反物质的应用：正电子发射断层扫描

正电子发射断层扫描 (PET) 是核医学领域中比较先进的一种成像方式。它使用放射性物质在体内产生正电子，与体内其他电子产生相互作用，使我们能够对身体进行扫描成像。这对于早期疾病的诊断特别有用，例如肿瘤的早期发现。

在详细介绍它的原理之前，我们首先要了解正电子的来源。正电子来源于放射性物质，一般情况下这种放射性物质是人体所需的物质，如葡萄糖、蛋白质等。然后这些物质的其中一个元素使用短寿命的放射性同位素代替，如碳-11、氮-13、氧-15、氟-18 等。

今天，我将重点关注的是目前使用较为普遍的物质：氟代脱氧葡萄糖 (FDG)。它本质上它是一种葡萄糖类似物，与葡萄糖相比是一个氧原子已被移除，并被氟的放射性同位素氟-18 所取代。除了这一点之外，在所有化学行为方面都与葡萄糖一样，都会被细胞所利用来产生能量。

接下来，我们关注的是具体的放射性同位素：氟-18，它的质量数为 18，而质子数为 9，因此它有 9 个中子。这种形式的氟具有放射性，它会衰变成氧元素，因此 FDG 变成了正常的葡萄糖。

如图所示，我们可以看到氧的质量数不变，而质子数减少到了 8，所以它的衰变方式是一个质子变成了中子，并释放出一个正电子。正电子是电子的反物质对应物，除了电荷不同之外，它们其他性质都相同。重要的是，正电子不能与电子共存，它们相互接触会发生湮灭。

所以，正电子在体内不会传播得很远，它基本上会在其产生的位置与体内的电子相碰，相互湮灭并把质量转化为能量，这种能量的特别之处在于它产生两个伽马辐射光子。更重要的是，这两个光子会以 180 度向外传播。而在人体外围是一圈伽马探测器，这两个光子几乎同时到达探测器相对的位置，然后由于两个光子穿过的人体组织不同，它们的衰减也会不同，计算机通过一系列复杂的计算就能确定位置。不过，要准确计算出 FDG 被吸收的位置并成像，计算机需要进行多达 100 万次的分析。

但是，如果只做 PET 的话，产生的图像的分辨率是非常低的。所以，它经常会结合其他技术 (例如 CT)，来更好地显示一些器官的确切位置。所以，这两者结合我们就可以定位新陈代谢的确切位置，并以亮度来区别新陈代谢的强度。一般来说，癌细胞需要更多的糖，这会导致某些部位出现异常的亮度。所以，PET 非常适合早期癌症的发现。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang