Positroniemissiotomografia

Positroniemissiotomografia (PET) on menetelmä kehon kudosten aineenvaihdunnan ja toiminnallisen aktiivisuuden tutkimiseksi in vivo. Menetelmä perustuu positroniemissioon, jota havaitaan radioaktiivisen lääkkeen johdettaessa kehoon sen jakautumisen ja kertymisen aikana eri elimiin. Neurologiassa menetelmän pääasiallinen sovelluskohde on aivojen aineenvaihdunnan tutkiminen useissa sairauksissa. Muutokset nuklidien kertymisessä millä tahansa aivojen alueella viittaavat hermosolujen toiminnan häiriintymiseen.

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

Positroniemissiotomografian indikaatiot

Positroniemissiotomografian käyttöaiheita ovat sydänlihaksen horrostilan testaus sepelvaltimon ohitusleikkaukseen tai sydämensiirtoon otetuilla potilailla sekä etäpesäkkeiden erottaminen nekroosista ja fibroosista suurentuneissa imusolmukkeissa syöpäpotilailla. PET-kuvausta käytetään myös keuhkokyhmyjen arviointiin ja niiden metabolisen aktiivisuuden määrittämiseen sekä keuhkosyövän, kaulan syövän, lymfooman ja melanooman diagnosointiin. TT voidaan yhdistää positroniemissiotomografiaan morfologisten ja toiminnallisten tietojen korreloimiseksi.

Positroniemissiotomografian valmistelu

PET-tutkimus tehdään tyhjään mahaan (viimeinen ateria on 4–6 tuntia ennen tutkimusta). Tutkimuksen kesto on 30–75 minuuttia toimenpiteen laajuudesta riippuen. Niiden 30–40 minuutin aikana, jotka kuluvat annetun lääkkeen imeytymiseen elimistön aineenvaihduntaprosesseihin, potilaiden tulee olla olosuhteissa, jotka minimoivat motorisen, puhe- ja emotionaalisen toiminnan mahdollisuuden väärien positiivisten tulosten todennäköisyyden vähentämiseksi. Tätä varten potilas sijoitetaan erilliseen huoneeseen, jossa on äänieristetyt seinät; potilas makaa silmät kiinni.

Vaihtoehtoiset menetelmät

Muut toiminnalliset neurokuvantamismenetelmät, kuten magneettiresonanssispektroskopia, yksifotoniemissio-TT, perfuusio ja toiminnallinen MRI, voivat jossain määrin toimia vaihtoehtona PET:lle.

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

Yksittäisen fotonin emissiotomografia

Edullisempi vaihtoehto aivojen intravitaalisen rakenteen radioisotooppitutkimukseen on yksifotoniemissiotietokonetomografia.

Tämä menetelmä perustuu radioaktiivisten isotooppien lähettämän kvanttisäteilyn rekisteröintiin. Toisin kuin PET-menetelmässä, yksittäisfotoniemissiotietokonetomografiassa käytetään alkuaineita, jotka eivät osallistu aineenvaihduntaan (Tc99, TI-01), ja kohteen ympäri pyörivän y-kameran avulla rekisteröidään yksittäisiä kvantteja (fotoneja) parillisten sijaan.

Yksi yksifotoniemissiotietokonetomografiamenetelmän muunnelmista on paikallisen aivoverenkierron visualisointi. Potilaalle annetaan hengitettäväksi ksenon-133:a sisältävää kaasuseosta, joka liukenee vereen, ja tietokoneanalyysin avulla konstruoidaan kolmiulotteinen kuva fotoniemissiolähteiden jakautumisesta aivoissa noin 1,5 cm:n spatiaalisella resoluutiolla. Tätä menetelmää käytetään erityisesti paikallisen aivoverenkierron ominaisuuksien tutkimiseen aivoverisuonisairauksissa ja erityyppisissä dementioissa.

Tulosten arviointi

PET-arviointi suoritetaan visuaalisilla ja semikvantitatiivisilla menetelmillä. PET-tietojen visuaalinen arviointi tehdään sekä mustavalkoisina että erilaisina väriasteikoina, joiden avulla voidaan määrittää radioaktiivisten aineiden kertymisen voimakkuus aivojen eri osissa, tunnistaa patologisen aineenvaihdunnan pesäkkeitä sekä arvioida niiden sijaintia, ääriviivoja ja kokoja.

Semikvantitatiivisessa analyysissä lasketaan radioaktiivisen aineen kertymisen suhde kahden samankokoisen alueen välillä, joista toinen vastaa patologisen prosessin aktiivisinta osaa ja toinen aivojen muuttumatonta kontralateraalista aluetta.

PET:n käyttö neurologiassa mahdollistaa seuraavien ongelmien ratkaisemisen:

• tutkia tiettyjen aivoalueiden aktiivisuutta erilaisten ärsykkeiden vaikutuksesta;
• suorittaa sairauksien varhainen diagnosointi;
• suorittaa patologisten prosessien erotusdiagnostiikkaa, joilla on samankaltaisia kliinisiä ilmenemismuotoja;
• ennustaa taudin kulkua, arvioi hoidon tehokkuutta.

Tekniikan käytön tärkeimmät käyttöaiheet neurologiassa ovat:

• aivoverisuonipatologia;
• epilepsia;
• Alzheimerin tauti ja muut dementian muodot;
• aivojen rappeuttavat sairaudet (Parkinsonin tauti, Huntingtonin tauti);
• demyelinisoivat sairaudet;
• aivokasvaimet.

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

Epilepsia

18-fluorodeoksiglukoosilla tehty PET-kuvaus mahdollistaa epileptogeenisten kohtausten havaitsemisen, erityisesti epilepsian fokaalisissa muodoissa, ja näiden kohtausten aineenvaihduntahäiriöiden arvioinnin. Kohtausten välisenä aikana epileptogeeniselle fokukselle on ominaista glukoosin hypometabolismi, ja vähentyneen aineenvaihdunnan alue ylittää joissakin tapauksissa merkittävästi rakenteellisilla neurokuvantamismenetelmillä määritetyn fokuksen koon. Lisäksi PET mahdollistaa epileptogeenisten fokusten havaitsemisen jopa ilman elektroenkefalografisia ja rakenteellisia muutoksia, ja sitä voidaan käyttää epileptisten ja ei-epileptisten kohtausten erotusdiagnostiikassa. Menetelmän herkkyys ja spesifisyys lisääntyvät merkittävästi, kun PET:tä käytetään yhdessä elektroenkefalografian (EEG) kanssa.

Epileptisen kohtauksen aikana havaitaan alueellisen glukoosiaineenvaihdunnan lisääntymistä epileptogeenisen fokuksen alueella, usein yhdistettynä suppressioon toisella aivoalueella, ja kohtauksen jälkeen havaitaan jälleen hypometabolismia, jonka vakavuus alkaa laskea luotettavasti 24 tuntia kohtauksen jälkeen.

PET-kuvausta voidaan myös käyttää onnistuneesti päätettäessä erilaisten epilepsian muotojen kirurgisen hoidon indikaatioista. Epileptisten pesäkkeiden lokalisoinnin preoperatiivinen arviointi mahdollistaa optimaalisen hoitotaktiikan valinnan ja objektiivisemman ennusteen ehdotetun toimenpiteen tuloksesta.

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

Aivoverenkiertohäiriöt

Iskeemisen aivohalvauksen diagnostiikassa PET:iä pidetään menetelmänä elinkelpoisen, potentiaalisesti palautumiskelpoisen aivokudoksen määrittämiseen iskeemisessä penumbra-vyöhykkeessä, mikä mahdollistaa reperfuusiohoidon (trombolyysin) indikaatioiden määrittämisen. Keskushermoston bentsodiatsepiinireseptoriligandien käyttö, jotka toimivat hermosolujen eheyden markkereina, mahdollistaa melko selkeän eron palautumattomasti vaurioituneen ja elinkelpoisen aivokudoksen välillä iskeemisessä penumbra-vyöhykkeessä aivohalvauksen varhaisessa vaiheessa. On myös mahdollista suorittaa erotusdiagnostiikka tuoreen ja vanhan iskeemisen pesäkkeen välillä potilailla, joilla on toistuvia iskeemisiä jaksoja.

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

Alzheimerin tauti ja muut dementian tyypit

Alzheimerin taudin diagnosoinnissa PET-kuvauksen herkkyys vaihtelee 76–93 %:n välillä (keskimäärin 86 %), mikä vahvistetaan ruumiinavaustutkimusmateriaaleilla.

Alzheimerin taudissa PET-kuvaukselle on ominaista aivojen aineenvaihdunnan voimakas fokaalinen väheneminen pääasiassa aivokuoren neokortikaalisilla assosiaatioalueilla (takimmainen cingulate, temporoparietal ja frontal multimodal cortex), ja muutokset ovat selvempiä hallitsevalla aivopuoliskolla. Samanaikaisesti tyvitumakkeet, talamus, pikkuaivot ja aivokuori, jotka vastaavat primaarisista sensorisista ja motorisista toiminnoista, pysyvät suhteellisen ehjinä. Tyypillisin Alzheimerin taudille on molemminpuolinen hypometabolismi aivojen temporoparietaalisilla alueilla, johon edenneessä vaiheessa voi liittyä aineenvaihdunnan väheneminen frontal cortexissa.

Aivoverenkiertohäiriöistä johtuvalle dementialle on ominaista otsalohkojen, kuten pihtilohkon ja yläpuolisen otsalohkon gyrus cortexin, hallitseva vaurio. Verisuoniperäistä dementiaa sairastavilla potilailla on tyypillisesti myös laikukkaita alueita, joilla aineenvaihdunta on vähentynyt valkeassa aineessa ja aivokuoressa, usein pikkuaivoissa ja niiden alalohkoissa. Otsalohkodementiassa aineenvaihdunta on vähentynyt otsalohkon, etummaisen ohimolohkon ja mediaalisen ohimolohkon alueella. Lewyn kappale -dementiaa sairastavilla potilailla on molemminpuolisia temporoparietaalisia aineenvaihduntahäiriöitä, jotka muistuttavat Alzheimerin tautia, mutta usein ne koskevat takaraivonlohkoa ja pikkuaivoja, jotka ovat yleensä ehjät Alzheimerin taudissa.

Metabolisten muutosten kaava erilaisissa dementiaan liittyvissä tiloissa

Dementian etiologia	Aineenvaihdunnan häiriöalueet
Alzheimerin tauti	Päälakilohkon, ohimolohkon ja takimmaisen cingulate-aivokuoren vauriot ilmenevät aikaisin, kun primaarinen sensorimotorinen ja primaarinen näköaivokuori sekä striatum, talamus ja pikkuaivot säästyvät suhteellisen hyvin. Varhaisvaiheessa vaurio on usein epäsymmetrinen, mutta degeneratiivinen prosessi ilmenee lopulta molemminpuolisesti.
Verisuoniperäinen dementia	Hypometabolismi ja hypoperfuusio vaurioituneilla kortikaalisilla ja subkortikaalisilla alueilla sekä pikkuaivoissa
Eturauhastyypin dementia	Ensin vaurioituvat otsalohkon, ohimolohkon etummaisen alueen ja mediotemporaaliset alueet. Vaurio on aluksi vakavampi kuin päälakilohkon ja lateraalisen ohimolohkon alueilla, kun taas primaarinen sensomotorinen ja visuaalinen aivokuori ovat suhteellisen säilyneet.
Huntingtonin korea	Häntä- ja linssimäiset tumakkeet vaurioituvat aikaisemmin, ja aivokuori vaurioituu vähitellen diffuusisti.
Parkinsonin taudin dementia	Alzheimerin taudin kaltaiset piirteet, mutta mediotemporaalisen alueen suurempi ja näköaivokuoren pienempi säästyminen
Lewyn kappaleiden aiheuttama dementia	Alzheimerin taudille tyypillisiä häiriöitä, mutta näköaivokuoren ja mahdollisesti pikkuaivojen heikompi säilyminen

PET-kuvauksen käyttö Alzheimerin taudin tyyppisen dementian kehittymisen ennustajana, erityisesti lievää tai kohtalaista kognitiivista heikkenemistä sairastavilla potilailla, on lupaavaa.

Tällä hetkellä aivoamyloidoosia yritetään tutkia in vivo PET-kuvantamisella erityisiä amyloidoosiligandeja käyttäen dementian prekliinistä diagnosointia varten riskitekijöiden omaavilla henkilöillä. Aivoamyloidoosin vakavuuden ja lokalisaation tutkiminen mahdollistaa myös diagnostiikan luotettavan parantamisen taudin eri vaiheissa. Lisäksi PET:n käyttö, erityisesti dynamiikan osalta, mahdollistaa taudin kulun tarkemman ennustamisen ja hoidon tehokkuuden objektiivisen arvioinnin.

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

Parkinsonin tauti

Spesifisen ligandin B18-fluorodopan avulla tehtävä PET-kuvaus mahdollistaa dopamiinin synteesin ja varastoinnin puutteen kvantitatiivisen määrittämisen presynaptisissa striatumipäätteissä Parkinsonin taudissa. Tyypillisten muutosten esiintyminen mahdollistaa diagnoosin tekemisen ja ennaltaehkäisevien ja terapeuttisten toimenpiteiden järjestämisen jo taudin varhaisessa, joskus prekliinisessä vaiheessa.

PET-kuvauksen avulla Parkinsonin tauti voidaan erotella muista sairauksista, joiden kliiniseen kuvaan kuuluu ekstrapyramidaalisia oireita, kuten monisysteemiatrofia.

Dopamiinireseptorien itse tilaa voidaan arvioida PET-kuvantamisella H2-reseptoriligandin, _raklopridin, kanssa. Parkinsonin taudissa presynaptisten dopaminergisten päätteiden määrä ja dopamiinin kuljettajan määrä synapsiraossa ovat vähentyneet, kun taas muissa neurodegeneratiivisissa sairauksissa (esim. monisysteemiatrofia, progressiivinen supranukleaarinen halvaus ja kortikobasaalinen rappeuma) dopamiinireseptorien määrä striatumissa on vähentynyt.

Lisäksi PET-kuvauksen avulla voidaan ennustaa taudin kulkua ja etenemisnopeutta, arvioida lääkehoidon tehokkuutta ja auttaa määrittämään kirurgisen hoidon indikaatioita.

Huntingtonin korea ja muut hyperkinesiat

Huntingtonin taudin PET-tuloksille on ominaista glukoosiaineenvaihdunnan väheneminen häntätumakkeissa, mikä mahdollistaa taudin prekliinisen diagnostiikan henkilöillä, joilla on DNA-testitulosten mukaan suuri riski sairastua tautiin.

Torsiodystoniassa 18-fluorodeoksiglukoosilla tehty PET paljastaa glukoosimetabolian alueellisen tason laskun häntätumakkeissa ja lentiformisissa tumakkeissa sekä mediodorsalisen talamuksen tumakkeen etuprojektiokentissä, mutta kokonaismetabolian taso pysyy ehjänä.

Multippeliskleroosi

PET-kuvaus 18-fluorodeoksiglukoosilla multippeliskleroosipotilailla osoittaa diffuuseja muutoksia aivojen aineenvaihdunnassa, mukaan lukien harmaassa aineessa. Havaitut kvantitatiiviset aineenvaihduntahäiriöt voivat toimia taudin aktiivisuuden merkkinä sekä heijastaa pahenemisvaiheen kehittymisen patofysiologisia mekanismeja, auttaa ennustamaan taudin kulkua ja arvioimaan hoidon tehokkuutta.

Aivokasvaimet

TT- tai MRI-kuvantaminen mahdollistaa luotettavan tiedon saamisen aivokasvaimen vaurioiden lokalisoinnista ja määrästä, mutta ne eivät täysin mahdollista erottaa hyvänlaatuisia ja pahanlaatuisia leesioita suurella tarkkuudella. Lisäksi rakenteellisilla neurokuvantamismenetelmillä ei ole riittävää spesifisyyttä erottaa kasvaimen uusiutumista säteilynekroosista. Näissä tapauksissa PET on ensisijainen menetelmä.

18-fluorodeoksiglukoosin lisäksi aivokasvainten diagnosoinnissa käytetään muita radiolääkkeitä, kuten ^11C -metioniinia ja ^11C -tyrosiinia. Erityisesti 11C-metioniinilla tehty PET ^on herkempi menetelmä astrosytoomien havaitsemiseen kuin 18-fluorodeoksiglukoosilla tehty PET, ja sitä voidaan käyttää myös matala-asteisten kasvainten arviointiin. ^11C -tyrosiinilla tehty PET mahdollistaa pahanlaatuisten kasvainten erottamisen hyvänlaatuisista aivovaurioista. Lisäksi erittäin ja huonosti erilaistuneilla aivokasvaimilla on tämän radiolääkkeen imeytymiskinetiikka erilainen.

PET on tällä hetkellä yksi tarkimmista ja huipputeknologisimmista tutkimuksista hermoston erilaisten sairauksien diagnosoimiseksi. Lisäksi tätä menetelmää voidaan käyttää terveiden ihmisten aivojen toiminnan tutkimiseen tieteellisiin tutkimustarkoituksiin.

Menetelmän käyttö riittämättömien laitteiden ja korkeiden kustannusten vuoksi on edelleen erittäin rajallista ja saatavilla vain suurissa tutkimuskeskuksissa, mutta PET:n potentiaali on melko suuri. Tekniikan käyttöönotto, joka mahdollistaa MRI:n ja PET:n samanaikaisen suorittamisen ja saatujen kuvien yhdistämisen, vaikuttaa erittäin lupaavalta, sillä se mahdollistaa mahdollisimman suuren tiedon saamisen sekä rakenteellisista että toiminnallisista muutoksista aivokudoksen eri osissa.

Mikä on positroniemissiotomografia?

Toisin kuin tavalliset magneettikuvaukset tai tietokonetomografiat, jotka ensisijaisesti tarjoavat anatomisen kuvan elimestä, PET arvioi toiminnallisia muutoksia solujen aineenvaihdunnan tasolla, jotka voidaan tunnistaa jo taudin varhaisissa, prekliinisissä vaiheissa, kun rakenteelliset neurokuvantamismenetelmät eivät paljasta patologisia muutoksia.

PET-tutkimuksessa käytetään erilaisia radioaktiivisia aineita, jotka on merkitty hapella, hiilellä, typellä ja glukoosilla eli elimistön luonnollisilla aineenvaihduntatuotteilla, jotka osallistuvat aineenvaihduntaan yhdessä elimistön omien endogeenisten aineenvaihduntatuotteiden kanssa. Tämän seurauksena on mahdollista arvioida solutasolla tapahtuvia prosesseja.

Yleisin PET-kuvantamisessa käytetty radiolääke on fluorodeoksiglukoosi. Muita PET-kuvantamisessa yleisesti käytettyjä radiolääkeaineita ovat ^11C -metioniini (MET) ja ^11C -tyrosiini.

Annetun lääkkeen maksimiannoksen säteilykuorma vastaa potilaan saamaa säteilykuormaa rintakehän röntgenkuvauksessa kahdessa projektiossa, joten tutkimus on suhteellisen turvallinen. Se on vasta-aiheinen diabetesta sairastaville, joiden verensokeri on yli 6,5 mmol/l. Vasta-aiheisiin kuuluvat myös raskaus ja imetys.