Pozytonowa Tomografia Emisyjna jest wykorzystywana przede wszystkim w medycynie. Właściwości tej techniki mogą jednak okazać się przydatne również w zastosowaniach przemysłowych. Takim wykorzystaniem techniki PET zajmują się specjaliści Departamentu Układów Złożonych NCBJ w ramach projektu IMPET, uzyskanego w programie First Team FENG Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

W obrazowaniu przemysłowym powszechnie stosowane są techniki, takie jak Tomografia Komputerowa (ang. CT), Transmisyjna Mikroskopia Elektronowa (ang. TEM) oraz Spektroskopia Czasów Życia Pozytonów (ang. PALS). To właśnie techniki wykorzystujące oddziaływanie pozytonów (anty-elektronów) z materią cieszą się ogromnym zainteresowaniem naukowców. W zastosowaniach medycznych jest to Pozytonowa Tomografia Emisyjna (PET), zaś w badaniach przemysłowych Pozytonowo Emisyjne Śledzenie Cząstek (PEPT). Pomimo niezaprzeczalnego sukcesu wspomnianych technik w zastosowaniach inżynierskich, odznaczają się one pewnymi ograniczeniami. W szczególności metoda PALS, która stosowana jest do badania własności materiałów porowatych, nie pozwala na przeprowadzenie obrazowania trójwymiarowego i określenia pozycji defektów w badanym obiekcie. Podobnie technika PEPT pozwala na śledzenie trajektorii znacznika radioaktywnego w czasie z dużą dokładnością, jednakże dotyczy to jedynie pojedynczego znacznika. Tomografia PET nie jest zaś powszechnie stosowana w zastosowaniach przemysłowych.

W ramach nowego projektu kierowanego przez dr Wojciecha Krzemienia, wraz z zespołem specjalistów z Departamentu Układów Złożonych NCBJ pod kierownictwem dr hab. Lecha Raczyńskiego i dr Konrada Klimaszewskiego, naukowcy przeprowadzą badania nad zastosowaniem wielofotonowej tomografii PET, o wysokiej rozdzielczości czasowej, do zastosowań przemysłowych. Ten typ obrazowania pozwala na wyznaczenie przestrzennego obrazu czasu życia pozytonium (układu związanego pozytonu i elektronu). Zapewnia to analogiczną do PALS zdolność obrazowania rozmiarów wolnych objętości oraz defektów wzbogaconą o informację przestrzenną. Tomografia PET o wysokiej rozdzielczości może zostać zastosowana także do śledzenia trajektorii wielu znaczników radioaktywnych oraz znaczników o dynamicznym kształcie (np. płyny), poszerzając obecne możliwości PEPT.

Podczas prac nad projektem, opracowane zostaną nowatorskie metody rekonstrukcji wielofotonowych obrazów PET oraz pionierskie rozwiązania korekcji obrazu na efekty zaburzające. Obrazowanie 3-fotonowe z uwzględnieniem tzw. fotonu prędkiego umożliwia wyznaczanie czasu życia pozytonium. Uzyskana w wyniku proponowanych badań poprawa rozdzielczości przestrzennej pozwoli na wykorzystanie tej techniki w określaniu własności oraz pozycji defektów w obiektach. Istotnym ograniczeniem obrazowania PET jest rozmycie obrazu wprowadzane przez zaburzenia, takie jak rozpraszanie fotonów w badanym materiale. Przeprowadzone w projekcie badania nad nowatorskimi zastosowaniem sztucznej inteligencji na potrzeby technik korekcji takich efektów zaburzających, będą niezbędnym składnikiem proponowanego rozwiązania, umożliwiając zastosowanie wielofotonowej tomografii PET w obrazowaniu przemysłowym. Zastosowanie uczenia głębokiego (and. Deep Learning), w tym konwolucyjnych sieci neuronowych (ang. CNN), pozwoli na całościowe uwzględnienie informacji o rozkładzie gęstości materiału w badanym obiekcie. Informacja ta jest uzyskiwana w obrazowaniu CT, będącym integralną częścią połączonej metody PET/CT. Na podstawie przeprowadzonych badań, naukowcy zaproponują projekt przemysłowego skanera PET oraz protokołu pomiarowego.

Opracowane w projekcie udoskonalenia metod rekonstrukcji i korekcji obrazów PET pozwolą równocześnie na poprawę jakości obrazowania PET w zastosowaniach medycznych. Według raportów opracowanych przez WHO, choroby nowotworowe są pierwszą lub drugą przyczyną śmierci w wielu krajach świata. Jednocześnie wczesna diagnoza jest głównym czynnikiem wpływającym na skuteczność terapii. Tomografia PET jest wiodąca metodą diagnostyczną w terapii nowotworów głowy, płuc czy prostaty. Polepszenie rozdzielczości obrazowania pozwala na obserwację mniejszych guzów nowotworowych we wczesnych stadium choroby, a więc pozwala na wcześniejszą diagnozę.

Projekt „IMPET – Wielofotonowa pozytonowa tomografia emisyjna dla obrazowania przemysłowego” został wybrany jako jeden z 27 na 202 zgłoszonych w działaniu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej „FIRST TEAM”, finansowanym z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG). Całkowita kwota dofinansowania projektu wynosi 3 923 769,09 zł.