Pozitrónová emisná tomografia

Pozitrónová emisná tomografia (PET) je metóda na štúdium metabolickej a funkčnej aktivity telesných tkanív in vivo. Metóda je založená na fenoméne pozitrónovej emisie pozorovanej v rádiofarmaku zavedenom do tela počas jeho distribúcie a akumulácie v rôznych orgánoch. V neurológii je hlavným aplikačným bodom metódy štúdium metabolizmu mozgu pri rade ochorení. Zmeny v akumulácii nuklidov v ktorejkoľvek oblasti mozgu naznačujú porušenie neuronálnej aktivity.

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

Indikácie pre pozitrónovú emisnú tomografiu

Indikácie pre pozitrónovú emisnú tomografiu zahŕňajú testovanie hibernácie myokardu u pacientov podstupujúcich bypass koronárnej artérie alebo transplantáciu srdca a rozlíšenie metastáz od nekrózy a fibrózy vo zväčšených lymfatických uzlinách u pacientov s rakovinou. PET sa tiež používa na vyhodnotenie pľúcnych uzlín a určenie, či sú metabolicky aktívne, a na diagnostiku rakoviny pľúc, rakoviny krku, lymfómu a melanómu. CT sa môže kombinovať s pozitrónovou emisnou tomografiou na koreláciu morfologických a funkčných údajov.

Príprava na pozitrónovú emisnú tomografiu

PET sa vykonáva nalačno (posledné jedlo je 4-6 hodín pred vyšetrením). Trvanie vyšetrenia je od 30 do 75 minút v závislosti od rozsahu zákroku. Počas 30-40 minút potrebných na zavedenie podávaného lieku do metabolických procesov tela by pacienti mali byť v podmienkach, ktoré minimalizujú možnosť motorickej, rečovej a emocionálnej aktivity, aby sa znížila pravdepodobnosť falošne pozitívnych výsledkov. Na tento účel je pacient umiestnený v samostatnej miestnosti so zvukotesnými stenami; pacient leží so zatvorenými očami.

Alternatívne metódy

Iné funkčné neurozobrazovacie metódy, ako je magnetická rezonančná spektroskopia, jednofotónová emisná počítačová tomografia, perfúzia a funkčná magnetická rezonancia, môžu do istej miery slúžiť ako alternatíva k PET.

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

Jednofotónová emisná tomografia

Lacnejšou možnosťou rádioizotopového vyšetrenia intravitálnej štruktúry mozgu je jednofotónová emisná počítačová tomografia.

Táto metóda je založená na registrácii kvantového žiarenia emitovaného rádioaktívnymi izotopmi. Na rozdiel od metódy PET, jednofotónová emisná počítačová tomografia využíva prvky, ktoré sa nezúčastňujú metabolizmu (Tc99, TI-01), a pomocou y-kamery rotujúcej okolo objektu sa registrujú jednotlivé kvantá (fotóny) namiesto párových.

Jednou z modifikácií metódy jednofotónovej emisnej počítačovej tomografie je vizualizácia lokálneho prietoku krvi mozgom. Pacientovi sa vdychuje plynná zmes obsahujúca xenón-133, ktorá sa rozpúšťa v krvi, a pomocou počítačovej analýzy sa zostrojí trojrozmerný obraz rozloženia zdrojov fotónovej emisie v mozgu s priestorovým rozlíšením približne 1,5 cm. Táto metóda sa používa najmä na štúdium charakteristík lokálneho prietoku krvi mozgom pri cerebrovaskulárnych ochoreniach a pri rôznych typoch demencie.

Vyhodnotenie výsledkov

Vyhodnotenie PET sa vykonáva vizuálnymi a semikvantitatívnymi metódami. Vizuálne vyhodnotenie PET údajov sa vykonáva pomocou čiernobielych aj rôznych farebných škál, čo umožňuje určiť intenzitu akumulácie rádiofarmaka v rôznych častiach mozgu, identifikovať ložiská patologického metabolizmu a vyhodnotiť ich lokalizáciu, kontúry a veľkosti.

Pri semikvantitatívnej analýze sa vypočíta pomer akumulácie rádiofarmaka medzi dvoma oblasťami rovnakej veľkosti, z ktorých jedna zodpovedá najaktívnejšej časti patologického procesu a druhá nezmenenej kontralaterálnej oblasti mozgu.

Použitie PET v neurológii nám umožňuje riešiť nasledujúce problémy:

• študovať aktivitu určitých oblastí mozgu pri vystavení rôznym podnetom;
• vykonávať včasnú diagnostiku chorôb;
• vykonávať diferenciálnu diagnostiku patologických procesov s podobnými klinickými prejavmi;
• predpovedať priebeh ochorenia, vyhodnotiť účinnosť terapie.

Hlavné indikácie pre použitie tejto techniky v neurológii sú:

• cerebrovaskulárna patológia;
• epilepsia;
• Alzheimerova choroba a iné formy demencie;
• degeneratívne ochorenia mozgu (Parkinsonova choroba, Huntingtonova choroba);
• demyelinizačné ochorenia;
• mozgové nádory.

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

Epilepsia

PET s 18-fluórdeoxyglukózou umožňuje detekciu epileptogénnych ložísk, najmä pri fokálnych formách epilepsie, a hodnotenie metabolických porúch v týchto ložiskách. V interiktálnom období je epileptogénna fokusová zóna charakterizovaná glukózovým hypometabolizmom a oblasť zníženého metabolizmu v niektorých prípadoch výrazne prevyšuje veľkosť ložiska zisteného pomocou štrukturálnych neurozobrazovacích metód. Okrem toho PET umožňuje detekciu epileptogénnych ložísk aj pri absencii elektroencefalografických a štrukturálnych zmien, možno ho použiť v diferenciálnej diagnostike epileptických a neepileptických záchvatov. Citlivosť a špecificita metódy sa výrazne zvyšuje pri kombinovanom použití PET s elektroencefalografiou (EEG).

V čase epileptického záchvatu sa pozoruje zvýšenie regionálneho metabolizmu glukózy v oblasti epileptogénneho ložiska, často v kombinácii s potlačením v inej oblasti mozgu, a po záchvate sa opäť zaznamená hypometabolizmus, ktorého závažnosť sa začína spoľahlivo znižovať 24 hodín po záchvate.

PET sa dá úspešne využiť aj pri rozhodovaní o indikáciách chirurgickej liečby rôznych foriem epilepsie. Predoperačné posúdenie lokalizácie epileptických ložísk umožňuje zvoliť optimálnu liečebnú taktiku a objektívnejšiu prognózu výsledku navrhovaného zákroku.

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

Cerebrovaskulárna patológia

V diagnostike ischemickej cievnej mozgovej príhody sa PET považuje za metódu na určenie životaschopného, potenciálne obnoviteľného mozgového tkaniva v ischemickej zóne penumbry, čo umožní špecifikovať indikácie pre reperfúznu terapiu (trombolýzu). Použitie ligandov centrálnych benzodiazepínových receptorov, ktoré slúžia ako markery neuronálnej integrity, umožňuje pomerne jasné rozlíšenie medzi ireverzibilne poškodeným a životaschopným mozgovým tkanivom v ischemickej zóne penumbry v skorom štádiu cievnej mozgovej príhody. U pacientov s opakovanými ischemickými epizódami je tiež možné vykonať diferenciálnu diagnostiku medzi čerstvými a starými ischemickými ložiskami.

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

Alzheimerova choroba a iné typy demencie

Pri diagnostikovaní Alzheimerovej choroby sa citlivosť PET pohybuje od 76 do 93 % (priemerne 86 %), čo potvrdzujú aj materiály z pitvy.

PET pri Alzheimerovej chorobe sa vyznačuje výrazným fokálnym poklesom mozgového metabolizmu najmä v neokortikálnych asociačných oblastiach kôry (zadný cingulárny, temporoparietálny a frontálny multimodálny kortex), pričom zmeny sú výraznejšie v dominantnej hemisfére. Zároveň bazálne gangliá, talamus, mozoček a kôra zodpovedné za primárne senzorické a motorické funkcie zostávajú relatívne neporušené. Najtypickejším pre Alzheimerovu chorobu je bilaterálny hypometabolizmus v temporoparietálnych oblastiach mozgu, ktorý sa v pokročilých štádiách môže kombinovať so znížením metabolizmu vo frontálnom kortexe.

Demencia spôsobená cerebrovaskulárnym ochorením je charakterizovaná prevažným postihnutím frontálnych lalokov vrátane cingulárneho laloku a horného frontálneho gyrus. Pacienti s vaskulárnou demenciou majú tiež typicky nepravidelné oblasti so zníženým metabolizmom v bielej hmote a kortexe, často postihujúce mozoček a subkortexy. Frontotemporálna demencia vykazuje znížený metabolizmus vo frontálnom, prednom a mediálnom temporálnom kortexe. Pacienti s Lewyho telieskovou demenciou majú bilaterálne temporoparietálne metabolické deficity pripomínajúce Alzheimerovu chorobu, ale často postihujú okcipitálny kortex a mozoček, ktoré sú pri Alzheimerovej chorobe zvyčajne intaktné.

Vzor metabolických zmien pri rôznych stavoch spojených s demenciou

Etiológia demencie	Zóny metabolických porúch
Alzheimerova choroba	Poškodenie parietálneho, temporálneho a zadného cingulárneho kortexu nastáva najskôr s relatívnym zachovaním primárneho senzorimotorického a primárneho zrakového kortexu a so zachovaním striata, talamu a mozočku. V skorých štádiách je deficit často asymetrický, ale degeneratívny proces sa nakoniec prejaví bilaterálne.
Vaskulárna demencia	Hypometabolizmus a hypoperfúzia v postihnutých kortikálnych, subkortikálnych oblastiach a mozočku
Demencia frontálneho typu	Frontálny kortex, predný temporálny kortex a mediotemporálne oblasti sú postihnuté ako prvé, pričom stupeň poškodenia je spočiatku vyšší ako parietálny a laterálny temporálny kortex, pričom primárny senzorimotorický a vizuálny kortex je relatívnym zachovaním.
Huntingtonova chorea	Jadrá chvostnatého a lentikulárneho typu sú postihnuté skôr s postupným difúznym postihnutím kôry
Demencia pri Parkinsonovej chorobe	Znaky podobné Alzheimerovej chorobe, ale s väčším postihnutím mediotemporálnej oblasti a menším postihnutím vizuálnej kôry
Demencia s Lewyho telieskami	Poruchy typické pre Alzheimerovu chorobu, ale s menším zachovaním vizuálnej kôry a pravdepodobne aj mozočku

Použitie PET ako prediktora rozvoja demencie Alzheimerovho typu, najmä u pacientov s miernou a stredne ťažkou kognitívnou poruchou, je sľubné.

V súčasnosti sa robia pokusy o štúdium mozgovej amyloidózy in vivo pomocou PET s použitím špeciálnych amyloidných ligandov za účelom predklinickej diagnostiky demencie u jedincov s rizikovými faktormi. Štúdium závažnosti a lokalizácie mozgovej amyloidózy tiež umožňuje spoľahlivé zlepšenie diagnostiky v rôznych štádiách ochorenia. Okrem toho použitie PET, najmä v dynamike, umožňuje presnejšie predpovedať priebeh ochorenia a objektívne vyhodnotiť účinnosť terapie.

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

Parkinsonova choroba

PET s použitím špecifického ligandu B18-fluorodopa umožňuje kvantitatívne stanovenie deficitu syntézy a ukladania dopamínu v presynaptických striatálnych zakončeniach pri Parkinsonovej chorobe. Prítomnosť charakteristických zmien umožňuje stanoviť diagnózu a zorganizovať preventívne a terapeutické opatrenia už v skorých, niekedy predklinických štádiách ochorenia.

Použitie PET umožňuje diferenciálnu diagnostiku Parkinsonovej choroby s inými ochoreniami, ktorých klinický obraz zahŕňa extrapyramídové symptómy, ako je napríklad mnohopočetná systémová atrofia.

Stav samotných dopamínových receptorov je možné posúdiť pomocou PET s ligandom H2-receptora _raklopridom. Pri Parkinsonovej chorobe je počet presynaptických dopaminergných zakončení a množstvo dopamínového transportéra v synaptickej štrbine znížený, zatiaľ čo pri iných neurodegeneratívnych ochoreniach (napr. mnohopočetná systémová atrofia, progresívna supranukleárna paralýza a kortikobazálna degenerácia) je počet dopamínových receptorov v striate znížený.

Okrem toho nám použitie PET umožňuje predpovedať priebeh a rýchlosť progresie ochorenia, vyhodnotiť účinnosť liekovej terapie a pomôcť určiť indikácie pre chirurgickú liečbu.

Huntingtonova chorea a iné hyperkinézy

Výsledky PET pri Huntingtonovej chorei sú charakterizované znížením metabolizmu glukózy v jadrách chvostnatého nervu, čo umožňuje predklinickú diagnostiku ochorenia u jedincov s vysokým rizikom vzniku ochorenia podľa výsledkov testov DNA.

Pri torznej dystónii PET s 18-fluórdeoxyglukózou odhaľuje zníženie regionálnej úrovne metabolizmu glukózy v caudate a lentiform nuclei, ako aj v frontálnych projekčných poliach mediodorzálneho talamického jadra, s intaktnou celkovou metabolickou úrovňou.

Skleróza multiplex

PET s 18-fluórdeoxyglukózou u pacientov s roztrúsenou sklerózou demonštruje difúzne zmeny v metabolizme mozgu, vrátane sivej hmoty. Identifikované kvantitatívne metabolické poruchy môžu slúžiť ako marker aktivity ochorenia, ako aj odrážať patofyziologické mechanizmy vzniku exacerbácie, pomáhať pri predpovedaní priebehu ochorenia a hodnotení účinnosti liečby.

Nádory mozgu

CT alebo MRI umožňujú získať spoľahlivé informácie o lokalizácii a objeme nádorového poškodenia mozgového tkaniva, ale neposkytujú plnú schopnosť rozlíšiť benígne lézie od malígnych s vysokou presnosťou. Okrem toho, metódy štrukturálneho neurozobrazovania nemajú dostatočnú špecificitu na rozlíšenie recidívy nádoru od radiačnej nekrózy. V týchto prípadoch sa PET stáva metódou voľby.

Okrem 18-fluórdeoxyglukózy sa na diagnostiku mozgových nádorov používajú aj iné rádiofarmaká, ako napríklad ^11C -metionín a ^11C -tyrozín. Najmä PET s ^11C -metionínom je citlivejšia metóda na detekciu astrocytómov ako PET s 18-fluórdeoxyglukózou a možno ho použiť aj na hodnotenie nízkostupňových nádorov. PET s ^11C -tyrozínom umožňuje rozlíšiť malígne nádory od benígnych mozgových lézií. Okrem toho vysoko a slabo diferencované mozgové nádory vykazujú odlišnú absorpčnú kinetiku tohto rádiofarmaka.

V súčasnosti je PET jednou z najpresnejších a najmodernejších metód diagnostikovania rôznych ochorení nervového systému. Okrem toho sa táto metóda môže použiť na štúdium fungovania mozgu u zdravých ľudí na vedecko-výskumné účely.

Použitie metódy kvôli nedostatočnému vybaveniu a vysokým nákladom zostáva extrémne obmedzené a je dostupné iba vo veľkých výskumných centrách, ale potenciál PET je pomerne vysoký. Zavedenie techniky, ktorá umožňuje súčasné vykonávanie MRI a PET s následnou kombináciou získaných snímok, sa javí ako mimoriadne sľubné, čo umožní získať maximálne informácie o štrukturálnych aj funkčných zmenách v rôznych častiach mozgového tkaniva.

Čo je pozitrónová emisná tomografia?

Na rozdiel od štandardnej MRI alebo CT, ktoré poskytujú primárne anatomický obraz orgánu, PET hodnotí funkčné zmeny na úrovni bunkového metabolizmu, ktoré možno rozpoznať už v skorých, predklinických štádiách ochorenia, keď štrukturálne neurozobrazovacie metódy neodhaľujú žiadne patologické zmeny.

PET využíva rôzne rádiofarmaká značené kyslíkom, uhlíkom, dusíkom, glukózou, teda prirodzenými metabolitmi tela, ktoré sú zahrnuté v metabolizme spolu s vlastnými endogénnymi metabolitmi. Vďaka tomu je možné vyhodnotiť procesy prebiehajúce na bunkovej úrovni.

Najbežnejšie používaným rádiofarmakom v PET je fluórdeoxyglukóza. Medzi ďalšie rádiofarmaká bežne používané v PET patria ^11C -metionín (MET) a ^11C- tyrozín.

Radiačná záťaž pri maximálnej dávke podaného lieku zodpovedá radiačnej záťaži, ktorú pacient dostal počas röntgenového vyšetrenia hrudníka v dvoch projekciách, takže vyšetrenie je relatívne bezpečné. Je kontraindikované u ľudí trpiacich cukrovkou, s hladinou cukru v krvi vyššou ako 6,5 mmol/l. Kontraindikácie zahŕňajú aj tehotenstvo a laktáciu.