In the current thesis, spatio-temporal evaluation of the endogenous angiogenic response to ischemia was perfomed. After vascular occlusion, ischemic angiogenesis is an important reparative mechanism and can ameliorate the outcome of ischemic disease. Diabetic foot ulcers affect almost 15% of diabetic patients and are the leading cause of amputations worldwide (Yoon et al., 2005). Diminished blood flow because of atherosclerotic occlusive disease of the peripheral arteries of diabetic patients, in conjunction with anatomic and functional microcirculatory impairments contribute to development of trophic ulcerations, infections and gangrene of the lower extremities, frequently requiring amputation of the leg (Sasso et al., 2005). Numerous studies have confirmed the impaired post-ischemic angiogenesis in diabetes (Yoon et al., 2005; Sasso et al., 2005). Consequently, wound healing patterns are disturbed in diabetes mainly due to decreased ischemia-driven angiogenesis (Yoon et al., 2005). Integrin ανβ3 is a promising imaging target of angiogenic activity which is up-regulated on activated endothelial cells (ECs) but not on quiescent ones. Molecular imaging (MI) of ανβ3 integrin expression with the aid of a dedicated high resolution gamma camera, is a very sensitive imaging approach for the evaluation of angiogenesis in the rabbit hindlimb ischemia model. Furthermore, diabetes mellitus (DM) was induced, to study the effects of this pathology on the spatio-temporal distribution of angiogenesis. In order to evaluate the whole spectrum of endogenous process of collateralization after occlusion of an artery, Digital Subtraction Angiography (DSA) was also used for the visualization of larger collaterals. During the first part of the study DM experimental protocol was investigated in order to find the appropriate protocol for the induction of long-term diabetic animal model, as it is a methodology that has not yet been standardized. At the same time a cohort of animals underwent endovascular embolization for the establishment of hindlimb ischemia and were imaged with the aid of a MI radiotracer technique in order to deal with unresolved issues and establish the imaging protocol. The study included seven New Zealand White (NZW) rabbits that underwent unilateral percutaneous endovascular embolization of the femoral artery, for the establishment of hindlimb ischemia that triggers the endogenous process of collateralization. The contralateral limb was not embolized and served as a control. The employed radiotracer for angiogenesis imaging, was a 99mTc labeled cyclic RGD peptide [c RGDfk-His]-99mTc that binds specifically to ανβ3 integrin via the three amino acid sequence Arginine-Glycine-Aspartic acid or RGD. Image acquisition was performed with a high resolution gamma camera and all animals underwent molecular imaging on the 3rd and the 9th day post-embolization. In all animals DSA was performed on the 9th day post-embolization. The acquired images demonstrated that retention of the radiotracer at the ischemic tissue is remarkably increased compared to the non-ischemic hindlimb (normal limb) (16020 ± 2309 vs. 13139 ± 2493 on day 3; p=0.0014 and 21616 ± 2528 vs. 13362 ± 2529 on day 9; p<0.0001, respectively). In addition, radiotracer retention in normal limbs seems to be increased at day 9 in normal limbs compared to day 3 (p=0.0112). DSA at day 9, demonstrated that the mean vessel length detected was significantly superior in the normal compared to the ischemic limb (mean value 3680 ± 369.8 vs.2772 ± 267.7; p< 0.0001, respectively). Angiogenesis was successfully detected using a 99mTc labeled cyclic RGD peptide MI technique and was significantly more pronounced in the ischemic compared to normal limbs, both at day 3 and day 9 after embolization. The peak of the phenomenon was detected at day 9. Increased mean vessel length in the normal compared to the ischemic limb demonstrates that although angiogenesis is pronounced in day 9, arteriogenesis is not sufficiently pronounced and that the phenomenon of arteriogenesis has just initiated. The study of the angiogenic response to ischemia, has not yet been completed as MI of diabetic animals with hindlimb ischemia is underway and not completed due to many difficulties and delay in different phases of the experiment. With the conclusion of the MI of diabetic animals with hindlimb ischemia, the study will be completed and we expect to demonstrate the effect of DM on the spatio-temporal pattern of angiogenesis, providing a valuable tool in clinical practice for the precise and early diagnosis and therapy assessment of the ‘diabetic foot’. / Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η χωρο-χρονική εκτίμηση της ενδογενούς αγγειογενετικής διαδικασίας ως απόκριση στο ερέθισμα της προκλητής ισχαιμίας. Μετά από απόφραξη αρτηρίας, η επαγόμενη αγγειογένεση είναι ένα σημαντικός μηχανισμός αποκατάστασης που μπορεί να περιορίσει το αποτέλεσμα της ισχαιμίας. Το έλκος του ‘διαβητικού ποδιού’ εμφανίζεται στο 15% περίπου των ασθενών που πάσχουν από διαβήτη και αποτελεί την κύρια αιτία ακρωτηριασμού του κάτω άκρου, μετά τα ατυχήματα (Yoon et al., 2005). Η μειωμένη αιματική ροή λόγω της αποφρακτικής αρτηριοπάθειας που οφείλεται στην αθηροσκληρωτική προσβολή των περιφερικών αρτηριών των διαβητικών, σε συνδυασμό με ανατομική και λειτουργική φθορά του αγγειακού δικτύου της μικροκυκλοφορίας, οδηγούν στην ανάπτυξη ελκών, μολύνσεων και γάγγραινας των κάτω άκρων που πολύ συχνά οδηγεί στον ακρωτηριασμό του ποδιού (Sasso et al., 2005). Πολυάριθμες μελέτες όμως έχουν δείξει ότι η αγγειογένεση που επάγεται από κρίσιμη ισχαιμία, στην παθολογία του διαβήτη δεν είναι φυσιολογική (Yoon et al., 2005; Sasso et al., 2005). Συνεπώς στον διαβήτη και ο μηχανισμός επούλωσης πληγών δεν συμβαίνει φυσιολογικά κυρίως λόγω ελαττωματικής ενδογενούς αγγειογένεσης ως απόκριση στην ισχαιμία (Yoon et al., 2005). Το μόριο της ιντεγκρίνης ανβ3 υπερεκφράζεται στα ενεργοποιημένα ενδοθηλιακά κύτταρα που συμμετέχουν στην αγγειογενετική διαδικασία αλλά όχι στο ανενεργό ή αλλιώς «σιωπηλό» ενδοθήλιο. Συνεπώς αποτελεί έναν πολύ καλό μοριακό στόχο για απεικόνιση και δείκτη της αγγειογενετικής δραστηριότητας. Η Μοριακή Απεικόνιση (ΜΑ) του επιπέδου έκφρασης του μορίου ιντεγκρίνης ανβ3 με τη χρήση ραδιοϊσοτοπικών τεχνικών έχει το πλεονέκτημα υψηλής ευαισθησίας ανίχνευσης πολύ χαμηλών συγκεντρώσεων του ραδιοϊχνηθέτη σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές (x-ray computed tomography (CT) angiography, contrast-enhanced ultrasound και high-resolution magnetic resonance angiography). Ο σκοπός της μελέτης μας ήταν να ερευνήσουμε τις δυνατότητες της ΜΑ με την βοήθεια γ-κάμερας υψηλής διακριτικής ικανότητας και πειραματικού μοντέλου κονίκλου με ίσχαιμο οπίσθιο άκρο. Επιπλέον ένα σημαντικό μέρος της μελέτης αφορούσε την εφαρμογή του πρωτοκόλλου για τη πρόκληση διαβήτη ώστε να γίνει μελέτη της επίδρασης της συγκεκριμένης παθολογίας στην χωρο-χρονική κατανομή της αγγειογένεσης. Προκειμένου να αποδοθεί μία συνολική εκτίμηση του ενδογενούς μηχανισμού αποκατάστασης του αγγειακού δικτύου, εφαρμόστηκε Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία για την εκτίμηση της δημιουργίας παράπλευρου δικτύου. Στη πρώτη φάση της μελέτης, έγινε διερεύνηση του πρωτοκόλλου πρόκλησης διαβήτη δεδομένου ότι η μεθοδολογία παρουσιάζει έλλειψη προτυποποίησης. Παράλληλα εφαρμόστηκε το πρωτόκολλο ισχαιμίας σε μια ομάδα λευκών κονίκλων Νέας Ζηλανδίας για την διερεύνηση του πρωτοκόλλου ΜΑ. Στην μελέτη, χρησιμοποιήθηκαν συνολικά επτά κόνικλοι Νέας Ζηλανδίας οι οποίοι υπεβλήθησαν σε εμβολισμό της μηριαίας αρτηρίας ενός από τα δύο οπίσθια άκρα για την πρόκληση οξείας ισχαιμίας. Στους κόνικλους έγινε ενδοφλέβια έγχυση του κυκλικού επισημασμένου πεπτιδίου [c RGDfk-His]-99mTc που περιέχει την αλληλουχία τριών αμινοξέων Αργινίνης-Γλυκίνης-Ασπαρτικού οξέος (Arginine-Glycine-Aspartic acid or RGD), μέσω της οποίας δεσμεύεται το πεπτίδιο στο μόριο της ιντεγκρίνης ανβ3. Η απεικόνιση του επιπέδου έκφρασης του μορίου ιντεγκρίνης ανβ3 πραγματοποιήθηκε με γ-κάμερα υψηλής διακριτικής ικανότητας την 3η και την 9η ημέρα μετά την απόφραξη της μηριαίας αρτηρίας. Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία πραγματοποιήθηκε την 9η ημέρα μετά την απόφραξη της μηριαίας αρτηρίας. Τα δεδομένα από την ποσοτικοποίηση των απεικονιστικών δεδομένων, έδειξαν ότι υπάρχει αυξημένη πρόσληψη του ραδιοϊχνηθέτη στη περιοχή ισχαιμίας σε σχέση με τη περιοχή φυσιολογικής αιμάτωσης του ετερόπλευρου άκρου (16020 ± 2309 έναντι 13139 ± 2493 την 3η ημέρα, p=0.0014 και 21616 ± 2528 έναντι 13362 ± 2529 την 9η ημέρα, p<0.0001, αντίστοιχα). Επιπλέον η πρόσληψη του ραδιοϊχνηθέτη στα φυσιολογικά άκρα φαίνεται να είναι αυξημένη την 9η ημέρα σε σχέση με την 3η ημέρα (p=0.0112), γεγονός που μπορεί να αποδοθεί στην σταδιακή συγκέντρωση ενεργοποιημένου ενδοθηλίου και στους φυσιολογικούς ιστούς. Η Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία έδειξε ότι την 9η ημέρα που έγινε η λήψη δεδομένων, το μέσο μήκος αγγείων στα φυσιολογικά άκρα ήταν αρκετά μεγαλύτερο σε σχέση με τα ίσχαιμα άκρα (μέση τιμή 3680 ± 369.8 έναντι 2772 ± 267.7, p< 0.0001, αντίστοιχα). Η ραδιοϊσοτοπική τεχνική που εφαρμόστηκε για την απεικόνιση του επιπέδου έκφρασης του μορίου ιντεγκρίνης ανβ3 στη παρούσα μελέτη, έδειξε ότι υπάρχει αυξημένη πρόσληψη του ραδιοϊχνηθέτη στη περιοχή ισχαιμίας σε σχέση με τη περιοχή φυσιολογικής αιμάτωσης του ετερόπλευρου άκρου, την 3η ημέρα και την 9η ημέρα μετά την απόφραξη της μηριαίας αρτηρίας. Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν επίσης ότι το φαινόμενο της αγγειογένεσης κορυφώνεται την 9η ημέρα μετά την πρόκληση ισχαιμίας. Επιπλέον τα δεδομένα από τη Ψηφιακή Αφαιρετική Αγγειογραφία την 9η ημέρα, δείχνουν ότι ο ενδογενής μηχανισμός σχηματισμού παράπλευρου δικτύου αν και έχει πυροδοτηθεί δεν έχουν σχηματιστεί ακόμα μεγαλύτερα αγγεία και γι αυτό το λόγο η αρτηριογένεση υπολείπεται της αγγειογένεσης σε αυτή τη φάση. Για την ολοκλήρωση της μελέτης, εκκρεμεί η απεικόνιση των διαβητικών κονίκλων με ίσχαιμο οπίσθιο άκρο η οποία καθυστέρησε λόγω επιμέρους δυσκολιών στη διαδικασία των πειραμάτων. Η ΜΑ δεικτών της αγγειογένεσης σε άκρο που πάσχει από ισχαιμία παρουσία διαβήτη, δύναται να έχει τεράστια εφαρμογή στην κλινική πράξη για την ιατρική παρακολούθηση του ‘διαβητικού ποδιού’.

Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η εφαρμογή της Μοριακής Απεικόνισης για την λήψη εικόνων παθολογικής αγγειογένεσης σε πειραματικό μοντέλο λευκού κόνικλου Νέας Ζηλανδίας με καρκίνωμα VX2. Στη πρώτη φάση της διπλωματικής εργασίας προσδιορίσαμε ως κατάλληλο μοριακό στόχο για την απεικόνιση της αγγειογένεσης, την ιντεγκρίνη ανβ3. Η επιλογή του στόχου βασίστηκε στο γεγονός ότι το επίπεδο έκφρασης της ιντεγκρίνης ανβ3 αυξάνεται σημαντικά κατά την αγγειογένεση, η οποία έχει διαπιστωθεί ότι συμμετέχει στην ανάπτυξη ενός όγκου και επάγεται από χημικούς παράγοντες σε καταστάσεις ισχαιμίας, ενώ σχετίζεται και με πολλές άλλες ασθένειες. Στη δεύτερη φάση στόχος μας ήταν να γίνει εμφύτευση καρκινικών κυττάρων της σειράς VX2 σε κόνικλο και η δημιουργία ενός carrier animal με όγκο VX2. Η δημιουργία ενός δότη κυττάρων VX2 χρησιμεύει για την επίτευξη συνεχών μετεμφυτεύσεων του όγκου σε κόνικλους που προορίζονται για απεικόνιση του επιλεγμένου μοριακού στόχου. Για τη μελέτη του επιπέδου έκφρασης της ιντεγκρίνης ανβ3 επιλέχθηκαν ως μόρια προς επισήμανση πεπτίδια τα οποία φέρουν την αλληλουχία RGD (Arginine-Glycine-Aspartic acid) μέσω της οποίας αντιδρούν με το μόριο της ιντεγκρίνης ανβ3 και ως κατάλληλο σύστημα απεικόνισης περιστρεφόμενη γ κάμερα. Τελικός στόχος είναι μέσω του δείκτη ανβ3 να μελετήσουμε πως εξελίσσεται χρονικά και χωρικά σε σχέση με τον όγκο η αγγειογένεση. Μελλοντικές προοπτικές είναι η ακριβής παρακολούθηση σε κλινικό επίπεδο της διαδικασίας της αγγειογένεσης μετά από χορήγηση προ-αγγειογενετικών ή αντι-αγγειογενετικών παραγόντων σε περιπτώσεις ισχαιμίας ή καρκίνου αντίστοιχα. / The aim of the study was the aquisition of images of tumor angiogenesis by implementing Molecular Imaging techniques. The small animal experimental platform that was required for the study was the New Zealand White rabbit with VX2 carcinoma. The molecular target for imaging angiogenesis was integrin ανβ3, which is found to be overexpressed in endothelial cells participating in angiogenesis. Angiogenesis is found to be crucial for the development of solid tumors (excessive angiogenesis) and other pathological conditions (insufficient angiogenesis). Tracers that interact with ανβ3 are RGD (Arginine-Glycine-Aspartic acid residues)peptides labeled with radionuclides and suitable imaging modality is rotating gamma camera. Targeted molecular imaging may visualize the early activation of the angiogenic type of endothelial cells.To that end, we hope to gain further insights into the specific temporal and spatial characteristics of the onset of angiogenesis.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη της απεικόνισης και ποσοτικοποίησής της με χρήση τεχνικών μοριακής απεικόνισης. Ένα νέο κυκλικό πεπτιδικό παράγωγο RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys), το cRGDfK-Orn3-CGG, αξιολογήθηκε ως νέο μοριακό μέσο στόχευσης του καρκίνου μέσω της ειδικής στόχευσης των υποδοχέων ιντεγκρίνης ανβ3 που υπερεκφράζονται κατά την αγγειογένεση. Το νέο πεπτιδικό παράγωγο φέρει τον περιφερειακό υποκαταστάτη CGG (Cys-Gly-Gly), κατάλληλο για την επισήμανση με σύμπλοκα του πεντασθενούς 99mTc(V) καθώς και για την σύζευξη με νανοσωματίδια. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια (10±2 nm) συζευγμένα με το νέο παράγωγο RGD, κατάλληλα τόσο για SPECT/MRI απεικόνιση όσο και για υπερθερμία. Ειδικότερα, αξιολογήθηκαν ως νέα μοριακά μέσα απεικόνισης: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs και 99mΤc-NPs-RGD, αναφορικά με τα ραδιοχημικά, ραδιοβιολιγικά και in vivo απεικονιστικά χαρακτηριστικά τους. Τα επισημασμένα παράγωγα λήφθηκαν σε υψηλές αποδόσεις και παρουσίασαν ικανοποιητική σταθερότητα in vitro: α) με την πάροδο του χρόνου, β) σε παρουσία περίσσειας ανταγωνιστών για το 99mTc, γ) σε παρουσία ανθρωπίνου πλάσματος ή ορού. Η μελέτη της in vivo συμπεριφοράς, αλλά και η βιοκατανομή των νέων παραγώγων πραγματοποιήθηκε σε φυσιολογικούς μύες και σε παθολογικά πρότυπα καρκίνου τύπου γλοιοβλαστώματος U87MG. Η αξιολόγηση της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης κατέδειξε μέγιστη στόχευση στις ιντεγκρίνες ανβ3 σε ποσοστό 11,60±3,05 % ID/g για το παράγωγο 99mTc-RGD και 9,01±0,19 ID/g για τα στοχευμένα νανοσωματίδια 99mTc-NPs-RGD. Το 99mTc-RGD σχεδιάστηκε κατάλληλα ώστε να αποβάλλεται από τον οργανισμό μέσω του ουροποιητικού συστήματος, με την προσθήκη του υδρόφιλου μορίου ορνιθίνης (Orn3) στη δομή του. Ενώ, τα 99mTc-NPs αποβάλλονται κυρίως μέσω του ηπατοχολικού συστήματος, τα στοχευμένα 99mTc-NPs-RGD παρουσιάζουν χαμηλότερη πρόσληψη στο ήπαρ και υψηλότερη πρόσληψη στους νεφρούς, η οποία μπορεί να αποδοθεί στην πρόσδεση του RGD παραγώγου στην επιφάνεια των NPs. Ικανοποιητικές απεικονίσεις των όγκων ελήφθησαν και με τα επισημασμένα παράγωγα 99mTc-RGD και 99mΤc-NPs. Τέλος, η in vivo αξιολόγηση της θερμικής απόκρισης των NPs ανέδειξε ικανοποιητικά αποτελέσματα, με αντικαρκινική δράση σε πειραματόζωο που φέρει U87MG όγκο. Τα παραπάνω αρχικά αποτελέσματα οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα στοχευμένα νανοσωματίδια είναι πολλά υποσχόμενα στο πεδίο της μοριακής απεικόνισης για τον ποσοτικό προσδιορισμό της χωροχρονικής κατανομής της αγγειογένεσης με στόχο τη διάγνωση αλλά και τη θεραπευτική προσέγγιση. / The aim of the present project is the in vivo evaluation of quantitative monitoring of angiogenesis making use of the molecular imaging methodology. A new cyclic RGDfK (Arg-Gly-Asp-D‐Phe–Lys) derivative, namely the cRGDfK-Orn3-CGG, was evaluated as eventually promising in early tumor detection through specifically targeting integrin ανβ3 receptors, overexpressed in angiogenesis. This new peptide, availing the 99mTc-chelating moiety CGG (Cys-Gly-Gly), is appropriately designed for 99mTc-labeling, as well as consequent conjugation onto nanoparticles. Specifically, RGD-conjugated iron oxide nanoparticles (10±2 nm) have been developed appropriately for SPECT/MRI imaging and hyperthermia treatment. Particularly, they were evaluated as tumor imaging agents: 99mΤc-RGD (cRGDfK-Orn3-CGG), 99mΤc-NPs and 99mΤc-NPs-RGD. The new derivatives were examined with regard to their radiochemical, radiobiological and imaging characteristics. It has been demonstrated that they were obtained in high radiochemical yield and presented high in vitro stability being examined: a) at different time-points, b) in the presence of an excess of antagonist moites for 99mTc, c) in human plasma or serum. The in vivo study and the biodistribution evaluation of radiolabeled products were assessed in normal mice and in pathological models (scid mice) bearing experimental U87MG glioblastoma tumors. Τhe quantitative evaluation of angiogenesis spatial distribution confirmed high specific binding of the 99mTc-RGD peptides to ανβ3 integrins, with significantly high tumor uptake 11.60±3.06 % ID/g, while targeting with 99mTc-NPs-RGD demonstrates high tumor uptake 9.01±0.19 ID/g. The 99mTc-RGD was appropriately designed to have urine excretion due to the ornithine (Orn3) linker, while the 99mTc-NPs exhibits hepatobiliary excretion, compared to 99mTc-NPs-RGD, which exhibit lower values of liver uptake with a significantly higher kidney uptake, which can be attributed to the attachment of the RGD derivative on the surface of NPs. Satisfactory tumor images were obtained with the radiolabeled derivatives 99mTc-RGD and 99mΤc-NPs. Finally, the in vivo heating efficiency experiment showed that hyperthermia induction with the aid of iron oxide NPs was feasible, resulting to anti-tumor effect in a U87MG tumor-bearing mouse. The above preliminary results indicate that targeted iron oxide NPs are promising candidates for the quantitative monitoring of angiogenesis for molecular imaging and potential cancer therapy.

Στην εποχή της Μοριακής Ιατρικής, η ιατρική πληροφορία θα πρέπει να σχετίζεται με την λειτουργία των ιστών και των κυττάρων σε μοριακό επίπεδο. Η ιατρική διάγνωση καθώς και ο σχεδιασμός και η αποτελεσματικότητα της θεραπείας απαιτούν λεπτομερή πληροφόρηση σε θέματα που αφορούν τον μεταβολισμό, τους υποδοχείς, αλλά και την γονιδιακή έκφραση των ιστών. Η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (ΡΕΤ), μέθοδος της Πυρηνικής Ιατρικής είναι ο κυριότερος επί του παρόντος εκπρόσωπος της Μοριακής Απεικόνισης, διαγιγνώσκει δηλαδή απεικονιστικά παθήσεις σε μοριακό επίπεδο με την βοήθεια ραδιοφαρμάκων. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει όλο και μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την ανάπτυξη συστημάτων Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίων που αφορούν την απεικόνιση μικρών ζώων (animal PET). Τα συστήματα αυτά είναι σχεδιασμένα ώστε να κάνουν απεικόνιση ανατομικών δομών μικρότερων από αυτές του ανθρώπου. Τα οφέλη πολλά, τόσο στην αξιολόγηση νέων ραδιοφαρμάκων, όσο και στην βελτίωση των κλινικών PET μέσα από την μελέτη και την ανάπτυξη τέτοιων πρότυπων συστημάτων. Το αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αφορά την μελέτη σε βάθος και κατανόηση της λειτουργίας ενός πρότυπου συστήματος PET (Positron Emission Tomography). Σε πειραματικό επίπεδο θα γίνει εκμάθηση και λήψη δεδομένων μέσω των ηλεκτρονικών μονάδων NIM. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος που χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία είναι μια μικρή PET κάμερα, που αποτελείται από δυο κεφαλές βασισμένες σε χωρικά ευαίσθητο φωτοπολλαπλασιαστή H8500 και διακριτοποιημένο κρύσταλλο LSO κυψελίδων 2x2mm2, πεδίου διαστάσεων 5x5cm2. Κάθε κεφαλή περιλαμβάνει ένα φωτοπολλαπλασιαστή, ένα κρύσταλλο και ηλεκτρονικά τα οποία είναι υπεύθυνα για την προ-ενίσχυση. Το σύστημα συλλογής δεδομένων θα γίνει μέσω των ηλεκτρονικών NIM (Nuclear Instrumentation Module) και θα συγκριθεί με εκείνο του small animal PET. Σκοπός μας είναι να χρησιμοποιήσουμε τις κατάλληλες μονάδες (ενισχυτές, διευκρινιστές, μονάδες σύμπτωσης και gate and delay generators), ώστε να καταγραφεί το είδος των μεταφερομένων σημάτων σε όλες τις επιμέρους μονάδες. Στη συνέχεια και ύστερα από επεξεργασία των δεδομένων στον υπολογιστή θα πραγματοποιηθεί απεικόνιση ομοιωμάτων ή μικρών ζώων. Η σύγκριση καθώς και η κατανόηση της λειτουργίας του τρόπου με τον οποίο γίνεται η σύμπτωση και η συλλογή των δεδομένων θα μας βοηθήσει μελλοντικά στην ανάπτυξη ενός νέου συστήματος PET με βέλτιστα επιθυμητά χαρακτηριστικά. / In this work dual head PET camera, suitable for high resolution small animal studies has been developed. The system has a field of view of 5x5cm and is based on 2 H8500 position sensitive photomultiplier tubes (PSPMTs), coupled to two LSO crystals with 2.5x2.5mm pixel size. Then an FPGA based data acquisition system and proper data reconstruction system collect events, sort coincidences and produce images. We develop a system that is responsible for the coincidence detection based on NIM electronics. Systems evaluation has been carried out using FDG. Point sources have been used for systems calibration. Capillaries with 1.1mm inner diameter were imaged.

- / The term Molecular Imaging (MI) can be broadly defined as the in vivo characterization and measurement of biological processes at the cellular and molecular level. In contradistinction to “classical” diagnostic imaging, it sets forth to probe the molecular abnormalities that are the basis of disease rather than to image the end effects of these molecular alterations. The underlying biology represents a new arena for many researchers. A number of technological challenges such as signal amplification, data and image processing and efficient imaging strategies, provide a fast growing scientific domain. Positron Emission Tomography (PET), Magnetic Resonance Imaging (MRI), Single Photon Emission Tomography (SPECT) and optical imaging are the main tools of clinical molecular imaging. Nuclear medicine techniques (SPECT and PET) are key players in MI. New radiopharmaceutical products are currently being developed, in order to increase the specificity and sensitivity of existing imaging techniques. Small animal imaging is the main tool for the evaluation of those derivatives, especially in dynamic in vivo studies. In this, preclinical part, high resolution and high sensitivity imaging equipment is necessary; as a result a number of such prototypes have been developed worldwide and some of them are commercialized. However, there cost is usually not affordable for small or medium size laboratories. In this work a low cost dual head PET camera, suitable for high resolution small animal studies has been developed. It is the result of the collaboration between Jefferson lab and Technological Educational Institute of Athens (TEI) and is currently evaluated in Institute of Radioisotopes and Radiodiagnostic Products (IRRP), in “Demokritos” Center. The system has a field of view of 5x5cm and is based on 2 H8500 position sensitive photomultiplier tubes (PSPMTs), coupled to two LSO crystals with 2.5x2.5mm pixel size. Then an FPGA based data acquisition system and proper data reconstruction system collect events, sort coincidences and produce images. The DAQ board consists of 16-channel DAQ modules installed on a USB2 carrier. Each channel is an independent acquisition system consisting of traditional analog pulse processing, FPGA analog control, and FPGA signal processing. After acquisition and processing, channel data are assembled into event blocks for readout by the carrier board. Application specific tasks are performed in JAVA using the Kmax interface. The GUI was designed to be easy-to-use. In order to further analyze images and process the results proper algorithms were developed in MATLAB and ImageJ. Systems evaluation has been carried out using FDG. Point sources have been used for systems calibration. Capillaries with 1.1mm inner diameter were imaged and used for resolution calculation. Finally a mouse injected with 100μCi of FDG was imaged. Spatial resolution has been measured using thin capillaries (1.1mm inner diameter) and found equal to 3,5mm in planar mode. This lower limit is determined by LSO pixels size (2.5×25mm2). Simulation studies have shown that resolution lower than 2mm will be achieved in tomographic mode. Mice injected with FDG are presented. Brain and heart are clearly imaged. Currently, a rotating base is constructed, in order to upgrade the system to a tomographic PET. PET results will be presented as well. In addition, IRRP and TEI are working on new radiopharmaceuticals based on Cu-64. It must be stated that PET market opened in Greece four years ago; This system is the first working small PET prototype in Greece and it initiates national preclinical PET research.