Pozytonowa tomografia emisyjna

Tomografia emisyjna pozytonów (PET) jest metodą badania aktywności metabolicznej i funkcjonalnej tkanek organizmu in vivo. Metoda opiera się na zjawisku emisji pozytonów obserwowanym w radiofarmaceutyku wprowadzonym do organizmu podczas jego dystrybucji i akumulacji w różnych narządach. W neurologii głównym punktem zastosowania tej metody jest badanie metabolizmu mózgu w szeregu chorób. Zmiany w akumulacji nuklidów w dowolnym obszarze mózgu sugerują zaburzenie aktywności neuronalnej.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Wskazania do pozytonowej tomografii emisyjnej

Wskazania do pozytonowej tomografii emisyjnej obejmują badanie hibernacji mięśnia sercowego u pacjentów poddawanych pomostowaniu tętnic wieńcowych lub przeszczepowi serca oraz odróżnianie przerzutów od martwicy i włóknienia w powiększonych węzłach chłonnych u pacjentów z rakiem. PET jest również stosowana do oceny guzków płucnych i określania, czy są one aktywne metabolicznie, a także do diagnozowania raka płuc, raka szyi, chłoniaka i czerniaka. TK można łączyć z pozytonową tomografią emisyjną w celu korelacji danych morfologicznych i czynnościowych.

Przygotowanie do tomografii emisyjnej pozytonów

Badanie PET wykonuje się na czczo (ostatni posiłek 4-6 godzin przed badaniem). Czas trwania badania wynosi od 30 do 75 minut, w zależności od zakresu procedury. Przez 30-40 minut potrzebnych na wprowadzenie podanego leku do procesów metabolicznych organizmu pacjenci powinni znajdować się w warunkach minimalizujących możliwość aktywności ruchowej, mowy i emocjonalnej, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wyników fałszywie dodatnich. W tym celu pacjenta umieszcza się w oddzielnym pomieszczeniu z dźwiękoszczelnymi ścianami; pacjent leży z zamkniętymi oczami.

Metody alternatywne

Inne metody obrazowania czynnościowego mózgu, takie jak spektroskopia rezonansu magnetycznego, tomografia komputerowa z emisją pojedynczego fotonu, perfuzja i czynnościowy rezonans magnetyczny mogą w pewnym zakresie stanowić alternatywę dla PET.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Tomografia emisyjna pojedynczego fotonu

Tańszą metodą badania radioizotopowego struktur przyżyciowych mózgu jest tomografia komputerowa emisyjna pojedynczego fotonu.

Metoda ta opiera się na rejestracji promieniowania kwantowego emitowanego przez izotopy radioaktywne. W przeciwieństwie do metody PET, tomografia komputerowa emisyjna pojedynczego fotonu wykorzystuje pierwiastki, które nie uczestniczą w metabolizmie (Tc99, TI-01), a za pomocą kamery y obracającej się wokół obiektu rejestrowane są pojedyncze kwanty (fotony), a nie sparowane.

Jedną z modyfikacji metody tomografii komputerowej emisyjnej pojedynczego fotonu jest wizualizacja lokalnego przepływu krwi mózgowej. Pacjentowi podaje się do inhalacji mieszaninę gazów, zawierającą ksenon-133, który rozpuszcza się we krwi, a za pomocą analizy komputerowej konstruuje się trójwymiarowy obraz rozmieszczenia źródeł emisji fotonów w mózgu o rozdzielczości przestrzennej około 1,5 cm. Metodę tę stosuje się w szczególności do badania cech lokalnego przepływu krwi mózgowej w chorobach naczyniowo-mózgowych i w różnych typach demencji.

Ocena wyników

Ocenę PET przeprowadza się przy użyciu metod wizualnych i półilościowych. Wizualną ocenę danych PET przeprowadza się przy użyciu zarówno czarno-białych, jak i różnych skal kolorów, co pozwala określić intensywność gromadzenia się radiofarmaceutyku w różnych częściach mózgu, zidentyfikować ogniska patologicznego metabolizmu oraz ocenić ich lokalizację, kontury i rozmiary.

W analizie półilościowej oblicza się stosunek kumulacji radiofarmaceutyku pomiędzy dwoma obszarami tej samej wielkości, z których jeden odpowiada najbardziej aktywnej części procesu patologicznego, a drugi niezmienionemu, przeciwległemu obszarowi mózgu.

Zastosowanie PET w neurologii pozwala rozwiązać następujące problemy:

• badanie aktywności określonych obszarów mózgu w odpowiedzi na różne bodźce;
• przeprowadzać wczesną diagnostykę chorób;
• przeprowadzać diagnostykę różnicową procesów patologicznych o podobnych objawach klinicznych;
• przewidzieć przebieg choroby, ocenić skuteczność terapii.

Głównymi wskazaniami do stosowania tej techniki w neurologii są:

• patologia naczyń mózgowych;
• padaczka;
• Choroba Alzheimera i inne rodzaje demencji;
• choroby zwyrodnieniowe mózgu (choroba Parkinsona, choroba Huntingtona);
• choroby demielinizacyjne;
• guzy mózgu.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ], [ 23 ]

Padaczka

PET z 18-fluorodeoksyglukozą pozwala na wykrywanie ognisk padaczkowych, zwłaszcza w ogniskowych postaciach padaczki, oraz ocenę zaburzeń metabolicznych w tych ogniskach. W okresie międzynapadowym strefa ogniska padaczkowego charakteryzuje się hipometabolizmem glukozy, a obszar obniżonego metabolizmu w niektórych przypadkach znacznie przekracza wielkość ogniska ustalonego metodami neuroobrazowania strukturalnego. Ponadto PET pozwala na wykrywanie ognisk padaczkowych nawet przy braku zmian elektroencefalograficznych i strukturalnych, może być stosowany w diagnostyce różnicowej napadów padaczkowych i niepadaczkowych. Czułość i swoistość metody znacznie wzrastają przy łącznym stosowaniu PET z elektroencefalografią (EEG).

W momencie napadu padaczkowego obserwuje się zwiększenie regionalnego metabolizmu glukozy w obszarze ogniska padaczkowego, często w połączeniu z zahamowaniem w innym obszarze mózgu, a po napadzie ponownie odnotowuje się hipometabolizm, którego nasilenie zaczyna niezawodnie zmniejszać się po 24 godzinach od wystąpienia napadu.

PET może być również z powodzeniem stosowany w podejmowaniu decyzji o wskazaniach do leczenia operacyjnego różnych postaci padaczki. Przedoperacyjna ocena lokalizacji ognisk padaczkowych umożliwia wybór optymalnej taktyki leczenia i bardziej obiektywną prognozę wyników proponowanej interwencji.

[ 24 ], [ 25 ], [ 26 ], [ 27 ], [ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ], [ 32 ]

Patologia naczyń mózgowych

W diagnostyce udaru niedokrwiennego PET jest rozpatrywana jako metoda określania żywej, potencjalnie odzyskiwalnej tkanki mózgowej w strefie półcienia niedokrwiennego, co pozwoli na określenie wskazań do terapii reperfuzyjnej (trombolizy). Zastosowanie centralnych ligandów receptora benzodiazepinowego, które służą jako markery integralności neuronalnej, pozwala na dość wyraźne rozróżnienie nieodwracalnie uszkodzonej i żywej tkanki mózgowej w strefie półcienia niedokrwiennego na wczesnym etapie udaru. Możliwe jest również przeprowadzenie diagnostyki różnicowej między świeżymi i starymi ogniskami niedokrwiennymi u pacjentów z powtarzającymi się epizodami niedokrwiennymi.

[ 33 ], [ 34 ], [ 35 ], [ 36 ], [ 37 ], [ 38 ], [ 39 ], [ 40 ]

Choroba Alzheimera i inne rodzaje demencji

W diagnostyce choroby Alzheimera czułość badania PET waha się od 76 do 93% (średnio 86%), co potwierdzają badania sekcyjne.

Badanie PET w chorobie Alzheimera charakteryzuje się wyraźnym ogniskowym spadkiem metabolizmu mózgowego, głównie w obszarach asocjacyjnych kory mózgowej (tylny zakręt obręczy, kora skroniowo-ciemieniowa i czołowa multimodalna), przy czym zmiany są bardziej wyraźne w dominującej półkuli. Jednocześnie jądra podstawy, wzgórze, móżdżek i kora mózgowa odpowiadająca za podstawowe funkcje sensoryczne i motoryczne pozostają stosunkowo nienaruszone. Najbardziej typowy dla choroby Alzheimera jest obustronny hipometabolizm w obszarach skroniowo-ciemieniowych mózgu, który w zaawansowanych stadiach może łączyć się ze spadkiem metabolizmu w korze czołowej.

Otępienie spowodowane chorobą naczyniowo-mózgową charakteryzuje się dominującym zaangażowaniem płatów czołowych, w tym zakrętu obręczy i zakrętu czołowego górnego. Pacjenci z otępieniem naczyniowym mają również zazwyczaj plamiste obszary zmniejszonego metabolizmu w istocie białej i korze, często obejmujące móżdżek i podkory. Otępienie czołowo-skroniowe wykazuje zmniejszony metabolizm w korze skroniowej czołowej, przedniej i środkowej. Pacjenci z otępieniem z ciałami Lewy'ego mają obustronne niedobory metaboliczne w obrębie płata skroniowo-ciemieniowego przypominające chorobę Alzheimera, ale często obejmują korę potyliczną i móżdżek, które są zwykle nienaruszone w chorobie Alzheimera.

Wzór zmian metabolicznych w różnych stanach związanych z demencją

Etiologia demencji	Strefy zaburzeń metabolicznych
Choroba Alzheimera	Uszkodzenie kory ciemieniowej, skroniowej i tylnej części zakrętu obręczy występuje najwcześniej, przy względnym oszczędzaniu pierwotnej kory czuciowo-ruchowej i pierwotnej kory wzrokowej oraz przy oszczędzaniu prążkowia, wzgórza i móżdżku. Na wczesnych etapach deficyt jest często asymetryczny, ale proces zwyrodnieniowy ostatecznie objawia się obustronnie.
Otępienie naczyniowe	Hipometabolizm i hipoperfuzja w dotkniętych obszarach korowych, podkorowych i móżdżku
Otępienie czołowe	W pierwszej kolejności dotknięte zostają kora czołowa, przednia kora skroniowa oraz okolice skroniowo-środkowa. Początkowo stopień uszkodzenia jest wyższy niż w przypadku kory ciemieniowej i skroniowej bocznej, przy względnym zachowaniu pierwotnej kory czuciowo-ruchowej i wzrokowej.
Pląsawica Huntingtona	Jądra ogoniaste i soczewkowate są dotknięte wcześniej, a stopniowo dochodzi do rozlanego zajęcia kory mózgowej.
Demencja w chorobie Parkinsona	Objawy podobne do choroby Alzheimera, ale z większym oszczędzeniem okolicy skroniowo-środkowej i mniejszym oszczędzeniem kory wzrokowej
Otępienie z ciałami Lewy’ego	Zaburzenia typowe dla choroby Alzheimera, ale z mniejszym zachowaniem kory wzrokowej i ewentualnie móżdżku

Zastosowanie PET jako predyktora rozwoju otępienia typu Alzheimera, zwłaszcza u pacjentów z łagodnymi i umiarkowanymi zaburzeniami funkcji poznawczych, jest obiecujące.

Obecnie podejmowane są próby badania amyloidozy mózgowej in vivo za pomocą PET, wykorzystując specjalne ligandy amyloidu, w celu przedklinicznej diagnostyki demencji u osób z czynnikami ryzyka. Badanie nasilenia i lokalizacji amyloidozy mózgowej pozwala również na wiarygodną poprawę diagnostyki na różnych etapach choroby. Ponadto wykorzystanie PET, zwłaszcza w dynamice, pozwala na dokładniejsze przewidywanie przebiegu choroby i obiektywną ocenę skuteczności terapii.

[ 41 ], [ 42 ], [ 43 ], [ 44 ], [ 45 ]

Choroba Parkinsona

PET z wykorzystaniem specyficznego ligandu B18-fluorodopy pozwala na ilościowe określenie niedoboru syntezy i magazynowania dopaminy w obrębie presynaptycznych zakończeń prążkowia w chorobie Parkinsona. Obecność charakterystycznych zmian pozwala na ustalenie diagnozy i zorganizowanie działań profilaktycznych i terapeutycznych już we wczesnych, niekiedy przedklinicznych stadiach choroby.

Zastosowanie PET pozwala na różnicowanie choroby Parkinsona z innymi chorobami, których obraz kliniczny obejmuje objawy pozapiramidowe, np. zanik wieloukładowy.

Stan samych receptorów dopaminowych można ocenić za pomocą PET z ligandem receptora H2, _raklopridem. W chorobie Parkinsona liczba presynaptycznych zakończeń dopaminergicznych i ilość transportera dopaminy w szczelinie synaptycznej są zmniejszone, podczas gdy w innych chorobach neurodegeneracyjnych (np. zanik wieloukładowy, postępujące porażenie nadjądrowe i zwyrodnienie korowo-podstawne) liczba receptorów dopaminowych w prążkowiu jest zmniejszona.

Ponadto dzięki zastosowaniu PET można przewidzieć przebieg i tempo postępu choroby, ocenić skuteczność farmakoterapii i ustalić wskazania do leczenia operacyjnego.

Pląsawica Huntingtona i inne hiperkinezy

Wyniki badania PET w pląsawicy Huntingtona charakteryzują się zmniejszeniem metabolizmu glukozy w jądrze ogoniastym, co umożliwia przedkliniczną diagnostykę choroby u osób, u których ryzyko jej wystąpienia jest wysokie na podstawie wyników badań DNA.

W dystonii skrętnej badanie PET z zastosowaniem 18-fluorodeoksyglukozy ujawnia spadek regionalnego poziomu metabolizmu glukozy w jądrze ogoniastym i soczewkowatym, a także w polach projekcji czołowej jądra wzgórza przyśrodkowo-grzbietowego, przy zachowaniu nienaruszonego ogólnego poziomu metabolizmu.

Stwardnienie rozsiane

Badanie PET z 18-fluorodeoksyglukozą u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym wykazuje rozproszone zmiany w metabolizmie mózgu, w tym w istocie szarej. Zidentyfikowane ilościowe zaburzenia metaboliczne mogą służyć jako marker aktywności choroby, a także odzwierciedlać patofizjologiczne mechanizmy rozwoju zaostrzeń, pomagać w przewidywaniu przebiegu choroby i ocenie skuteczności terapii.

Guzy mózgu

CT lub MRI pozwalają na uzyskanie wiarygodnych informacji o lokalizacji i objętości uszkodzenia tkanki mózgowej przez guz, ale nie dają pełnej możliwości odróżnienia zmian łagodnych od złośliwych z dużą dokładnością. Ponadto metody neuroobrazowania strukturalnego nie mają wystarczającej swoistości, aby odróżnić nawrót guza od martwicy popromiennej. W takich przypadkach metodą z wyboru staje się PET.

Oprócz 18-fluorodeoksyglukozy, do diagnozowania guzów mózgu stosuje się inne radiofarmaceutyki, takie jak ¹¹ C-metionina i ¹¹ C-tyrozyna. W szczególności PET z ¹¹ C-metioniną jest bardziej czułą metodą wykrywania astrocytomów niż PET z 18-fluorodeoksyglukozą i może być również stosowana do oceny guzów o niskim stopniu złośliwości. PET z ¹¹ C-tyrozyną umożliwia różnicowanie nowotworów złośliwych od łagodnych zmian mózgu. Ponadto, wysoce i słabo zróżnicowane guzy mózgu wykazują różną kinetykę absorpcji tego radiofarmaceutyku.

Obecnie PET jest jednym z najbardziej dokładnych i zaawansowanych technologicznie badań służących do diagnozowania różnych chorób układu nerwowego. Ponadto, metoda ta może być stosowana do badania funkcjonowania mózgu u zdrowych osób w celach naukowych.

Zastosowanie tej metody ze względu na niedostateczną ilość sprzętu i wysoki koszt pozostaje niezwykle ograniczone i jest dostępne jedynie w dużych ośrodkach badawczych, ale potencjał PET jest dość wysoki. Wprowadzenie techniki, która umożliwia jednoczesne wykonywanie MRI i PET z późniejszym łączeniem uzyskanych obrazów, wydaje się niezwykle obiecujące, co pozwoli na uzyskanie maksymalnej ilości informacji o zmianach strukturalnych i funkcjonalnych w różnych częściach tkanki mózgowej.

Czym jest pozytonowa tomografia emisyjna?

W odróżnieniu od standardowego MRI lub TK, które dostarczają przede wszystkim obrazu anatomicznego narządu, PET ocenia zmiany czynnościowe na poziomie metabolizmu komórkowego, które można rozpoznać już we wczesnych, przedklinicznych stadiach choroby, gdy metody obrazowania strukturalnego mózgu nie ujawniają żadnych zmian patologicznych.

PET wykorzystuje różne radiofarmaceutyki znakowane tlenem, węglem, azotem, glukozą, czyli naturalne metabolity organizmu, które są włączane do metabolizmu wraz z własnymi endogennymi metabolitami. Dzięki temu możliwa staje się ocena procesów zachodzących na poziomie komórkowym.

Najczęściej stosowanym radiofarmaceutykiem w PET jest fluorodeoksyglukoza. Inne radiofarmaceutyki powszechnie stosowane w PET to ^11C- metionina (MET) i ^11C- tyrozyna.

Obciążenie promieniowaniem przy maksymalnej dawce podanego leku odpowiada obciążeniu promieniowaniem, jakie otrzymał pacjent podczas prześwietlenia klatki piersiowej w dwóch projekcjach, więc badanie jest stosunkowo bezpieczne. Jest przeciwwskazane dla osób cierpiących na cukrzycę, z poziomem cukru we krwi powyżej 6,5 mmol/l. Przeciwwskazania obejmują również ciążę i laktację.