Positronemissionstomografi

Positronemissionstomografi (PET) är en metod för att studera kroppens vävnaders metaboliska och funktionella aktivitet in vivo. Metoden är baserad på fenomenet positronemission som observeras i ett radiofarmaceutisk läkemedel som introduceras i kroppen under dess distribution och ackumulering i olika organ. Inom neurologi är metodens huvudsakliga tillämpningsområde studier av hjärnans metabolism vid ett antal sjukdomar. Förändringar i ackumuleringen av nuklider i något område av hjärnan tyder på en störning av neuronal aktivitet.

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

Indikationer för positronemissionstomografi

Indikationer för positronemissionstomografi inkluderar testning för hjärtmuskelns dvala hos patienter som genomgår kranskärlsbypass eller hjärttransplantation och att skilja metastaser från nekros och fibros i förstorade lymfkörtlar hos patienter med cancer. PET används också för att utvärdera lungnoduler och avgöra om de är metaboliskt aktiva, samt för att diagnostisera lungcancer, halscancer, lymfom och melanom. CT kan kombineras med positronemissionstomografi för att korrelera morfologiska och funktionella data.

Förberedelse för positronemissionstomografi

PET-undersökning utförs på tom mage (sista måltiden är 4–6 timmar före undersökningen). Undersökningens varaktighet är 30–75 minuter, beroende på ingreppets omfattning. Under de 30–40 minuter som krävs för att det administrerade läkemedlet ska introduceras i kroppens metaboliska processer bör patienterna vara i förhållanden som minimerar risken för motorisk, talande och emotionell aktivitet för att minska sannolikheten för falskt positiva resultat. För detta placeras patienten i ett separat rum med ljudisolerade väggar; patienten ligger med slutna ögon.

Alternativa metoder

Andra funktionella neuroavbildningsmetoder såsom magnetisk resonansspektroskopi, enkelfotonemissions-CT, perfusion och funktionell MRI kan i viss mån fungera som ett alternativ till PET.

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

Enkelfotonemissionstomografi

Ett billigare alternativ för radioisotopundersökning av hjärnans intravitala struktur är datortomografi med enkelfotonemission.

Denna metod är baserad på registrering av kvantstrålning som emitteras av radioaktiva isotoper. Till skillnad från PET-metoden använder enfotonemissionsdatortomografi element som inte deltar i metabolismen (Tc99, TI-01), och med hjälp av en y-kamera som roterar runt objektet registreras enskilda kvanta (fotoner) snarare än parade kvanta.

En av modifieringarna av metoden med datortomografi med enfotonemission är visualisering av lokalt cerebralt blodflöde. Patienten får inhalera en gasblandning innehållande xenon-133, som löses upp i blodet, och med hjälp av datoranalys konstrueras en tredimensionell bild av fördelningen av fotonemissionskällor i hjärnan med en rumslig upplösning på cirka 1,5 cm. Denna metod används särskilt för att studera egenskaperna hos lokalt cerebralt blodflöde vid cerebrovaskulära sjukdomar och vid olika typer av demens.

Utvärdering av resultat

PET-utvärdering utförs med visuella och semikvantitativa metoder. Visuell utvärdering av PET-data utförs med hjälp av både svartvita och olika färgskalor, vilket gör det möjligt att bestämma intensiteten av radiofarmakakumulering i olika delar av hjärnan, identifiera fokus för patologisk metabolism och utvärdera deras lokalisering, konturer och storlekar.

I en semikvantitativ analys beräknas förhållandet mellan ackumulering av radiofarmaceutiska ämnen mellan två lika stora områden, varav det ena motsvarar den mest aktiva delen av den patologiska processen och det andra det oförändrade kontralaterala området i hjärnan.

Användningen av PET inom neurologi gör det möjligt för oss att lösa följande problem:

• studera aktiviteten i vissa områden i hjärnan när de presenteras för olika stimuli;
• utföra tidig diagnos av sjukdomar;
• utföra differentialdiagnostik av patologiska processer med liknande kliniska manifestationer;
• förutsäga sjukdomsförloppet, utvärdera behandlingens effektivitet.

De viktigaste indikationerna för användning av tekniken inom neurologi är:

• cerebrovaskulär patologi;
• epilepsi;
• Alzheimers sjukdom och andra former av demens;
• degenerativa sjukdomar i hjärnan (Parkinsons sjukdom, Huntingtons sjukdom);
• demyeliniserande sjukdomar;
• hjärntumörer.

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

Epilepsi

PET med 18-fluorodeoxiglukos möjliggör detektion av epileptogena fokusområden, särskilt vid fokala former av epilepsi, och utvärdering av metabola störningar i dessa fokusområden. Under den interiktala perioden kännetecknas den epileptogena fokuszonen av glukoshypometabolism, och området med reducerad metabolism överstiger i vissa fall avsevärt storleken på det fokus som fastställts med hjälp av strukturella neuroavbildningsmetoder. Dessutom möjliggör PET detektion av epileptogena fokusområden även i frånvaro av elektroencefalografiska och strukturella förändringar, och kan användas vid differentialdiagnos av epileptiska och icke-epileptiska anfall. Metodens känslighet och specificitet ökar avsevärt med kombinerad användning av PET med elektroencefalografi (EEG).

Vid tidpunkten för ett epileptiskt anfall observeras en ökning av den regionala glukosmetabolismen i området med det epileptogena fokuset, ofta i kombination med hämning i ett annat område av hjärnan, och efter anfallet registreras återigen hypometabolism, vars svårighetsgrad börjar minska tillförlitligt 24 timmar efter anfallet.

PET kan också framgångsrikt användas för att avgöra indikationer för kirurgisk behandling av olika former av epilepsi. Preoperativ bedömning av lokaliseringen av epileptiska härdar gör det möjligt att välja optimal behandlingstaktik och göra en mer objektiv prognos för resultatet av den föreslagna interventionen.

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

Cerebrovaskulär patologi

Vid diagnostik av ischemisk stroke betraktas PET som en metod för att bestämma livskraftig, potentiellt återhämtningsbar hjärnvävnad i den ischemiska penumbrazonen, vilket möjliggör specificering av indikationer för reperfusionsbehandling (trombolys). Användningen av centrala bensodiazepinreceptorligander, som fungerar som markörer för neuronal integritet, möjliggör en ganska tydlig åtskillnad mellan irreversibelt skadad och livskraftig hjärnvävnad i den ischemiska penumbrazonen i ett tidigt skede av stroke. Det är också möjligt att utföra differentialdiagnostik mellan färska och gamla ischemiska foci hos patienter med upprepade ischemiska episoder.

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

Alzheimers sjukdom och andra typer av demens

Vid diagnostisering av Alzheimers sjukdom varierar PET-känsligheten från 76 till 93 % (genomsnitt 86 %), vilket bekräftas av obduktionsmaterial.

PET vid Alzheimers sjukdom kännetecknas av en uttalad fokal minskning av cerebral metabolism, främst i de neokortikala associationsområdena i cortex (posterior cingulate, temporoparietal och frontal multimodal cortex), med förändringar som är mer uttalade i den dominanta hemisfären. Samtidigt förblir basala ganglierna, talamus, lillhjärnan och cortex, som ansvarar för primära sensoriska och motoriska funktioner, relativt intakta. Det mest typiska för Alzheimers sjukdom är bilateral hypometabolism i hjärnans temporoparietala områden, vilket i avancerade stadier kan kombineras med en minskning av metabolismen i frontala cortex.

Demens på grund av cerebrovaskulär sjukdom kännetecknas av ett övervägande engagemang av frontalloberna, inklusive cingulära loben och den övre frontala gyrusen. Patienter med vaskulär demens har också vanligtvis fläckvisa områden med minskad metabolism i den vita substansen och cortex, ofta med lillhjärnan och subkortexen som involverar. Frontotemporal demens visar minskad metabolism i frontala, främre och mediala temporala cortex. Patienter med Lewybody-demens har bilaterala temporoparietala metaboliska underskott som påminner om Alzheimers sjukdom, men involverar ofta occipital cortex och lillhjärnan, vilka vanligtvis är intakta vid Alzheimers sjukdom.

Mönster av metaboliska förändringar vid olika tillstånd associerade med demens

Etiologi för demens	Metaboliska störningszoner
Alzheimers sjukdom	Skador på parietal-, temporal- och posterior cingulära cortex uppstår tidigast vid relativ skonsam hantering av primär sensomotorisk och primär visuell cortex, samt vid skonsam hantering av striatum, thalamus och cerebellum. I de tidiga stadierna är underskottet ofta asymmetriskt, men den degenerativa processen manifesterar sig så småningom bilateralt.
Vaskulär demens	Hypometabolism och hypoperfusion i drabbade kortikala, subkortikala områden och lillhjärnan
Frontal demens	Frontala cortex, främre temporala cortex och mediotemporala regioner påverkas först, med en initialt högre grad av skada än parietal och laterala temporala cortex, med relativ bevarande av den primära sensorimotoriska och visuella cortex.
Huntingtons chorea	Caudatus- och lentikulärkärnan påverkas tidigare med gradvis diffus involvering av cortex
Demens vid Parkinsons sjukdom	Alzheimers sjukdomsliknande egenskaper men med större skonsamhet av den mediotemporala regionen och mindre skonsamhet av den visuella cortexen
Demens med Lewykroppar	Störningar typiska för Alzheimers sjukdom, men med mindre bevarande av synbarken och eventuellt lillhjärnan

Användningen av PET som en prediktor för utveckling av Alzheimersliknande demens, särskilt hos patienter med mild och måttlig kognitiv funktionsnedsättning, är lovande.

För närvarande görs försök att studera cerebral amyloidos in vivo med hjälp av PET, med hjälp av speciella amyloidligander, i syfte att prekliniskt diagnostisera demens hos individer med riskfaktorer. Att studera svårighetsgraden och lokaliseringen av cerebral amyloidos möjliggör också en tillförlitlig förbättring av diagnostiken i olika stadier av sjukdomen. Dessutom gör användningen av PET, särskilt i dynamik, det möjligt att mer exakt förutsäga sjukdomsförloppet och objektivt utvärdera behandlingens effektivitet.

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

Parkinsons sjukdom

PET med användning av den specifika liganden B18-fluorodopa möjliggör kvantitativ bestämning av bristen på dopaminsyntes och lagring i presynaptiska striatala terminaler vid Parkinsons sjukdom. Förekomsten av karakteristiska förändringar gör det möjligt att ställa en diagnos och organisera förebyggande och terapeutiska åtgärder redan i sjukdomens tidiga, ibland prekliniska stadier.

Användning av PET möjliggör differentialdiagnos av Parkinsons sjukdom med andra sjukdomar vars kliniska bild inkluderar extrapyramidala symtom, såsom multipel systematrofi.

Tillståndet hos själva dopaminreceptorerna kan bedömas med hjälp av PET med H2-receptorliganden _rakloprid. Vid Parkinsons sjukdom minskas antalet presynaptiska dopaminerga terminaler och mängden dopamintransportör i den synaptiska klyftan, medan antalet dopaminreceptorer i striatum minskas vid andra neurodegenerativa sjukdomar (t.ex. multipel systematrofi, progressiv supranukleär pares och kortikobasal degeneration).

Dessutom gör PET-undersökningen det möjligt att förutsäga sjukdomens förlopp och utvecklingstakt, utvärdera läkemedelsbehandlingens effektivitet och fastställa indikationer för kirurgisk behandling.

Huntingtons chorea och andra hyperkinesier

PET-resultat för Huntingtons chorea kännetecknas av en minskning av glukosmetabolismen i nucleus caudatus, vilket möjliggör preklinisk diagnostik av sjukdomen hos individer med hög risk att utveckla sjukdomen enligt DNA-testresultat.

Vid torsionsdystoni visar PET med 18-fluorodeoxiglukos en minskning av den regionala nivån av glukosmetabolism i caudatus- och lentiformkärnan, såväl som de frontala projektionsfälten i den mediodorsala thalamuskärnan, med en intakt övergripande metabolisk nivå.

Multipel skleros

PET med 18-fluorodeoxyglukos hos patienter med multipel skleros visar diffusa förändringar i hjärnans ämnesomsättning, inklusive i den grå substansen. De identifierade kvantitativa metabola störningarna kan fungera som en markör för sjukdomsaktivitet, samt återspegla de patofysiologiska mekanismerna för exacerbationsutveckling, bidra till att förutsäga sjukdomsförloppet och bedöma behandlingens effektivitet.

Hjärntumörer

CT eller MRI möjliggör tillförlitlig information om lokalisering och omfattning av tumörskador på hjärnvävnad, men ger inte helt möjlighet att skilja godartade från maligna lesioner med hög noggrannhet. Dessutom har strukturella neuroavbildningsmetoder inte tillräcklig specificitet för att skilja tumöråterfall från strålningsnekros. I dessa fall blir PET den metod man väljer.

Förutom 18-fluorodeoxiglukos används andra radiofarmaka för att diagnostisera hjärntumörer, såsom ^11C -metionin och ^11C -tyrosin. I synnerhet är PET med ^11C -metionin en känsligare metod för att detektera astrocytom än PET med 18-fluorodeoxiglukos, och den kan också användas för att utvärdera låggradiga tumörer. PET med ^11C -tyrosin möjliggör differentiering av maligna tumörer från godartade hjärnskador. Dessutom uppvisar höggradigt och dåligt differentierade hjärntumörer olika absorptionskinetik för detta radiofarmaka.

För närvarande är PET en av de mest exakta och högteknologiska undersökningarna för att diagnostisera olika sjukdomar i nervsystemet. Dessutom kan denna metod användas för att studera hjärnans funktion hos friska personer för vetenskapliga forskningsändamål.

Användningen av metoden är fortfarande extremt begränsad på grund av otillräcklig utrustning och hög kostnad och är endast tillgänglig vid stora forskningscentra, men potentialen för PET är ganska hög. Införandet av en teknik som möjliggör samtidig utförande av MR och PET med efterföljande kombination av de erhållna bilderna verkar extremt lovande, vilket gör det möjligt att erhålla maximal information om både strukturella och funktionella förändringar i olika delar av hjärnvävnaden.

Vad är positronemissionstomografi?

Till skillnad från vanlig MR eller CT, som primärt ger en anatomisk bild av ett organ, utvärderar PET funktionella förändringar på cellmetabolismens nivå, vilket kan upptäckas redan i sjukdomens tidiga, prekliniska stadier, när strukturella neuroavbildningsmetoder inte avslöjar några patologiska förändringar.

PET använder olika radiofarmaka märkta med syre, kol, kväve, glukos, dvs. kroppens naturliga metaboliter, vilka ingår i ämnesomsättningen tillsammans med dess egna endogena metaboliter. Som ett resultat blir det möjligt att utvärdera processer som sker på cellnivå.

Det vanligaste radiofarmaceutiska medlet som används i PET är fluorodeoxiglukos. Andra radiofarmaceutiska medel som vanligtvis används i PET inkluderar ^11C -metionin (MET) och ^11C -tyrosin.

Strålbelastningen vid maximal dos av det administrerade läkemedlet motsvarar den strålbelastning som patienten får under lungröntgen i två projektioner, så undersökningen är relativt säker. Den är kontraindicerad för personer som lider av diabetes mellitus, med en blodsockernivå på mer än 6,5 mmol/l. Kontraindikationer inkluderar även graviditet och amning.