Благодаря новой разработке ученые получили возможность извлекать информацию из гамма-излучения, которое обычно не регистрируется при позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Данный подход позволит проводить медицинские исследования с большей точностью и снизить риски для здоровья пациентов.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ-сканирование) является высокоэффективным методом диагностики онкологических заболеваний и представляет собой важный инструмент для выявления болезни Альцгеймера. Этот метод позволяет наблюдать, как работают органы и ткани, осуществляя мониторинг введенного ранее в организм радиоактивного вещества.
Определенные типы клеток, например, раковые, потребляют повышенное количество глюкозы, что проявляется в виде более интенсивного свечения на ПЭТ-скане. Метод основан на следующем принципе: радиоактивное вещество выделяет частицы-позитроны, которые аннигилируют с электронами в организме, сопровождаясь испусканием гамма-излучения. Полученное гамма-излучение регистрируется детекторами ПЭТ-сканера, что позволяет создать трехмерное изображение исследуемого участка тела. Поскольку опухоли производят больше гамма-частиц, чем здоровая ткань, они визуализируются более четко.
Определить гамма-частицы сложно из-за их рассеяния и потери энергии в процессе достижения детектора. Такие рассеянные события часто называют «мусором». Ученые из Йоркского университета проводят исследования, направленные на применение принципов квантовой физики для анализа этих рассеянных сигналов и повышения точности ПЭТ-сканирования.
Квантовая запутанность представляет собой феномен, характеризующийся взаимосвязанностью частиц: состояние одной из них мгновенно определяет состояние другой, вне зависимости от расстояния между ними. Специалистам удалось создать гамма-частицы, находящиеся в состоянии квантовой запутанности. Согласно последним исследованиям, квантовая запутанность в значительной степени сохраняется при рассеянии гамма-частиц.
Это позволяет применять технологии искусственного интеллекта и машинного обучения для анализа данных, получаемых в ходе подобных событий. Наблюдение за второй запутанной частицей позволит получать больше данных из одного раунда томографического исследования. Это, в свою очередь, может привести к созданию более чувствительных диагностических инструментов и потенциально снизить дозу облучения для пациентов.
«Мы были удивлены надежностью квантовой запутанности между ПЭТ-фотонами. Понимание этой квантовой запутанности на более глубоком уровне открывает вполне реальную перспективу использования квантовой информации в ПЭТ-сканировании», — заявил глава проекта, профессор Дэниел Уоттс ( Daniel Watts), возглавляет кафедру адронной и ядерной физики Йоркского университета, расположенного в Великобритании).
Новое исследование, посвященное квантовой запутанности, способно внести существенный вклад в развитие науки улучшить методы диагностики заболеваний, таких как рак и болезнь Альцгеймера.
Научная работа опубликована в журнале Physical Review Letters.