Positronemisjonstomografi

Positronemisjonstomografi (PET) er en metode for å studere den metabolske og funksjonelle aktiviteten til kroppsvev in vivo. Metoden er basert på fenomenet positronemisjon observert i et radiofarmasøytisk legemiddel som introduseres i kroppen under dets distribusjon og akkumulering i ulike organer. Innen nevrologi er metodens hovedanvendelse studiet av hjernemetabolisme ved en rekke sykdommer. Endringer i akkumuleringen av nuklider i et hvilket som helst område av hjernen tyder på et brudd på nevronaktiviteten.

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

Indikasjoner for positronemisjonstomografi

Indikasjoner for positronemisjonstomografi inkluderer testing for myokarddvale hos pasienter som gjennomgår koronar bypass-transplantasjon eller hjertetransplantasjon, og å skille metastase fra nekrose og fibrose i forstørrede lymfeknuter hos pasienter med kreft. PET brukes også til å evaluere lungeknuter og avgjøre om de er metabolsk aktive, og til å diagnostisere lungekreft, nakkekreft, lymfom og melanom. CT kan kombineres med positronemisjonstomografi for å korrelere morfologiske og funksjonelle data.

Forberedelse til positronemisjonstomografi

PET utføres på tom mage (siste måltid er 4–6 timer før undersøkelsen). Undersøkelsens varighet er fra 30 til 75 minutter, avhengig av prosedyrens omfang. I løpet av de 30–40 minuttene som kreves for å introdusere det administrerte legemidlet i kroppens metabolske prosesser, bør pasientene være i forhold som minimerer muligheten for motorisk, tale- og emosjonell aktivitet for å redusere sannsynligheten for falskt positive resultater. For dette plasseres pasienten i et separat rom med lydtette vegger; pasienten ligger med lukkede øyne.

Alternative metoder

Andre funksjonelle nevroavbildningsmetoder som magnetisk resonansspektroskopi, enkeltfotonemisjons-CT, perfusjon og funksjonell MR kan til en viss grad tjene som et alternativ til PET.

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

Enkeltfotonemisjonstomografi

Et rimeligere alternativ for radioisotopundersøkelse av hjernens intravitale struktur er enkeltfotonemisjonscomputertomografi.

Denne metoden er basert på registrering av kvantestråling som sendes ut av radioaktive isotoper. I motsetning til PET-metoden bruker enkeltfotonemisjonscomputertomografi elementer som ikke deltar i metabolismen (Tc99, TI-01), og ved hjelp av et y-kamera som roterer rundt objektet registreres enkeltkvanter (fotoner) i stedet for parede.

En av modifikasjonene av metoden med enkeltfotonemisjonscomputertomografi er visualisering av lokal cerebral blodstrøm. Pasienten får inhalert en gassblanding som inneholder xenon-133, som løses opp i blodet, og ved hjelp av datamaskinanalyse konstrueres et tredimensjonalt bilde av fordelingen av fotonemisjonskilder i hjernen med en romlig oppløsning på omtrent 1,5 cm. Denne metoden brukes spesielt til å studere egenskapene til lokal cerebral blodstrøm ved cerebrovaskulære sykdommer og ved ulike typer demens.

Evaluering av resultater

PET-evaluering utføres ved hjelp av visuelle og semi-kvantitative metoder. Visuell evaluering av PET-data utføres ved hjelp av både svart-hvitt og forskjellige fargeskalaer, noe som gjør det mulig å bestemme intensiteten av radiofarmasøytisk akkumulering i ulike deler av hjernen, identifisere fokus på patologisk metabolisme og evaluere deres lokalisering, konturer og størrelser.

I en semi-kvantitativ analyse beregnes forholdet mellom radiofarmasøytisk akkumulering mellom to områder av samme størrelse, hvorav det ene tilsvarer den mest aktive delen av den patologiske prosessen, og det andre til det uendrede kontralaterale området i hjernen.

Bruk av PET i nevrologi lar oss løse følgende problemer:

• studere aktiviteten til visse områder av hjernen når de presenteres for forskjellige stimuli;
• utføre tidlig diagnose av sykdommer;
• utføre differensialdiagnostikk av patologiske prosesser med lignende kliniske manifestasjoner;
• forutsi sykdomsforløpet, evaluere effektiviteten av terapien.

De viktigste indikasjonene for bruk av teknikken i nevrologi er:

• cerebrovaskulær patologi;
• epilepsi;
• Alzheimers sykdom og andre former for demens;
• degenerative sykdommer i hjernen (Parkinsons sykdom, Huntingtons sykdom);
• demyeliniserende sykdommer;
• hjernesvulster.

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

Epilepsi

PET med 18-fluorodeoksyglukose gjør det mulig å oppdage epileptogene foci, spesielt ved fokale former for epilepsi, og å evaluere metabolske forstyrrelser i disse fociene. I den interiktale perioden er den epileptogene fokussonen preget av glukosehypometabolisme, og området med redusert metabolisme overstiger i noen tilfeller betydelig størrelsen på fokuset etablert ved hjelp av strukturelle nevroavbildningsmetoder. I tillegg tillater PET å oppdage epileptogene foci selv i fravær av elektroencefalografiske og strukturelle endringer, og kan brukes i differensialdiagnosen av epileptiske og ikke-epileptiske anfall. Metodens sensitivitet og spesifisitet øker betydelig ved kombinert bruk av PET med elektroencefalografi (EEG).

Ved et epileptisk anfall observeres en økning i regional glukosemetabolisme i området med det epileptogene fokuset, ofte i kombinasjon med undertrykkelse i et annet område av hjernen, og etter anfallet registreres hypometabolisme igjen, hvis alvorlighetsgrad begynner å avta pålitelig 24 timer etter anfallet.

PET kan også med hell brukes til å avgjøre indikasjoner for kirurgisk behandling av ulike former for epilepsi. Preoperativ vurdering av lokaliseringen av epileptiske foci gjør det mulig å velge optimal behandlingstaktikk og lage en mer objektiv prognose for resultatet av den foreslåtte intervensjonen.

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

Cerebrovaskulær patologi

I diagnostikk av iskemisk hjerneslag anses PET som en metode for å bestemme levedyktig, potensielt gjenopprettbart hjernevev i den iskemiske penumbrasonen, noe som vil muliggjøre spesifisering av indikasjoner for reperfusjonsbehandling (trombolyse). Bruken av sentrale benzodiazepinreseptorligander, som fungerer som markører for neuronal integritet, muliggjør et ganske klart skille mellom irreversibelt skadet og levedyktig hjernevev i den iskemiske penumbrasonen i et tidlig stadium av hjerneslaget. Det er også mulig å utføre differensialdiagnostikk mellom ferske og gamle iskemiske foci hos pasienter med gjentatte iskemiske episoder.

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

Alzheimers sykdom og andre typer demens

Ved diagnostisering av Alzheimers sykdom varierer sensitiviteten til PET fra 76 til 93 % (gjennomsnittlig 86 %), noe som bekreftes av obduksjonsmaterialer.

PET ved Alzheimers sykdom er karakterisert av en uttalt fokal reduksjon i cerebral metabolisme, hovedsakelig i de neokortikale assosiasjonsområdene i cortex (posterior cingulate, temporoparietal og frontal multimodal cortex), med endringer som er mer uttalte i den dominante hemisfæren. Samtidig forblir basalgangliene, thalamus, lillehjernen og cortex, som er ansvarlige for primære sensoriske og motoriske funksjoner, relativt intakte. Det mest typiske for Alzheimers sykdom er bilateral hypometabolisme i de temporoparietale områdene i hjernen, som i avanserte stadier kan kombineres med en reduksjon i metabolismen i frontal cortex.

Demens på grunn av cerebrovaskulær sykdom er karakterisert ved en overveiende involvering av frontallappene, inkludert cingulate og superior frontal gyrus. Pasienter med vaskulær demens har også vanligvis flekkvise områder med redusert metabolisme i den hvite substansen og cortex, ofte medial i lillehjernen og subcortex. Frontotemporal demens viser redusert metabolisme i frontal, anterior og medial temporal cortex. Pasienter med Lewy body demens har bilaterale temporoparietale metabolske underskudd som minner om Alzheimers sykdom, men involverer ofte occipital cortex og cerebellum, som vanligvis er intakte ved Alzheimers sykdom.

Mønster av metabolske endringer ved ulike tilstander assosiert med demens

Etiologi av demens	Metabolske forstyrrelsessoner
Alzheimers sykdom	Skade på parietal, temporal og posterior cingulate cortex oppstår tidligst ved relativ sparing av primær sensorimotorisk og primær visuell cortex, og ved sparing av striatum, thalamus og cerebellum. I de tidlige stadiene er underskuddet ofte asymmetrisk, men den degenerative prosessen manifesterer seg etter hvert bilateralt.
Vaskulær demens	Hypometabolisme og hypoperfusjon i berørte kortikale, subkortikale områder og lillehjernen
Frontal demens	Den frontale cortex, den fremre temporale cortex og de mediotemporale regionene påvirkes først, med en initialt høyere grad av skade enn den parietale og laterale temporale cortex, med relativ bevaring av den primære sensorimotoriske og visuelle cortex.
Huntingtons chorea	Kjernene caudatus og lentikulære påvirkes tidligere med gradvis diffus involvering av cortex
Demens ved Parkinsons sykdom	Alzheimers sykdomslignende trekk, men med større sparing av den mediotemporale regionen og mindre sparing av den visuelle cortex
Demens med Lewy-legemer	Forstyrrelser typiske for Alzheimers sykdom, men med mindre bevaring av den visuelle cortex og muligens lillehjernen

Bruken av PET som en prediktor for utvikling av Alzheimers-lignende demens, spesielt hos pasienter med mild og moderat kognitiv svikt, er lovende.

For tiden gjøres det forsøk på å studere cerebral amyloidose in vivo ved hjelp av PET, med spesielle amyloidligander, for preklinisk diagnose av demens hos personer med risikofaktorer. Studier av alvorlighetsgraden og lokaliseringen av cerebral amyloidose muliggjør også pålitelig forbedring av diagnostikken på ulike stadier av sykdommen. I tillegg gjør bruk av PET, spesielt i dynamikk, det mulig å forutsi sykdomsforløpet mer nøyaktig og objektivt evaluere effektiviteten av behandlingen.

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

Parkinsons sykdom

PET med bruk av den spesifikke liganden B18-fluorodopa muliggjør kvantitativ bestemmelse av mangel på dopaminsyntese og -lagring i presynaptiske striatale terminaler ved Parkinsons sykdom. Tilstedeværelsen av karakteristiske endringer gjør det mulig å stille en diagnose og organisere forebyggende og terapeutiske tiltak allerede i de tidlige, noen ganger prekliniske stadiene av sykdommen.

Bruk av PET muliggjør differensialdiagnose av Parkinsons sykdom med andre sykdommer hvis kliniske bilde inkluderer ekstrapyramidale symptomer, som multippel systematrofi.

Selve dopaminreseptorenes tilstand kan vurderes ved hjelp av PET med H2-reseptorliganden _rakloprid. Ved Parkinsons sykdom er antallet presynaptiske dopaminerge terminaler og mengden dopamintransportør i den synaptiske kløften redusert, mens antallet dopaminreseptorer i striatum er redusert ved andre nevrodegenerative sykdommer (f.eks. multippel systematrofi, progressiv supranukleær parese og kortikobasal degenerasjon).

I tillegg lar bruk av PET oss forutsi sykdomsforløpet og -progresjonshastigheten, evaluere effektiviteten av medikamentell behandling og bidra til å bestemme indikasjoner for kirurgisk behandling.

Huntingtons chorea og andre hyperkinesier

PET-resultater for Huntingtons chorea kjennetegnes av en reduksjon i glukosemetabolismen i nucleus caudatus, noe som muliggjør preklinisk diagnostikk av sykdommen hos individer med høy risiko for å utvikle sykdommen i henhold til DNA-testresultater.

Ved torsjonsdystoni viser PET med 18-fluorodeoksyglukose en reduksjon i det regionale nivået av glukosemetabolisme i caudatus- og lentiformkjernen, samt frontale projeksjonsfeltene til den mediodorsale thalamuskjernen, med et intakt totalt metabolsk nivå.

Multippel sklerose

PET med 18-fluorodeoksyglukose hos pasienter med multippel sklerose viser diffuse endringer i hjernens metabolisme, inkludert i den grå substansen. De identifiserte kvantitative metabolske forstyrrelsene kan tjene som en markør for sykdomsaktivitet, samt reflektere de patofysiologiske mekanismene for eksaserbasjonsutvikling, bidra til å forutsi sykdomsforløpet og vurdere effektiviteten av behandlingen.

Hjernesvulster

CT eller MR gir pålitelig informasjon om lokalisering og omfang av tumorskade i hjernevev, men gir ikke fullt ut muligheten til å skille godartede lesjoner fra ondartede med høy nøyaktighet. I tillegg har ikke strukturelle nevroavbildningsmetoder tilstrekkelig spesifisitet til å skille tumorresidiv fra strålingsnekrose. I disse tilfellene blir PET den foretrukne metoden.

I tillegg til 18-fluorodeoksyglukose brukes andre radiofarmasøytiske midler til å diagnostisere hjernesvulster, som ^11C -metionin og ^11C -tyrosin. Spesielt er PET med ^11C -metionin en mer sensitiv metode for å oppdage astrocytomer enn PET med 18-fluorodeoksyglukose, og den kan også brukes til å evaluere lavgradige svulster. PET med ^11C -tyrosin gjør det mulig å differensiere ondartede svulster fra godartede hjerneskader. I tillegg viser høyt og dårlig differensierte hjernesvulster ulik absorpsjonskinetikk for dette radiofarmasøytiske legemidlet.

For tiden er PET en av de mest nøyaktige og høyteknologiske studiene for å diagnostisere ulike sykdommer i nervesystemet. I tillegg kan denne metoden brukes til å studere hjernens funksjon hos friske mennesker for vitenskapelige forskningsformål.

Bruken av metoden er fortsatt svært begrenset på grunn av utilstrekkelig utstyr og høye kostnader, og er kun tilgjengelig i store forskningssentre, men potensialet for PET er ganske høyt. Innføringen av en teknikk som muliggjør samtidig utførelse av MR og PET med påfølgende kombinasjon av de oppnådde bildene virker svært lovende, noe som vil gjøre det mulig å oppnå maksimal informasjon om både strukturelle og funksjonelle endringer i ulike deler av hjernevevet.

Hva er positronemisjonstomografi?

I motsetning til standard MR eller CT, som primært gir et anatomisk bilde av et organ, evaluerer PET funksjonelle endringer på nivået av cellulær metabolisme, som kan gjenkjennes allerede i de tidlige, prekliniske stadiene av sykdommen, når strukturelle nevroavbildningsmetoder ikke avdekker noen patologiske endringer.

PET bruker ulike radiofarmasøytiske stoffer merket med oksygen, karbon, nitrogen og glukose, dvs. kroppens naturlige metabolitter, som inngår i metabolismen sammen med kroppens egne endogene metabolitter. Som et resultat blir det mulig å evaluere prosesser som skjer på cellenivå.

Det vanligste radiofarmasøytiske midlet som brukes i PET er fluorodeoksyglukose. Andre radiofarmasøytiske midler som ofte brukes i PET inkluderer ^11C -metionin (MET) og ^11C -tyrosin.

Strålingsbelastningen ved maksimal dose av det administrerte legemidlet tilsvarer strålingsbelastningen pasienten mottar under røntgen av thorax i to projeksjoner, så undersøkelsen er relativt trygg. Den er kontraindisert for personer som lider av diabetes mellitus, med et blodsukkernivå på mer enn 6,5 mmol/l. Kontraindikasjoner inkluderer også graviditet og amming.