Positron-emissions-tomografi

Positronemissionstomografi (PET) er en metode til at studere kroppens vævs metaboliske og funktionelle aktivitet in vivo. Metoden er baseret på fænomenet positronemission observeret i et radioaktivt lægemiddel, der introduceres i kroppen under dets distribution og akkumulering i forskellige organer. Inden for neurologi er metodens primære anvendelsesområde studiet af hjernens metabolisme i forbindelse med en række sygdomme. Ændringer i akkumuleringen af nuklider i et hvilket som helst område af hjernen tyder på en forstyrrelse af neuronal aktivitet.

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

Indikationer for positronemissionstomografi

Indikationer for positronemissionstomografi omfatter test for myokardiedvale hos patienter, der gennemgår koronar bypass-transplantation eller hjertetransplantation, og skelnen mellem metastase og nekrose og fibrose i forstørrede lymfeknuder hos patienter med kræft. PET bruges også til at evaluere lungeknuder og bestemme, om de er metabolisk aktive, og til at diagnosticere lungekræft, halskræft, lymfom og melanom. CT kan kombineres med positronemissionstomografi for at korrelere morfologiske og funktionelle data.

Forberedelse til positronemissionstomografi

PET-scanning udføres på tom mave (det sidste måltid er 4-6 timer før undersøgelsen). Undersøgelsens varighed er fra 30 til 75 minutter, afhængigt af procedurens omfang. I løbet af de 30-40 minutter, der kræves for at introducere det administrerede lægemiddel i kroppens metaboliske processer, bør patienterne være under forhold, der minimerer muligheden for motorisk, tale- og følelsesmæssig aktivitet for at reducere sandsynligheden for falsk-positive resultater. Til dette formål placeres patienten i et separat rum med lydisolerede vægge; patienten ligger med lukkede øjne.

Alternative metoder

Andre funktionelle neurobilleddannelsesmetoder såsom magnetisk resonansspektroskopi, enkeltfotonemissions-CT, perfusion og funktionel MRI kan i et vist omfang tjene som et alternativ til PET.

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

Enkeltfotonemissionstomografi

En billigere mulighed for radioisotopundersøgelse af hjernens intravitale struktur er enkeltfotonemissionscomputertomografi.

Denne metode er baseret på registrering af kvantestråling udsendt af radioaktive isotoper. I modsætning til PET-metoden bruger enkeltfotonemissionscomputertomografi elementer, der ikke deltager i metabolismen (Tc99, TI-01), og ved hjælp af et y-kamera, der roterer omkring objektet, registreres enkeltkvanter (fotoner) i stedet for parrede kvanter.

En af modifikationerne af metoden med enkeltfotonemissionscomputertomografi er visualisering af lokal cerebral blodgennemstrømning. Patienten får en gasblanding at inhalere, der indeholder xenon-133, som opløses i blodet, og ved hjælp af computeranalyse konstrueres et tredimensionelt billede af fordelingen af fotonemissionskilder i hjernen med en rumlig opløsning på omkring 1,5 cm. Denne metode bruges især til at studere karakteristikaene for lokal cerebral blodgennemstrømning ved cerebrovaskulære sygdomme og ved forskellige typer demens.

Evaluering af resultater

PET-evaluering udføres ved hjælp af visuelle og semi-kvantitative metoder. Visuel evaluering af PET-data udføres ved hjælp af både sort-hvide og forskellige farveskalaer, hvilket gør det muligt at bestemme intensiteten af radioaktive farmaceutiske ophobninger i forskellige dele af hjernen, identificere foci for patologisk metabolisme og evaluere deres lokalisering, konturer og størrelser.

I en semi-kvantitativ analyse beregnes forholdet mellem akkumulering af radiofarmaceutiske stoffer mellem to områder af samme størrelse, hvoraf det ene svarer til den mest aktive del af den patologiske proces, og det andet til det uændrede kontralaterale område af hjernen.

Brugen af PET i neurologi giver os mulighed for at løse følgende problemer:

• studere aktiviteten i bestemte områder af hjernen, når de præsenteres for forskellige stimuli;
• udføre tidlig diagnose af sygdomme;
• udføre differentialdiagnostik af patologiske processer med lignende kliniske manifestationer;
• forudsige sygdomsforløbet, evaluere terapiens effektivitet.

De vigtigste indikationer for brug af teknikken i neurologi er:

• cerebrovaskulær patologi;
• epilepsi;
• Alzheimers sygdom og andre former for demens;
• degenerative sygdomme i hjernen (Parkinsons sygdom, Huntingtons sygdom);
• demyeliniserende sygdomme;
• hjernetumorer.

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

Epilepsi

PET med 18-fluorodeoxyglucose gør det muligt at detektere epileptogene foci, især i fokale former for epilepsi, og at evaluere metaboliske forstyrrelser i disse foci. I den interiktale periode er den epileptogene fokuszone karakteriseret ved glukosehypometabolisme, og området med reduceret metabolisme overstiger i nogle tilfælde betydeligt størrelsen af det fokus, der er etableret ved hjælp af strukturelle neuroimaging-metoder. Derudover gør PET det muligt at detektere epileptogene foci, selv i fravær af elektroencefalografiske og strukturelle ændringer, og det kan bruges i differentialdiagnosen af epileptiske og ikke-epileptiske anfald. Metodens sensitivitet og specificitet øges betydeligt ved kombineret brug af PET med elektroencefalografi (EEG).

Ved et epileptisk anfald observeres en stigning i den regionale glukosemetabolisme i området med det epileptogene fokus, ofte i kombination med undertrykkelse i et andet område af hjernen, og efter anfaldet registreres hypometabolisme igen, hvis sværhedsgrad begynder at falde pålideligt 24 timer efter anfaldet.

PET kan også med succes anvendes til at beslutte indikationer for kirurgisk behandling af forskellige former for epilepsi. Præoperativ vurdering af lokaliseringen af epileptiske foci gør det muligt at vælge den optimale behandlingstaktik og lave en mere objektiv prognose for resultatet af den foreslåede intervention.

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

Cerebrovaskulær patologi

I diagnostikken af iskæmisk slagtilfælde betragtes PET som en metode til at bestemme levedygtigt, potentielt gendanneligt hjernevæv i den iskæmiske penumbrazone, hvilket vil muliggøre en præcisering af indikationer for reperfusionsbehandling (trombolyse). Brugen af centrale benzodiazepinreceptorligander, der fungerer som markører for neuronal integritet, muliggør en forholdsvis klar skelnen mellem irreversibelt beskadiget og levedygtigt hjernevæv i den iskæmiske penumbrazone i et tidligt stadie af et slagtilfælde. Det er også muligt at udføre differentialdiagnostik mellem friske og gamle iskæmiske foci hos patienter med gentagne iskæmiske episoder.

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

Alzheimers sygdom og andre typer demens

Ved diagnosticering af Alzheimers sygdom varierer PET-følsomheden fra 76 til 93 % (gennemsnit 86 %), hvilket bekræftes af obduktionsmaterialer.

PET-scanning ved Alzheimers sygdom er karakteriseret ved et udtalt fokalt fald i cerebral metabolisme, primært i de neokortikale associationsområder i cortex (posterior cingulate, temporoparietal og frontal multimodal cortex), med ændringer, der er mere udtalte i den dominerende hemisfære. Samtidig forbliver basalganglierne, thalamus, cerebellum og cortex, der er ansvarlige for primære sensoriske og motoriske funktioner, relativt intakte. Det mest typiske for Alzheimers sygdom er bilateral hypometabolisme i hjernens temporoparietale områder, som i fremskredne stadier kan kombineres med et fald i metabolismen i frontal cortex.

Demens på grund af cerebrovaskulær sygdom er karakteriseret ved en overvejende involvering af frontallappene, herunder cingulate og superior frontal gyrus. Patienter med vaskulær demens har også typisk pletvise områder med nedsat metabolisme i den hvide substans og cortex, ofte involverende cerebellum og subcortex. Frontotemporal demens viser nedsat metabolisme i den frontale, anterior og mediale temporale cortex. Patienter med Lewy body demens har bilaterale temporoparietale metaboliske underskud, der minder om Alzheimers sygdom, men involverer ofte occipital cortex og cerebellum, som normalt er intakte ved Alzheimers sygdom.

Mønster af metaboliske ændringer i forskellige tilstande forbundet med demens

Ætiologi af demens	Metaboliske forstyrrelseszoner
Alzheimers sygdom	Skade på parietal-, temporal- og posterior cingulære cortex opstår tidligst ved relativ skånsomhed af den primære sensorimotoriske og primære visuelle cortex og ved skånsomhed af striatum, thalamus og cerebellum. I de tidlige stadier er underskuddet ofte asymmetrisk, men den degenerative proces manifesterer sig til sidst bilateralt.
Vaskulær demens	Hypometabolisme og hypoperfusion i berørte kortikale, subkortikale områder og lillehjernen
Frontal demens	Den frontale cortex, den anterior temporale cortex og de mediotemporale regioner påvirkes først, med en initialt højere grad af skade end den parietale og laterale temporale cortex, med relativ bevarelse af den primære sensorimotoriske og visuelle cortex.
Huntingtons chorea	Caudatus- og lentikulærkernen påvirkes tidligere med gradvis diffus involvering af cortex
Demens ved Parkinsons sygdom	Alzheimers sygdomslignende træk, men med større skånsomhed af den mediotemporale region og mindre skånsomhed af den visuelle cortex
Demens med Lewy-legemer	Forstyrrelser typiske for Alzheimers sygdom, men med mindre bevarelse af den visuelle cortex og muligvis lillehjernen

Brugen af PET som en prædiktor for udvikling af Alzheimers-lignende demens, især hos patienter med mild og moderat kognitiv svækkelse, er lovende.

I øjeblikket gøres der forsøg på at studere cerebral amyloidose in vivo ved hjælp af PET, under anvendelse af specielle amyloidligander, med henblik på præklinisk diagnose af demens hos personer med risikofaktorer. Undersøgelse af sværhedsgraden og lokaliseringen af cerebral amyloidose muliggør også pålidelig forbedring af diagnostikken på forskellige stadier af sygdommen. Derudover gør brugen af PET, især i dynamik, det muligt mere præcist at forudsige sygdomsforløbet og objektivt evaluere behandlingens effektivitet.

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

Parkinsons sygdom

PET med brug af den specifikke ligand B18-fluorodopa muliggør kvantitativ bestemmelse af manglen på dopaminsyntese og -lagring i de præsynaptiske striatale terminaler ved Parkinsons sygdom. Tilstedeværelsen af karakteristiske ændringer gør det muligt at stille en diagnose og organisere forebyggende og terapeutiske foranstaltninger allerede i de tidlige, undertiden prækliniske stadier af sygdommen.

Brugen af PET muliggør differentialdiagnose af Parkinsons sygdom med andre sygdomme, hvis kliniske billede inkluderer ekstrapyramidale symptomer, såsom multipel systemisk atrofi.

Selve dopaminreceptorernes tilstand kan vurderes ved hjælp af PET med H2-receptorliganden _racloprid. Ved Parkinsons sygdom er antallet af præsynaptiske dopaminerge terminaler og mængden af dopamintransportør i den synaptiske kløft reduceret, mens antallet af dopaminreceptorer i striatum er reduceret ved andre neurodegenerative sygdomme (f.eks. multipel systematrofi, progressiv supranukleær parese og kortikobasal degeneration).

Derudover giver brugen af PET os mulighed for at forudsige sygdommens forløb og progressionshastighed, evaluere effektiviteten af lægemiddelbehandling og hjælpe med at bestemme indikationer for kirurgisk behandling.

Huntingtons chorea og andre hyperkinesier

PET-resultater af Huntingtons chorea er karakteriseret ved et fald i glukosemetabolismen i nucleus caudatus, hvilket muliggør præklinisk diagnostik af sygdommen hos personer med høj risiko for at udvikle sygdommen ifølge DNA-testresultater.

Ved torsionsdystoni viser PET med 18-fluorodeoxyglucose et fald i det regionale niveau af glukosemetabolisme i nucleus caudatus og lentiformis, såvel som de frontale projektionsfelter i nucleus mediodorsalis thalamus, med et intakt samlet metabolisk niveau.

Multipel sklerose

PET med 18-fluorodeoxyglucose hos patienter med multipel sklerose viser diffuse ændringer i hjernens metabolisme, herunder i den grå substans. De identificerede kvantitative metaboliske lidelser kan tjene som en markør for sygdomsaktivitet, samt afspejle de patofysiologiske mekanismer for eksacerbationsudvikling, hjælpe med at forudsige sygdomsforløbet og vurdere behandlingens effektivitet.

Hjernetumorer

CT eller MR giver mulighed for at opnå pålidelig information om lokalisering og omfang af tumorskader på hjernevæv, men giver ikke fuldt ud mulighed for at skelne benigne læsioner fra maligne med høj nøjagtighed. Derudover har strukturelle neuroimaging-metoder ikke tilstrækkelig specificitet til at skelne tumorrecidiv fra strålingsnekrose. I disse tilfælde bliver PET den foretrukne metode.

Ud over 18-fluorodeoxyglucose anvendes andre radioaktive lægemidler til at diagnosticere hjernetumorer, såsom ^11C -methionin og ^11C -tyrosin. Især PET med ^11C -methionin er en mere følsom metode til at detektere astrocytomer end PET med 18-fluorodeoxyglucose, og den kan også bruges til at evaluere lavgradige tumorer. PET med ^11C -tyrosin gør det muligt at differentiere maligne tumorer fra godartede hjernelæsioner. Derudover viser stærkt og dårligt differentierede hjernetumorer forskellig absorptionskinetik for dette radioaktive lægemiddel.

I øjeblikket er PET en af de mest præcise og højteknologiske undersøgelser til diagnosticering af forskellige sygdomme i nervesystemet. Derudover kan denne metode bruges til at studere hjernens funktion hos raske mennesker til videnskabelige forskningsformål.

På grund af utilstrækkeligt udstyr og høje omkostninger er metoden fortsat ekstremt begrænset og kun tilgængelig i store forskningscentre, men potentialet for PET er ret stort. Introduktionen af en teknik, der muliggør samtidig udførelse af MR og PET med efterfølgende kombination af de opnåede billeder, virker yderst lovende, hvilket vil give mulighed for at opnå maksimal information om både strukturelle og funktionelle ændringer i forskellige dele af hjernevævet.

Hvad er positronemissionstomografi?

I modsætning til standard MR- eller CT-scanninger, som primært giver et anatomisk billede af et organ, evaluerer PET funktionelle ændringer på niveauet af cellulær metabolisme, hvilket allerede kan genkendes i de tidlige, prækliniske stadier af sygdommen, når strukturelle neurobilleddannelsesmetoder ikke afslører nogen patologiske ændringer.

PET bruger forskellige radioaktive lægemidler mærket med ilt, kulstof, nitrogen og glukose, dvs. kroppens naturlige metabolitter, som indgår i stofskiftet sammen med kroppens egne endogene metabolitter. Som et resultat bliver det muligt at evaluere processer, der forekommer på celleniveau.

Det mest almindelige radiofarmaceutiske middel, der anvendes i PET, er fluorodeoxyglucose. Andre radiofarmaceutiske midler, der almindeligvis anvendes i PET, omfatter ^11C -methionin (MET) og ^11C -tyrosin.

Strålingsbelastningen ved den maksimale dosis af det administrerede lægemiddel svarer til den strålingsbelastning, patienten modtager under røntgenbillede af thorax i to projektioner, så undersøgelsen er relativt sikker. Den er kontraindiceret til personer med diabetes mellitus med et blodsukkerniveau på mere end 6,5 mmol/l. Kontraindikationer omfatter også graviditet og amning.