行了成像，發現腦腫瘤中的正電子素壽命短于健康腦組織中的壽命。
現在，美國賓夕法尼亞大學的一個團隊已使用PET掃描儀練習測量小型無生命物體中的正電子素壽命，為人體成像做準備。在瑞士，伯爾尼大學與銷售PET掃描儀的西門子醫療合作，最近測量了3位患者器官中的正電子素壽命。在日本國立放射線醫學綜合研究所，研究人員探索了如何利用正電子素對缺氧進行成像，缺氧通常與癌癥進展和耐藥性相關。
但該技術仍面臨障礙，其中最主要的挑戰是厘清控制特定組織中正電子素壽命的不同因素。而讓醫療行業接受將是另一個挑戰，因為大規模采用這種技術需要升級探測器和重新培訓人員。不過，Moskal認為，正電子素成像的前景最終會贏得勝利。
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