Pozitronová emisní tomografie

Pozitronová emisní tomografie (PET) je metoda pro studium metabolické a funkční aktivity tělesných tkání in vivo. Metoda je založena na jevu pozitronové emise pozorované u radiofarmaka zavedeného do těla během jeho distribuce a akumulace v různých orgánech. V neurologii je hlavním aplikačním bodem metody studium metabolismu mozku u řady onemocnění. Změny v akumulaci nuklidů v jakékoli oblasti mozku naznačují porušení neuronální aktivity.

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

Indikace pro pozitronovou emisní tomografii

Indikace pro pozitronovou emisní tomografii zahrnují testování hibernace myokardu u pacientů podstupujících bypass koronární arterie nebo transplantaci srdce a rozlišení metastáz od nekrózy a fibrózy ve zvětšených lymfatických uzlinách u pacientů s rakovinou. PET se také používá k vyhodnocení plicních uzlin a určení, zda jsou metabolicky aktivní, a k diagnostice rakoviny plic, rakoviny krku, lymfomu a melanomu. CT lze kombinovat s pozitronovou emisní tomografií pro korelaci morfologických a funkčních dat.

Příprava na pozitronovou emisní tomografii

PET se provádí nalačno (poslední jídlo je 4–6 hodin před vyšetřením). Délka vyšetření je 30 až 75 minut v závislosti na rozsahu zákroku. Během 30–40 minut potřebných k zavedení podávaného léku do metabolických procesů těla by pacienti měli být v podmínkách, které minimalizují možnost motorické, řečové a emoční aktivity, aby se snížila pravděpodobnost falešně pozitivních výsledků. Za tímto účelem je pacient umístěn do samostatné místnosti se zvukotěsnými stěnami; pacient leží se zavřenýma očima.

Alternativní metody

Další funkční neurozobrazovací metody, jako je magnetická rezonanční spektroskopie, jednofotonová emisní počítačová tomografie (CT), perfuzní a funkční magnetická rezonance (MRI), mohou do určité míry sloužit jako alternativa k PET.

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

Jednofotonová emisní tomografie

Levnější možností radioizotopového vyšetření intravitální struktury mozku je jednofotonová emisní počítačová tomografie.

Tato metoda je založena na registraci kvantového záření emitovaného radioaktivními izotopy. Na rozdíl od metody PET využívá jednofotonová emisní počítačová tomografie prvky, které se nepodílejí na metabolismu (Tc99, TI-01), a pomocí y-kamery rotující kolem objektu jsou registrována jednotlivá kvanta (fotony) namísto párových.

Jednou z modifikací metody jednofotonové emisní počítačové tomografie je vizualizace lokálního průtoku krve mozkem. Pacientovi se vdechne plynná směs obsahující xenon-133, která se rozpouští v krvi, a pomocí počítačové analýzy se sestrojí trojrozměrný obraz rozložení zdrojů fotonové emise v mozku s prostorovým rozlišením přibližně 1,5 cm. Tato metoda se používá zejména ke studiu charakteristik lokálního průtoku krve mozkem u cerebrovaskulárních onemocnění a u různých typů demence.

Vyhodnocení výsledků

PET vyhodnocení se provádí vizuálními a semikvantitativními metodami. Vizuální vyhodnocení PET dat se provádí jak v černobílých, tak v různých barevných škálách, což umožňuje určit intenzitu akumulace radiofarmak v různých částech mozku, identifikovat ložiska patologického metabolismu a vyhodnotit jejich lokalizaci, kontury a velikosti.

V semikvantitativní analýze se vypočítá poměr akumulace radiofarmaka mezi dvěma oblastmi stejné velikosti, z nichž jedna odpovídá nejaktivnější části patologického procesu a druhá nezměněné kontralaterální oblasti mozku.

Využití PET v neurologii nám umožňuje řešit následující problémy:

• studovat aktivitu určitých oblastí mozku při vystavení různým podnětům;
• provádět včasnou diagnostiku onemocnění;
• provádět diferenciální diagnostiku patologických procesů s podobnými klinickými projevy;
• předpovědět průběh onemocnění, vyhodnotit účinnost terapie.

Hlavní indikace pro použití této techniky v neurologii jsou:

• cerebrovaskulární patologie;
• epilepsie;
• Alzheimerova choroba a další formy demence;
• degenerativní onemocnění mozku (Parkinsonova choroba, Huntingtonova choroba);
• demyelinizační onemocnění;
• mozkové nádory.

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

Epilepsie

PET s 18-fluorodeoxyglukózou umožňuje detekovat epileptogenní ložiska, zejména u fokálních forem epilepsie, a vyhodnotit metabolické poruchy v těchto ložiskách. V interiktálním období je epileptogenní ložisková zóna charakterizována hypometabolismem glukózy a oblast sníženého metabolismu v některých případech výrazně překračuje velikost ložiska zjištěného pomocí strukturálních neurozobrazovacích metod. PET navíc umožňuje detekovat epileptogenní ložiska i při absenci elektroencefalografických a strukturálních změn, lze jej využít v diferenciální diagnostice epileptických a neepileptických záchvatů. Citlivost a specificita metody se významně zvyšuje při kombinovaném použití PET s elektroencefalografií (EEG).

V době epileptického záchvatu je v oblasti epileptogenního ložiska pozorováno zvýšení regionálního metabolismu glukózy, často v kombinaci s útlumem v jiné oblasti mozku, a po záchvatu je opět zaznamenán hypometabolismus, jehož závažnost začíná spolehlivě klesat 24 hodin po záchvatu.

PET lze také úspěšně využít při rozhodování o indikacích pro chirurgickou léčbu různých forem epilepsie. Předoperační posouzení lokalizace epileptických ložisek umožňuje zvolit optimální léčebnou taktiku a objektivněji prognózovat výsledek navrhovaného zákroku.

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

Cerebrovaskulární patologie

V diagnostice ischemické cévní mozkové příhody je PET považována za metodu pro stanovení životaschopné, potenciálně obnovitelné mozkové tkáně v ischemické zóně penumbry, což umožní specifikovat indikace pro reperfuzní terapii (trombolýzu). Použití ligandů centrálních benzodiazepinových receptorů, které slouží jako markery neuronální integrity, umožňuje poměrně jasné rozlišení mezi ireverzibilně poškozenou a životaschopnou mozkovou tkání v ischemické zóně penumbry v rané fázi cévní mozkové příhody. Je také možné provádět diferenciální diagnostiku mezi čerstvými a starými ischemickými ložisky u pacientů s opakovanými ischemickými epizodami.

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

Alzheimerova choroba a další typy demence

Při diagnostice Alzheimerovy choroby se citlivost PET pohybuje od 76 do 93 % (průměrně 86 %), což potvrzují i materiály z pitevních studií.

PET u Alzheimerovy choroby je charakterizován výrazným fokálním snížením mozkového metabolismu převážně v neokortikálních asociačních oblastech kůry (zadní cingulární, temporoparietální a frontální multimodální kůra), přičemž změny jsou výraznější v dominantní hemisféře. Zároveň bazální ganglia, thalamus, mozeček a kůra zodpovědné za primární senzorické a motorické funkce zůstávají relativně intaktní. Nejtypičtější pro Alzheimerovu chorobu je bilaterální hypometabolismus v temporoparietálních oblastech mozku, který může být v pokročilých stádiích kombinován se snížením metabolismu ve frontální kůře.

Demence způsobená cerebrovaskulárním onemocněním je charakterizována převážným postižením čelních laloků, včetně cingulární kůry a horního gyrus frontalis. Pacienti s vaskulární demencí mají také typicky skvrnité oblasti sníženého metabolismu v bílé hmotě a kortexu, často postihující mozeček a subkortexy. Frontotemporální demence vykazuje snížený metabolismus ve frontálním, předním a mediálním temporálním kortexu. Pacienti s Lewyho tělískovou demencí mají bilaterální temporoparietální metabolické deficity připomínající Alzheimerovu chorobu, ale často postihují okcipitální kortex a mozeček, které jsou u Alzheimerovy choroby obvykle intaktní.

Vzorec metabolických změn u různých stavů spojených s demencí

Etiologie demence	Zóny metabolických poruch
Alzheimerova choroba	K poškození parietální, temporální a zadní cingulární kůry dochází nejdříve s relativním zachováním primární senzomotorické a primární zrakové kůry a se zachováním striata, thalamu a mozečku. V raných stádiích je deficit často asymetrický, ale degenerativní proces se nakonec projeví bilaterálně.
Vaskulární demence	Hypometabolismus a hypoperfúze v postižených kortikálních, subkortikálních oblastech a mozečku
Frontální typ demence	Frontální kortex, přední temporální kortex a mediotemporální oblasti jsou postiženy jako první, s počátečním vyšším stupněm závažnosti poškození než parietální a laterální temporální kortex, s relativním zachováním primární senzomotorické a zrakové kůry.
Huntingtonova chorea	Kaudátová a lentikulární jádra jsou postižena dříve s postupným difúzním postižením kortexu
Demence u Parkinsonovy choroby	Charakteristické rysy podobné Alzheimerově chorobě, ale s větším postižením mediotemporální oblasti a menším postižením zrakové kůry
Demence s Lewyho tělísky	Poruchy typické pro Alzheimerovu chorobu, ale s menším zachováním zrakové kůry a případně mozečku

Využití PET jako prediktoru rozvoje demence Alzheimerova typu, zejména u pacientů s mírnou a středně těžkou kognitivní poruchou, je slibné.

V současné době se provádějí pokusy o studium mozkové amyloidózy in vivo pomocí PET s využitím speciálních amyloidních ligandů za účelem preklinické diagnostiky demence u jedinců s rizikovými faktory. Studium závažnosti a lokalizace mozkové amyloidózy také umožňuje spolehlivé zlepšení diagnostiky v různých stádiích onemocnění. Použití PET, zejména v dynamice, navíc umožňuje přesněji predikovat průběh onemocnění a objektivně hodnotit účinnost terapie.

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

Parkinsonova choroba

PET s využitím specifického ligandu B18-fluorodopa umožňuje kvantitativní stanovení deficitu syntézy a ukládání dopaminu v presynaptických striatálních zakončeních u Parkinsonovy choroby. Přítomnost charakteristických změn umožňuje stanovit diagnózu a organizovat preventivní a terapeutická opatření již v raných, někdy i preklinických stádiích onemocnění.

Použití PET umožňuje diferenciální diagnostiku Parkinsonovy choroby s jinými onemocněními, jejichž klinický obraz zahrnuje extrapyramidové příznaky, jako je například mnohočetná systémová atrofie.

Stav samotných dopaminových receptorů lze posoudit pomocí PET s ligandem H2-receptorů, _raklopridem. U Parkinsonovy choroby je snížen počet presynaptických dopaminergních zakončení a množství dopaminového transportéru v synaptické štěrbině, zatímco u jiných neurodegenerativních onemocnění (např. mnohočetná systémová atrofie, progresivní supranukleární obrna a kortikobazální degenerace) je počet dopaminových receptorů ve striatu snížen.

Kromě toho nám PET umožňuje předpovědět průběh a rychlost progrese onemocnění, vyhodnotit účinnost farmakoterapie a pomoci určit indikace k chirurgické léčbě.

Huntingtonova chorea a další hyperkineze

Výsledky PET vyšetření u Huntingtonovy chorey se vyznačují snížením metabolismu glukózy v nucleu caudatus, což umožňuje preklinickou diagnostiku onemocnění u jedinců s vysokým rizikem vzniku onemocnění dle výsledků testování DNA.

U torzní dystonie PET s 18-fluorodeoxyglukózou odhaluje snížení regionální úrovně metabolismu glukózy v nucleus caudatus a lentiformis, stejně jako v polích frontální projekce mediodorsálního thalamického nucleus, s intaktní celkovou metabolickou úrovní.

Roztroušená skleróza

PET s 18-fluorodeoxyglukózou u pacientů s roztroušenou sklerózou ukazuje difúzní změny v metabolismu mozku, včetně šedé hmoty. Identifikované kvantitativní metabolické poruchy mohou sloužit jako marker aktivity onemocnění, odrážet patofyziologické mechanismy rozvoje exacerbace, pomáhat při predikci průběhu onemocnění a hodnocení účinnosti terapie.

Mozkové nádory

CT nebo MRI umožňuje získat spolehlivé informace o lokalizaci a objemu nádorového poškození mozkové tkáně, ale neposkytuje plnou schopnost s vysokou přesností odlišit benigní léze od maligních. Metody strukturálního neurozobrazování navíc nemají dostatečnou specificitu k odlišení recidivy nádoru od radiační nekrózy. V těchto případech se metodou volby stává PET.

Kromě 18-fluorodeoxyglukózy se k diagnostice mozkových nádorů používají i další radiofarmaka, jako je ^11C -methionin a ^11C -tyrosin. Zejména PET s ^11C -methioninem je citlivější metodou pro detekci astrocytomů než PET s 18-fluorodeoxyglukózou a lze jej také použít k hodnocení nádorů nízkého stupně malignity. PET s ^11C -tyrosinem umožňuje odlišit maligní nádory od benigních mozkových lézí. Kromě toho vysoce a špatně diferencované mozkové nádory vykazují odlišnou absorpční kinetiku tohoto radiofarmaka.

V současné době je PET jednou z nejpřesnějších a nejmodernějších metod pro diagnostiku různých onemocnění nervového systému. Tato metoda může být navíc použita ke studiu fungování mozku u zdravých lidí pro vědeckovýzkumné účely.

Využití metody vzhledem k nedostatečnému vybavení a vysokým nákladům zůstává extrémně omezené a je dostupné pouze ve velkých výzkumných centrech, ale potenciál PET je poměrně vysoký. Zavedení techniky, která umožňuje současné provádění MRI a PET s následnou kombinací získaných snímků, se jeví jako mimořádně slibné, což umožní získat maximální informace o strukturálních i funkčních změnách v různých částech mozkové tkáně.

Co je pozitronová emisní tomografie?

Na rozdíl od standardní magnetické rezonance (MRI) nebo počítačové tomografie (CT), které primárně poskytují anatomický obraz orgánu, PET hodnotí funkční změny na úrovni buněčného metabolismu, které lze rozpoznat již v raných, preklinických stádiích onemocnění, kdy strukturální neurozobrazovací metody neodhalují žádné patologické změny.

PET využívá různá radiofarmaka značená kyslíkem, uhlíkem, dusíkem, glukózou, tj. přirozenými metabolity těla, které se podílejí na metabolismu spolu s vlastními endogenními metabolity. Díky tomu je možné vyhodnotit procesy probíhající na buněčné úrovni.

Nejběžnějším radiofarmakem používaným v PET je fluorodeoxyglukóza. Mezi další radiofarmaka běžně používaná v PET patří ^11C -methionin (MET) a ^11C -tyrosin.

Radiační zátěž při maximální dávce podaného léku odpovídá radiační zátěži, kterou pacient obdrží při rentgenovém snímku hrudníku ve dvou projekcích, takže vyšetření je relativně bezpečné. Je kontraindikováno u osob trpících diabetes mellitus s hladinou cukru v krvi vyšší než 6,5 mmol/l. Kontraindikace zahrnují také těhotenství a kojení.