Pozytonowa tomografia emisyjna podstawowe wiadomości

Pozytonowa tomografia emisyjna -podstawowe wiadomości

Opublikowane: 2007-ł0-ł0 w radiotog.pt

Słowa kluczowe:

Dziedzina : radiologia

Diagnostyka za pomocą pozytonowej emisyjnej tomografii - PET, weszła na stałe do wachlarza badań w wielu dziedzinach. Jednak najbujniejszy jej rozwój widoczny jest w onkologii, która w warunkach normalnego funkcjonowania zakładu medycyny nuklearnej stanowi ok. 90% skierowań na diagnostykę metodą PET.

Zacznijmy od wytłumaczenia nazwy

Wielu lekarzy i nie tylko, dziwi się specyficznemu użyciu słowa „pozytonowa". Przecież bliżej nam brzmieniowo do użycia wyrazu „pozytronowa". Jednak słownik poprawnej polszczyzny, a zwłaszcza polskojęzyczne opisy fizyki cząstek mówią o pozytonie jako o cząstce o masie elektronu, lecz dodatnim ładunku. Tak więc początkowo trochę dziwacznie wyglądająca nazwa „pozytonowa" jawi się nam jako czysto polska i użycie takiej wydawało się nam logiczne i prawidłowe przy tworzeniu pierwszej pracowni tego typu w Polsce. Jeszcze może krótkie wytłumaczenie pozostałych członów tej nazwy. Tomografia jest obrazowaniem przestrzennym, czyli badaniem dającym możliwość oglądu interesującego nas punktu w dowolnie wybranej płaszczyźnie. Pod tym względem PET nie różni się od innych metod stosowanych w medycynie, takich jak tomografia komputerowa (CT) czy rezonans magnetyczny (MRI). Jednak ostatni element tej nazwy pokazuje zasadniczą różnicę. O ile w klasycznej tomografii komputerowej źródłem promieniowania jest lampa emitująca promieniowanie jonizujące, przechodzące przez pacjenta i trafiające do detektora umieszczonego po przeciwległej stronie, to w pozytonowej emisyjnej tomografii źródłem informacji jest promieniowanie emitowane przez rozpadające się pierwiastki promieniotwórcze i wychwytywane przez szeregi detektorów pierścieniami otaczające pacjenta. Dodatkowo jedną cech charakterystycznych PET jest użycie wyłącznie pierwiastków, których rozpad promieniotwórczy przebiega z emisją wspomnianego już wcześniej pozytonu. Wyrzucenie w przestrzeń pozaatomową pozytonu powoduje niemal natychmiastowe zderzenie z elektronem (tych jest zdecydowana większość) i wystąpienie zjawiska anihilacji. Użyteczność i zastosowanie tego zjawiska będzie przedstawione w następnych artykułach.

Utworzona jako pierwsza i dotychczas jedyna Polsce, w Zakładzie Medycyny Nuklearnej Centrum Onkologii w Bydgoszczy, w pełni wyposażona pracownia PET/CT od początku 2003 roku przebadała ponad 8000 pacjentów. Należy zauważyć, że powstanie pracowni PET/CT w Zakładzie Medycyny Nuklearnej Centrum Onkologii w Bydgoszczy nastąpiło zaledwie dwa lata po wprowadzeniu aparatów PET/CT do wiodących ośrodków amerykańskich. Możemy więc z dumą mówić o działaniach pionierskich w tej dziedzinie. Po początkowym, trudnym okresie związanym z rozbudzonymi nadziejami, zarówno wśród pacjentów jak i lekarzy, oraz znacznym oporem w gremiach decyzyjnych, technika powoli staje się klasycznym narzędziem w diagnostyce wielu chorób rozrostowych. Doniesienia naukowe z jednej strony i działania informacyjne pracowników naszego Zakładu z drugiej, prowadzą do właściwego ustawienia metody PET/CT w szeregu badań diagnostycznych w zależności od jej zastosowania w poszczególnych typach nowotworów.

I znowu stanęliśmy przed nowymi terminami, które mogą wprowadzać pewien niepokój.

Jaka zatem jest różnica pomiędzy badaniami PET a PET CT

Żeby to wytłumaczyć sięgnijmy do początków powstania diagnostyki izotopowej - czyli medycyny nuklearnej. Jest to dziedzina diagnostyki, zajmująca się badaniami oraz terapią z użyciem izotopów promieniotwórczych w postaci otwartych źródeł promieniowania. Przez długie lata medycyna nuklearna wykorzystywała jedynie izotopy, które w wyniku swojego rozpadu emitowały jedynie pojedynczy kwant promieniowania gamma o zróżnicowanych energiach - zależnych od rodzaju izotopu. Stosowano i stosuje się do chwili obecnej różne zamienniki substancji występujących w organizmie ludzkim po to, aby zobrazować przebieg interesujących nas procesów metabolicznych. Celem medycyny nuklearnej było zawsze uzyskanie potrzebnych z punktu widzenie diagnostyki informacji w sposób nieinwazyjny, zapewniający pełne bezpieczeństwo pacjentowi i stosując dawki promieniowania bezpieczne, z reguły znacznie niższe niż w klasycznej radiologii.

Marzeniem, które ucieleśnia się w technice PET było i jest zastosowanie fizjologicznie występujących w organizmie człowieka substancji do badań określonych procesów metabolicznych i ich zaburzeń.

Takie możliwości otworzyła technika PET. Izotopy stosowane w tej metodzie dają się „z łatwością" dołączyć lub wbudować do naturalnych metabolitów organizmu człowieka. Przykładem jest powszechnie używane FDG - fluorodeoksyglukoza to cząstka glukozy wyznakowana fluorem 18. A cholina, którą można wyznakować węglem C11, jest naturalnym prekursorem składników błon komórkowych naszego organizmu. Postęp techniki umożliwił akwizycję wysokoenergetycznych kwantów promieniowania gamma emitowanych przy zjawisku anihilacji i przetwarzanie ich w obraz. Postęp biochemii, patofizjologii pozwolił na wyodrębnienie procesów, które są charakterystyczne dla poszczególnych patologii. Zaś współczesne metody syntezy umożliwiły produkcję i znakowanie cząstek, pozwalających na śledzenie i ilościową analizę tych procesów. Jednak pozostały problemy z lokalizacją zmian patologicznych zwłaszcza w miejscach tzw. styku tkanek i narządów. Wykonanie jednoczasowo badania tomografii komputerowej oraz pozytonowej tomografii emisyjnej z późniejszym nałożeniem na siebie tych obrazów w dużej mierze (choć nie całkowicie) rozwiązało ten problem.

W chwili obecnej ze względów formalnych nasz Zakład jest ograniczony do badań za pomocą (18F) f1uorodeoxyglukozy oraz (18F) fluorku sodu. Są to w chwili obecnej dwa znaczniki produkowane w Pracowni Produkcji Radiofarmaceutyków naszego Zakładu, a jednocześnie jedyne, których użycie dopuszcza kontrakt z Narodowym Funduszem Zdrowia.

Synteza FDG przebiega wieloetapowo.

Pierwsząjej częściąjest produkcja fluoru (1SF), a następnie jego włączenie w pozycję 2 pierścienia cukrowego.

Gromadzenie FDG w komórkach nowotworowych jest oparte o znany z początków XX wieku z prac Warburga fakt podwyższonej aktywności glikolitycznej tych komórek. Fosforylacja tej cząsteczki zachodzi, kiedy cukier zostanie absorbowany przez komórkę (rys. 2). Jedna cząsteczka fosforanu z grupą alkoholową jest dodawana do 6-go atomu węgla FDG jak i glukozy. Proces ten zachodzi dzięki heksokinazie - enzymowi, który jest składnikiem komórki. Glukoza i FDG konkurują o związanie z enzymem. W dalszym cyklu glukozo-6-fosforan podlega metabolizmowi, lub opuszcza komórkę przy udziale innego enzymu (fosfatazy), natomiast FDG jest poddawane tej przemianie bardzo powoli ulegając zatrzymaniu w komórce (ang. traping).

prawidłowa

KMttJttfl

n«a4trxle«4rfc*a*

Komórka

(rhlk^ITłł	ClM H . <

(;inkom

prmtrnA

rankom 6 P

Komórka | nowotworowa

„cellular

trapping”

Rys. 2. Mechanizm gromadzenia fluorodeoxyglukozy w komórce.

Jak wynika z krótkiego przedstawienia mechanizmu gromadzenia FDG w komórkach, zwiększony metabolizm tego znacznika nie jest charakterystyczny wyłącznie dla nowotworów. Jednak przeważająca większość zmian rozrostowych cechuje się znacznie nasilonym metabolizmem glukozy, przewyższającym procesy zapalne, zwyrodnieniowe czy wreszcie fizjologiczne gromadzenie w przewodzie pokarmowym i brunatnej tkance tłuszczowej. Jednak taki mechanizm metabolizmu FDG może powodować (nieliczne) przypadki rozpoznań fałszywie dodatnich.

Fuzja (nakładanie) obrazów PET i CT, dokonywana w trakcie obróbki cyfrowej danych akwizycyjnych, powoduje w znacznej części wykluczenie tych wątpliwości. Tym niemniej zawsze pozostaje niewielki procent wyników wątpliwych lub wręcz fałszywie ujemnych lub dodatnich (np. zaburzenia metabolizmu wewnątrz guza, martwica tkanek, nasilone procesy zapalne, ziarninowanie mogą powodować niepowodzenia diagnostyczne).

W następnych artykułach przedstawię techniczne i organizacyjne uwarunkowania badań PET i PET/CT, opiszę też poszczególne radiofarmaceutyki i ich zastosowanie kliniczne.

Ajtor: Dr n. med. Bogdan Małkowski Kierownik Zakładu Medycyny Nuklearnej Centrum Onkologii w Bydgoszczy Opublikowany: 2007-10-10