Позитрондық эмиссиялық томография: Медициналық бейнелеу әдісі

Позитрондық эмиссиялық томография (ПЭТ) – метаболизмді визуализациялайтын, рак, сүйек ауруларын анықтайтын ядролық медицина әдісі. Radiotracer қолданылады.

18 мин оқу

100%

Дереккөз: Positron emission tomography — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Медициналық бейнелеу техникасы

Позитрондық эмиссиялық томография (ПЭТ) – метаболизм процестеріндегі және басқа физиологиялық белсенділіктердегі өзгерістерді, соның ішінде қан ағыны, аймақтық химиялық құрамы мен сіңіруді визуализациялау және өлшеу үшін радиоактивті заттарды, радиотақырыштарды пайдаланатын функционалдық бейнелеу техникасы. Денедегі мақсатты процесске байланысты әртүрлі бейнелеу мақсаттарында әртүрлі тақырыштар қолданылады. Мысалы:
Фтордеоксиглюкоза ([18F]FDG немесе FDG) қатерлі ісікті анықтау үшін жиі қолданылады;
[18F] Фторлы натрий (Na18F) сүйек қалыптасуын анықтау үшін кеңінен қолданылады;
Оттегі-15 (15O) кейде қан ағынын өлшеу үшін қолданылады. ПЭТ – ядролық медицинада қолданылатын медициналық сцинтиллография техникасы, кең таралған бейнелеу техникасы. Радиофармацевтикалық препарат – дәріге бекітілген радиоизотоп – денеге тақырып ретінде енгізіледі. Радиофармацевтикалық препарат бета-плюс ыдырауға ұшырағанда позитрон шығарылады, ал позитрон обыкновенный электронмен әрекеттескенде екі бөлшек жойылады және екі гамма сәулесі қарама-қарсы бағытта шығарылады. Бұл гамма сәулелерін екі гамма камерасы үш өлшемді суретке түсіреді. ПЭТ сканерлері компьютерлік томография сканерін (КТ) біріктіре алады және ПЭТ-КТ сканерлері деп аталады. ПЭТ-суреттерін бір сеанс ішінде бір сканермен жасалған КТ арқылы қайта құруға болады. ПЭТ сканерінің кемшіліктерінің бірі – оның жоғары бастапқы және жұмыс істеу шығындары.

Қолданылуы

ПЭТ – медициналық және зерттеу құралы, клиникалық және клиникалық алдын ала жағдайларда қолданылады. Ол ісіктерді бейнелеуде, клиникалық онкология саласындағы метастаздарды іздеуде, сондай-ақ түрлі деменция түрлерін тудыратын кейбір тараған ми ауруларының клиникалық диагнозында кеңінен қолданылады. ПЭТ – адам миының, жүрек жұмысының қызметі туралы білімді арттыру және жаңа дәрілерді әзірлеуді қолдау үшін құнды зерттеу құралы. ПЭТ жануарларға жасалатын клиникалық алдын ала зерттеулерде де қолданылады. Бұл әдіс бір және бірдей объектілерді уақыт өте келе қайта-қайта зерттеуге мүмкіндік береді, онда объектілер өздерінің бақылау тобы ретінде танылады және берілген зерттеу үшін қажетті жануарлардың санын едәуір азайтады. Бұл тәсіл зерттеулерге қажетті үлгі көлемін азайтуға, сонымен бірге нәтижелерінің статистикалық сапасын арттыруға мүмкіндік береді. Физиологиялық процестер денеде анатомиялық өзгерістерге алып келеді. ПЭТ биохимиялық процестерді, сондай-ақ кейбір белоктардың экспрессиясын анықтай алатындықтан, анатомиялық өзгерістер көрінбей тұрып-ақ молекулалық деңгейдегі ақпаратты ұсынуы мүмкін. ПЭТ сканерлеуде радиоактивті белгіленген молекулалық зондтар қолданылады, олар тіндердің түрі мен функциясына байланысты әртүрлі қарқынмен сіңіріледі. Әртүрлі анатомиялық құрылымдардағы аймақтық іздеушінің сіңуін ПЭТ сканерінде инъекцияланған позитрон шығарушы ретінде визуализациялауға және салыстырмалы түрде өлшеуге болады. ПЭТ-суреттерді алу үшін арнайы ПЭТ сканерін пайдалану қажет. Сондай-ақ, ПЭТ-суреттерді кездейсоқтық детекторы бар стандартты екі басты гамма-камераны пайдалану арқылы да алуға болады. Гамма-камерамен алынған ПЭТ-суреттердің сапасы төмендеу, ал сканерлеу уақыты ұзақ. Алайда, бұл әдіс ПЭТ сканерлеуге сұранысы аз мекемелерге төмен құнмен шешім табуға мүмкіндік береді. Басқа нұсқа – осындай пациенттерді басқа орталыққа бағыттау немесе мобильді сканердің келуін күту. Медициналық бейнелеудің баламалы әдістеріне бір фотонды эмиссиялық компьютерлік томография (SPECT), компьютерлік томография (КТ), магниттік-резонанстық бейнелеу (МРТ) және функционалдық магниттік-резонанстық бейнелеу (fMRI), сондай-ақ ультрадыбыс жатады. SPECT – ПЭТ-ке ұқсас бейнелеу әдісі, ол ағзадағы молекулаларды анықтау үшін радиолигандтарды қолданады. SPECT арзан, бірақ ПЭТ-ке қарағанда сурет сапасы нашар.

PET is both a medical and research tool used in pre clinical and clinical settings. It is used heavily in the imaging of tumors and the search for metastases within the field of clinical oncology, and for the clinical diagnosis of certain diffuse brain diseases such as those causing various types of dementias. PET is a valuable research tool to learn and enhance our knowledge of the normal human brain, heart function, and support drug development. PET is also used in pre clinical studies using animals. It allows repeated investigations into the same subjects over time, where subjects can act as their own control and substantially reduces the numbers of animals required for a given study. This approach allows research studies to reduce the sample size needed while increasing the statistical quality of its results. Physiological processes lead to anatomical changes in the body. Since PET is capable of detecting biochemical processes as well as expression of some proteins, PET can provide molecular level information much before any anatomic changes are visible. PET scanning does this by using radiolabelled molecular probes that have different rates of uptake depending on the type and function of tissue involved. Regional tracer uptake in various anatomic structures can be visualized and relatively quantified in terms of injected positron emitter within a PET scan. PET imaging is best performed using a dedicated PET scanner. It is also possible to acquire PET images using a conventional dual head gamma camera fitted with a coincidence detector. The quality of gamma camera PET imaging is lower, and the scans take longer to acquire. However, this method allows a low cost on site solution to institutions with low PET scanning demand. An alternative would be to refer these patients to another center or relying on a visit by a mobile scanner. Alternative methods of medical imaging include single photon emission computed tomography (SPECT), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), and ultrasound. SPECT is an imaging technique similar to PET that uses radioligands to detect molecules in the body. SPECT is less expensive and provides inferior image quality than PET.

Онкология

ПЭТ сканирование с радиотрассером [18F]фтордезоксиглюкозой (ФДГ) широко используется в клинической онкологии. ФДГ является аналогом глюкозы, который поглощается клетками, использующими глюкозу, и фосфорилируется гексокиназой (митохондриальная форма которой значительно повышена в быстрорастущих злокачественных опухолях). Метаболическая ловушка радиоактивной молекулы глюкозы позволяет использовать ПЭТ-сканирование. Концентрации визуализированного трассера ФДГ указывают на метаболическую активность ткани, поскольку она соответствует региональному поглощению глюкозы. ФДГ используется для изучения возможности распространения рака на другие участки тела (метастазы рака). Эти ПЭТ-сканы с ФДГ для выявления метастазов рака являются наиболее распространенными в стандартной медицинской практике (составляя 90% от всех текущих сканирований). Тот же трассер также может использоваться для диагностики типов деменции. Менее часто используются другие радиоактивные трассеры, обычно, но не всегда меченные фтором-18 (18F), для визуализации концентрации различных видов молекул, представляющих интерес, в тканях внутри организма. Типичная доза ФДГ, используемая при онкологическом сканировании, имеет эффективную дозу облучения 7,6 мЗв. Поскольку гидроксильная группа, заменяемая фтором-18 для получения ФДГ, необходима для следующего этапа метаболизма глюкозы во всех клетках, дальнейших реакций в ФДГ не происходит. Кроме того, большинство тканей (за исключением печени и почек) не могут удалить фосфат, добавленный гексокиназой. Это означает, что ФДГ задерживается в любой клетке, которая его поглощает, до тех пор, пока он не распадается, поскольку фосфорилированные сахара из-за своего ионного заряда не могут выходить из клетки. Это приводит к интенсивному радиомаркированию тканей с высоким поглощением глюкозы, таких как нормальный мозг, печень, почки и большинство видов рака, которые имеют более высокое поглощение глюкозы, чем большинство нормальных тканей из-за эффекта Варбурга. В результате ФДГ ПЭТ может использоваться для диагностики, стадирования и мониторинга лечения рака, особенно при лимфоме Ходжкина, неходжкинской лимфоме и раке легких. Обзор исследований 2020 года по использованию ПЭТ при лимфоме Ходжкина показал, что отрицательные результаты промежуточных ПЭТ-сканирований связаны с более высокой общей выживаемостью и выживаемостью без прогрессирования; однако достоверность имеющихся данных была умеренной для выживаемости и очень низкой для выживаемости без прогрессирования. Несколько других изотопов и радиотрассеров постепенно внедряются в онкологию для конкретных целей. Например, метомидат, меченный 11C (11C метомидат), использовался для выявления опухолей адренокортикального происхождения. Кроме того, Флуородопа (FDOPA) ПЭТ/КТ (также называемая F 18 DOPA ПЭТ/КТ) оказалась более чувствительной альтернативой для обнаружения и локализации феохромоцитомы, чем сканирование иобенгуаном (MIBG).

PET scanning with the radiotracer [18F]fluorodeoxyglucose (FDG) is widely used in clinical oncology. FDG is a glucose analog that is taken up by glucose using cells and phosphorylated by hexokinase (whose mitochondrial form is significantly elevated in rapidly growing malignant tumors). Metabolic trapping of the radioactive glucose molecule allows the PET scan to be utilized. The concentrations of imaged FDG tracer indicate tissue metabolic activity as it corresponds to the regional glucose uptake. FDG is used to explore the possibility of cancer spreading to other body sites (cancer metastasis). These FDG PET scans for detecting cancer metastasis are the most common in standard medical care (representing 90% of current scans). The same tracer may also be used for the diagnosis of types of dementia. Less often, other radioactive tracers, usually but not always labelled with fluorine 18 (18F), are used to image the tissue concentration of different kinds of molecules of interest inside the body. A typical dose of FDG used in an oncological scan has an effective radiation dose of 7.6 mSv. Because the hydroxy group that is replaced by fluorine 18 to generate FDG is required for the next step in glucose metabolism in all cells, no further reactions occur in FDG. Furthermore, most tissues (with the notable exception of liver and kidneys) cannot remove the phosphate added by hexokinase. This means that FDG is trapped in any cell that takes it up until it decays, since phosphorylated sugars, due to their ionic charge, cannot exit from the cell. This results in intense radiolabeling of tissues with high glucose uptake, such as the normal brain, liver, kidneys, and most cancers, which have a higher glucose uptake than most normal tissue due to the Warburg effect. As a result, FDG PET can be used for diagnosis, staging, and monitoring treatment of cancers, particularly in Hodgkin lymphoma, non Hodgkin lymphoma, and lung cancer. A 2020 review of research on the use of PET for Hodgkin lymphoma found evidence that negative findings in interim PET scans are linked to higher overall survival and progression free survival; however, the certainty of the available evidence was moderate for survival, and very low for progression free survival. A few other isotopes and radiotracers are slowly being introduced into oncology for specific purposes. For example, 11C labelled metomidate (11C metomidate) has been used to detect tumors of adrenocortical origin. Also, Fluorodopa (FDOPA) PET/CT (also called F 18 DOPA PET/CT) has proven to be a more sensitive alternative to finding and also localizing pheochromocytoma than the Iobenguane (MIBG) scan.

Неврология

ПЭТ-суреттемесіндегі оттегі-15 миға қан ағынын жанама түрде өлшейді. Бұл әдісте радиоактивтіліктің артуы қан ағынының жоғарылағанын көрсетеді, бұл ми белсенділігінің күшеюімен байланысты деп есептеледі. 2 минуттық жартылай ыдырау периодына байланысты, оттегі-15 мұндай мақсаттар үшін тікелей медициналық циклотрондан құбыр арқылы жеткізілуі керек, бұл қиындық тудырады. FDG-мен жүзеге асырылатын ПЭТ-суреттемесі мидың глюкозаны әдетте жылдам пайдаланатындығын пайдаланады. Мидың стандартты FDG ПЭТ-і аймақтық глюкоза тұтынуын өлшейді және нейропатологиялық диагностикада қолданылуы мүмкін. Альцгеймер ауруы (АА) сияқты ми патологиялары мидың глюкоза және оттегі метаболизмін бірдей деңгейде төмендетеді. Сондықтан, мидың FDG ПЭТ-і Альцгеймер ауруын басқа деменциялық процестерден ажыратуға, сондай-ақ Альцгеймер ауруын ерте сатыда диагностикалауға да қолданылуы мүмкін. FDG ПЭТ-інің артықшылығы – оның кеңінен қолжетімділігі. Альцгеймер ауруын диагностикалау үшін қолданылатын фтор-18 негізіндегі радиоактивті іздеушілерге флоретапир, флутеметамөл, Питтсбургтің B (PiB) қосылысы және флоретабен жатады, олардың барлығы мидағы бета-амилоидты плакаттарды анықтауға, Альцгеймер ауруының потенциалды биомаркеріне қолданылады. FDG-мен жүзеге асырылатын ПЭТ-суреттемесі "тұрақсыздық ошағын" анықтау үшін де қолданылуы мүмкін. Тұрақсыздық ошағы интеркталды сканерлеу кезінде гипометаболикалық болып көрінеді. ПЭТ үшін бірнеше радиотрассерлер (яғни, радиолигандтар) әзірленді, олар нақты нейрорецепторлардың субтиптері үшін лигандтар болып табылады, мысалы, [11C]раклоприд, [18F]фаллиприд және [18F]дезметоксифаллиприд допамин D2/D3 рецепторлары үшін; [11C]McN5652 және [11C]DASB серотонин тасымалдаушылары үшін; [18F]мефвей серотонин 5HT1A рецепторлары үшін; және [18F]нифен никотиндік ацетилхолин рецепторлары немесе фермент субстраттары үшін (мысалы, 6 FDOPA AADC ферменті үшін). Бұл заттар нейрорецепторлық резервуарларды көптеген нейропсихиатриялық және неврологиялық аурулар контекстінде визуализациялауға мүмкіндік береді. ПЭТ гиппокамп склерозын диагностикалау үшін де қолданылуы мүмкін, ол эпилепсияға әкеледі. Бұл мақсатта FDG, сондай-ақ сирек қолданылатын флумазенил және MPPF іздеушілері зерттелді. Егер склероз бір жақты болса (оң немесе сол гиппокамп), FDG сіңірілуін сау жақпен салыстыруға болады. Диагнозды МРТ арқылы қою қиын болған жағдайда да, ПЭТ арқылы диагноз қоюға болады. Адам миындағы нейроагрегаттардың инвазивті емес, in vivo ПЭТ-суреттемесін жүзеге асыруға арналған бірқатар жаңа зондтардың әзірленуі амилоидты бейнелеуді клиникалық қолдануға жақындатты. Алғашқы амилоидты бейнелеу зондтарына Калифорния университетінің Лос-Анджелес қаласында әзірленген [18F]FDDNP және Питтсбург университетінде әзірленген Питтсбургтің B (PiB) қосылысы кіреді. Бұл зондтар Альцгеймер ауруы бар науқастардың миындағы амилоидты плакаттарды визуализациялауға мүмкіндік береді және клиникалық мамандарға АА-ның өмір бойындағы клиникалық диагнозын қоюға және жаңа анти-амилоидты терапияны әзірлеуге көмектеседі. [11C]полиметилпентен (PMP) – ацетилхолинестеразаның субстраты ретінде әрекет ете отырып, ацетилхолинергиялық нейротрансмиттер жүйесінің белсенділігін анықтау үшін ПЭТ-суреттемесінде қолданылатын жаңа радиофармацевтикалық препарат. Альцгеймер ауруымен ауыратын науқастардың өлімнен кейінгі зерттеулері ацетилхолинестераза деңгейінің төмендегенін көрсетті. [11C]PMP мидағы ацетилхолинестераз белсенділігін картаға түсіруге қолданылады, бұл Альцгеймер ауруын өмір бойында диагностикалауға және Альцгеймер ауруының емдеуін бақылауға көмектеседі. Avid Radiopharmaceuticals компаниясы фтор-18 радионуклидін пайдаланатын және ПЭТ-сканерлеу арқылы амилоидты плакаттарды анықтауға қолданылатын флоретапир деп аталатын қоспаны әзірледі және коммерцияландырды.

PET imaging with oxygen 15 indirectly measures blood flow to the brain. In this method, increased radioactivity signal indicates increased blood flow which is assumed to correlate with increased brain activity. Because of its 2 minute half life, oxygen 15 must be piped directly from a medical cyclotron for such uses, which is difficult. PET imaging with FDG takes advantage of the fact that the brain is normally a rapid user of glucose. Standard FDG PET of the brain measures regional glucose use and can be used in neuropathological diagnosis. Brain pathologies such as Alzheimer's disease (AD) greatly decrease brain metabolism of both glucose and oxygen in tandem. Therefore FDG PET of the brain may also be used to successfully differentiate Alzheimer's disease from other dementing processes, and also to make early diagnoses of Alzheimer's disease. The advantage of FDG PET for these uses is its much wider availability. Some fluorine 18 based radioactive tracers used for Alzheimer's include florbetapir, flutemetamol, Pittsburgh compound B (PiB) and florbetaben, which are all used to detect amyloid beta plaques, a potential biomarker for Alzheimer's in the brain. PET imaging with FDG can also be used for localization of "seizure focus". A seizure focus will appear as hypometabolic during an interictal scan. Several radiotracers (i. e. radioligands) have been developed for PET that are ligands for specific neuroreceptor subtypes such as [11C]raclopride, [18F]fallypride and [18F]desmethoxyfallypride for dopamine D2/D3 receptors; [11C]McN5652 and [11C]DASB for serotonin transporters; [18F]mefway for serotonin 5HT1A receptors; and [18F]Nifene for nicotinic acetylcholine receptors or enzyme substrates (e. g. 6 FDOPA for the AADC enzyme). These agents permit the visualization of neuroreceptor pools in the context of a plurality of neuropsychiatric and neurologic illnesses. PET may also be used for the diagnosis of hippocampal sclerosis, which causes epilepsy. FDG, and the less common tracers flumazenil and MPPF have been explored for this purpose. If the sclerosis is unilateral (right hippocampus or left hippocampus), FDG uptake can be compared with the healthy side. Even if the diagnosis is difficult with MRI, it may be diagnosed with PET. The development of a number of novel probes for non invasive, in vivo PET imaging of neuroaggregate in human brain has brought amyloid imaging close to clinical use. The earliest amyloid imaging probes included [18F]FDDNP developed at the University of California, Los Angeles and Pittsburgh compound B (PiB)developed at the University of Pittsburgh. These probes permit the visualization of amyloid plaques in the brains of Alzheimer's patients and could assist clinicians in making a positive clinical diagnosis of AD pre mortem and aid in the development of novel anti amyloid therapies. [11C]polymethylpentene (PMP) is a novel radiopharmaceutical used in PET imaging to determine the activity of the acetylcholinergic neurotransmitter system by acting as a substrate for acetylcholinesterase. Post mortem examination of AD patients have shown decreased levels of acetylcholinesterase. [11C]PMP is used to map the acetylcholinesterase activity in the brain, which could allow for premortem diagnoses of AD and help to monitor AD treatments. Avid Radiopharmaceuticals has developed and commercialized a compound called florbetapir that uses the longer lasting radionuclide fluorine 18 to detect amyloid plaques using PET scans.

Нейропсихология немесе когнитивтік нейробиологиялық ғылым

Нақты психологиялық процестер немесе аурулар мен мидың қызметі арасындағы байланысты қарастыру.

Психиатрия

Биологиялық психиатрияда маңызды нейрорецепторларға таңдамалы түрде байланысатын көптеген қосылыстар С 11 немесе F 18 изотоптарымен радиобелгіленді. Допамин рецепторларына (D1, D2, кері сіңіру транспортері), серотонин рецепторларына (5HT1A, 5HT2A, кері сіңіру транспортері), опиоид рецепторларына (мю және каппа), холинергиялық рецепторларға (никотиндік және мускариндік) және басқа да нысандарға байланысатын радиолигандтар адамдармен жүргізілген зерттеулерде табысты қолданылды. Шизофрения, заттарды қолданудың бұзылуы, көңіл-күйдің бұзылуы және басқа да психиатриялық аурулары бар пациенттердегі осы рецепторлардың күйін зерттеулер, сау адамдармен салыстыру арқылы жүргізілді.

Стереотаксикалық хирургия және радиохирургия

ПЭТ бас сүйегі ісіктерін, артериовеноздық ақауларды және хирургиялық емдеуге жарамды басқа да жағдайларды емдеу үшін бейне бағытталған хирургияда да қолданылуы мүмкін.

Жұқпалы аурулар

Молекулалық бейнелеу технологияларымен инфекцияларды бейнелеу диагнозы жақсартуға және емдеуді бақылауға көмектеседі. Клиникалық жағдайда, ПЭТ бактериялық инфекцияларды бейнелеу үшін кеңінен қолданылады, FDG инфекциямен байланысты қабыну реакциясын анықтау үшін пайдаланылады. Бактериялық инфекцияларды тірі организмде бейнелеу үшін үш түрлі ПЭТ контрасттық зат әзірленді: [18F] мальтоза, [18F] мальтогексаоза және [18F]2 фтордеоксисорбитол (FDS). FDS-тің қосымша артықшылығы – ол тек Enterobacteriaceae бактерияларына ғана бағытталғандығы.

Биологиялық таралу зерттеулері

Клиниқалық зерттеулерге дейін жаңа дәрілік затты радиоактивті маркермен белгілеп, жануарларға инъекция жасауға болады. Мұндай сканерлеулер биологиялық таралу зерттеулері деп аталады. Дәрілік заттың сіңуі, сақталуы және уақыт өте келе шығарылуы туралы ақпаратты жануарларды өлтіріп, оларды жарудың бұрынғы әдісімен салыстырғанда жылдам және тиімді алуға болады. Көбінесе, әсер ететін орын деп есептелетін жердегі дәрілік заттың мөлшері, белгісіз дәрілік зат пен радиоактивті қосылыстардың бәсекелестік зерттеулері арқылы жанама түрде анықталады, олар осы орынға қатыстылығы бойынша байланысады. Бір радиолигандты бір мақсатқа арналған көптеген потенциалды дәрілік препараттарды сынау үшін осылай пайдалануға болады. Бұған ұқсас техникада, дәрілік заттың табиғи заттың босатылуына себеп болатынын көрсету үшін, берілген рецепторда эндогенді (табиғи түрде кездесетін) затпен бәсекелесетін радиолигандтармен сканерлеу жүргізіледі.

Кіші жануарларды бейнелеу

Шағын жануарларға арналған ПЭТ-сканер құрастырылды, ол толық есіндегі егеуқұйрықты сканерлеуге жеткілікті кішкентай. Бұл RatCAP (Rat Conscious Animal PET) жануарларды анестезияның бұрмалау әсерінен тыс сканерлеуге мүмкіндік береді. Кеміргіштерді бейнелеуге арналған, көбінесе микроПЭТ деп аталатын ПЭТ-сканерлер, сондай-ақ шағын приматтарға арналған сканерлер академиялық және фармацевтикалық зерттеулер үшін сатылады. Сканерлер микроминиатюралық сцинтилляторлар мен күшейтілген лавиналық фотодиодтарды (APD) бір чипті кремний фотокөбейтілгіштері арқылы қолданатын жүйеге негізделген. Сонымен қатар, ПЭТ электромиография сияқты, тек тері астындағы беткі бұлшықтарда ғана қолданылатын әдістермен салыстырғанда, терең жатқан бұлшықтар (мысалы, vastus intermedialis және gluteus minimus) туралы бұлшық белсенділігі туралы деректерді ұсынуы мүмкін. Дегенмен, ПЭТ-тің бір кемшілігі – ол бұлшық белсенділігінің уақытын көрсете алмайды, себебі оны жаттығудан кейін өлшеу қажет. Бұл FDG-ның белсенді бұлшықтарда жинақталуына кететін уақытқа байланысты.

Сүйектері

[18F]натрий фторидімен бірге, сүйектерді бейнелеуге арналған ПЭТ 60 жылдан бері аймақтық сүйек метаболизмін және қан ағынын статикалық және динамикалық сканерлер арқылы өлшеу үшін қолданылып келеді. Зерттеушілер жақында сүйек метастаздарын зерттеу үшін де [18F]натрий фторидін пайдалана бастады.

Қауіпсіздік

ПЭТ сканерлеуі инвазивті емес, бірақ иондаушы сәулеленуге ұшыратады. Тиімді сәулелену дозасы 14 мСв құрайды. Салыстыру үшін, басқа медициналық процедуралардың сәулелену дозасы кеуде рентгені үшін 0,02 мСв-тан және кеуде компьютерлік томографиясы үшін 6,5–8 мСв-тан басталады. Орташа есеппен, азаматтық авиация экипаждары жылына 3 мСв сәулеленуге ұшырайды, ал АҚШ-тағы ядролық энергетика саласындағы жұмыскерлер үшін жылдық толық денеге түсетін рұхсат етілген доза 50 мСв-қа тең. Масштабты түсіну үшін «Сәулелену шамаларының реттілігі» деген мақалаға қараңыз. ПЭТ-КТ сканерлеуі кезінде сәулелену деңгейі 23–26 мСв-қа жете алады (бұл 70 кг салмақтағы адам үшін, салмағы жоғарырақ болса доза да артуы мүмкін).

Радионуклидтер мен радиотипілеушілер

+ПЭТ сканилеуде қолданылатын изотоптарИзотоп11C13N15O18F68Ga64Cu52Mn55Co89Zr82RbЖартылай ыдырау мерзімі20 мин10 мин2 мин110 мин67,81 мин12,7 сағ5,6 күн17,5 сағ78,4 сағ1,3 минРадионуклидтер организмде қалыпты қолданылатын қосылыстарға, мысалы глюкозаға (немесе глюкоза аналогтарына), суға немесе аммиакқа, сондай-ақ рецепторларға немесе дәрілік заттардың әсер ететін орындарға байланысатын молекулаларға енгізіледі. Мұндай белгіленген қосылыстар радиотрасерлер деп аталады. ПЭТ технологиясы тірі адамдарда (сонымен қатар көптеген басқа түрлерде де) кез келген қосылыстың биологиялық жолын анықтау үшін қолданылуы мүмкін, егер ол ПЭТ изотопымен радиобелгіленген болса. Осылайша, ПЭТ арқылы зерттеуге болатын нақты процестер дерлік шексіз, ал жаңа нысаналы молекулалар мен процестер үшін радиотрасерлерді синтездеу жалғасуда. Осы мәтін жазылған кезде клиникалық қолданыста ондаған, ал зерттеулерде жүздеген радиотрасерлер бар. 2020 жылы клиникалық ПЭТ сканилеуде ең көп қолданылатын радиотрасер көмірсутек туындысы FDG болып табылады. Бұл радиотрасер онкологиядағы барлық сканерлерде және неврологиядағы көптеген сканерлерде қолданылады, сондықтан ПЭТ және ПЭТ-КТ сканилеуде қолданылатын радиотрасерлердің басым бөлігін (>95%) құрайды. Көптеген позитрон шығаратын радиоизотоптардың жартылай ыдырау мерзімі қысқа болғандықтан, радиотрасерлер дәстүрлі түрде ПЭТ бейнелеу орталығына жақын орналасқан циклотронда өндірілген. Фтор-18-дің жартылай ыдырау мерзімі жеткілікті, сондықтан фтор-18-мен белгіленген радиотрасерлер коммерциялық түрде басқа орындарда өндіріліп, бейнелеу орталықтарына жіберілуі мүмкін. Жақында рубидий-82 генераторлары коммерциялық қолжетімділікке ие болды. Олардың құрамында стронций-82 бар, ол электронды ұстап алу арқылы ыдырайды және позитрон шығаратын рубидий-82-ні құрайды. ПЭТ сканилеуде металдардың позитрон шығаратын изотоптарын пайдалану қарастырылды, соның ішінде жоғарыда аталған элементтер, мысалы, лантаноидтар.

Иммуно-ПЭТ

89Zr изотопы ПЭТ камералармен молекулалық антиденелерді қадағалау және сандық өлшеу үшін қолданылады ("иммуно-ПЭТ" деп аталатын әдіс). Антиденелердің биологиялық жартылай ыдырау мерзімі әдетте бірнеше күнге созылады, мысалы, даклизумаб және эренумаб сияқты. Мұндай антиденелердің денедегі таралуын көру және сандық бағалау үшін 89Zr ПЭТ изотопы өте ыңғайлы, себебі оның физикалық жартылай ыдырау мерзімі антиденелердің әдеттегі биологиялық жартылай ыдырау мерзімімен сәйкес келеді, жоғарыдағы кестеден көрініп тұрғанындай.

Шығару

Сканерлеуді жүргізу үшін қысқа ғұмырлы радиоактивті ізге салушы изотоп тірі организмге (әдетте қан айналымына) енгізіледі. Әрбір ізге салушы атом химиялық тұрғыдан биологиялық белсенді молекулаға енгізілген. Қызығушылық тудыратын тіндерде белсенді молекула шоғырланғанша күту кезеңі қарастырылады. Содан кейін организм суретке түсіру сканеріне орналастырылады. Бұл мақсатқа ең көп қолданылатын молекула – FDG, қант, және күту мерзімі әдетте бір сағатты құрайды. Сканерлеу кезінде ізге салушы ыдырағанда тіндердің концентрациясы тіркеледі. Радиоизотоп позитрондық эмиссиялық ыдырауға (оны оң бета ыдырау деп те атайды) ұшырағанда, электронға қарама-қарсы заряды бар антибөлшек – позитрон шығарады. Шығарылған позитрон тіндерде қысқа қашықтыққа (әдетте 1 мм-ден кем, бірақ изотопқа байланысты) жүреді, осы уақытта ол кинетикалық энергиясын жоғалтады, электронмен өзара әрекеттесетін деңгейге дейін баяулайды. Осы кездесу электронды да, позитронды да жояды, нәтижесінде шамамен қарама-қарсы бағытта қозғалатын жойылған (гамма) фотондардың жұбы пайда болады. Олар сканерлеу құрылғысындағы сцинтилляторға жеткенде анықталады, бұл фотокөбейтуші түтікшелер немесе кремнийлі лавиналық фотодиодтар (Si APD) арқылы анықталатын жарық импульсын тудырады. Бұл техника фотондар жұбының бір мезгілде немесе сәйкес келіп қарама-қарсы бағытта қозғалуын анықтауға негізделген (олар масса орталығының айналымында дәл қарама-қарсы болар еді, бірақ сканерде мұны білу мүмкін емес, сондықтан шамалы бағыт қатесіне төзімділік қарастырылған). Уақытша "жұптар" түрінде келмейтін (яғни бірнеше наносекундтық уақыт аралығында) фотондар ескерілмейді.

Позитронды жою оқиғасының орналасуы

Электрон-позитрон аннигиляцияларының ең маңызды үлесі екі 511 кВ гамма-фотонның бір-біріне шамамен 180 градус бұрышпен сәуле шығаруына алып келеді. Сондықтан, олардың бастапқы орнын бір түзу сызық бойымен (жауап сызығы немесе LOR деп те аталады) анықтау мүмкін. Іс жүзінде LOR-дың ені нөлдік емес, себебі шығарылған фотондар дәл 180 градусқа бөлінбейді. Детекторлардың ажыратымдылық уақыты шамамен 10 наносекунд емес, 500 пикосекундтан кем болса, оқиғаны хорданың сегментінде локализациялауға болады, оның ұзындығы детектордың уақыттық ажыратымдылығымен анықталады. Уақыттық ажыратымдылық жақсарған сайын, кескіннің сигнал-шу қатынасы (SNR) артады, бірдей кескін сапасына қол жеткізу үшін аз оқиғалар жеткілікті болады. Бұл технология әлі кеңінен қолданылмаған, бірақ кейбір жаңа жүйелерде қолбар.

ПЭТ-ті КТ немесе МРТ-мен біріктіру

ПЭТ сканерлері көбінесе КТ немесе МРТ сканерлерімен бірге оқылады, олардың үйлесімі (бірлескен тіркеу) анатомиялық және метаболикалық ақпаратты қамтамасыз етеді (яғни, құрылымы қандай және биохимиялық тұрғыдан не істейді). ПЭТ-суреттеуі анатомиялық суреттеумен, мысалы, КТ-мен біріктірілгенде ең тиімді болғандықтан, қазіргі заманғы ПЭТ сканерлері енді жоғары сапалы көп детекторлы қатарлы КТ сканерлерімен (ПЭТ КТ) интеграцияланған күйде қолжетімді. Екі сканерлеуді бір сеанста бірден орындауға болады, пациент екі түрлі сканерлеу арасында қозгалмайды, сондықтан суреттердің екі жиынтығы да дәл тіркеледі, ПЭТ-тағы аномалиялы аймақтар КТ суреттеріндегі анатомиямен одан да жақсы сәйкес келеді. Бұл қозғалатын органдар мен құрылымдардың егжей-тегжейлі суреттерін көрсетуге өте пайдалы, олардың анатомиялық вариациясы мидан тыс жерлерде жиі кездеседі. Юлихтегі Нейроғылымдар және Биофизика институтында әлемдегі ең ірі ПЭТ-МРТ құрылғысы 2009 жылдың сәуір айында пайдалануға берілді. 9,4 теслалық магниттік-резонанстық томограф (МРТ) ПЭТ-пен біріктірілген. Қазіргі уақытта осындай жоғары магниттік өріс күшінде тек бас пен миды ғана суретке түсіруге болады. Миды суретке түсіру үшін КТ, МРТ және ПЭТ сканерлерін тіркеуді интеграцияланған ПЭТ КТ немесе ПЭТ МРТ сканерісіз, N локализаторы деп аталатын құрылғыны пайдалану арқылы жүзеге асыруға болады.

Шектеулер

Субъектіге сәулелену дозасын азайту, қысқа өмір сүретін радионуклидтерді қолданудың тартымды ерекшелігі болып табылады. ПЭТ диагностикалық техника ретінде орнықтырғаннан басқа, терапияға, әсіресе онкологиялық терапияға жауапты бағалау әдісі ретінде де кеңейіп келеді. Мұнда аурудың прогресі туралы білімнің жетіспеуінен туындаған қауіп, сынақ сәулеленуінен туындаған қауіптен әлдеқайда артық. Трейсерлер радиоактивті болғандықтан, қарттар мен жүкті әйелдер сәулелену қаупіне байланысты оны қолдана алмайды. ПЭТ-тің кеңінен қолданылуына кедеріл келтіретін факторлар – ПЭТ сканерлеуі үшін қажетті қысқа өмір сүретін радионуклидтерді өндіруге қажетті циклотрондардың жоғары құны және радиоизотоп дайындалғаннан кейін радиофармацевтикалық препараттарды өндіруге арналған, арнайы жабдықталған химиялық синтез аппаратураның қажеттілігі. Позитронды шығаратын радиоизотопты қамтитын органикалық радиотрассер молекулаларын алдымен синтездеп, содан кейін олардың ішінде радиоизотоп дайындау мүмкін емес, себебі радиоизотопты дайындау үшін циклотронмен бомбалау кез келген органикалық тасымалдаушыны жояды. Оның орнына, алдымен изотопты дайындау керек, содан кейін FDG сияқты кез келген органикалық радиотрассерді дайындау үшін химиялық процестер изотоп ыдырау алдындағы қысқа уақыт ішінде өте жылдам орындалуы тиіс. Мұндай жүйелерді ұстап тұруға қабілетті ауруханалар мен университеттердің саны шешімді, ал клиникалық ПЭТ көбінесе үшінші тараптан радиотақырыптарды жеткізіп берушілерге тәуелді, олар бірнеше орындарға бірден қамтамасыз ете алады. Бұл шектеу клиникалық ПЭТ-ті негізінен фтор-18-мен таңбаланған трассерлерді қолданумен шектейді, оның жартылай өмір сүру мерзімі 110 минутты құрайды және оны пайдалану алдында белгілі бір қашықтыққа тасымалдауға болады, немесе рубидий-82-ге (рубидий-82 хлориді ретінде қолданылады), оның жартылай өмір сүру мерзімі 1,27 минутты құрайды, ол портативті генераторда жасалады және миокардтың қанмен қамтамасыз етілуін зерттеу үшін қолданылады. Соңғы жылдары кейбір ауруханаларға алыс орналасқан ПЭТ-аппараттарымен бірге кіріктірілген қорғаныспен және "жедел зертханалармен" (радиоизотоптармен жұмыс істей алатын автоматтандырылған химиялық зертханалармен) жабдықталған циклотрондар жеткізіле бастады. Кішкентай циклотрондардың болашақта кеңінен таралуы күтілуде, себебі циклотрондардың өте жоғары құнына жауап ретінде олардың көлемі кішірейеді. Соңғы жылдары АҚШ-та ПЭТ сканерлеудің тапшылығы жеңілдетілді, себебі радиоизотоптармен қамтамасыз ету үшін радиофармациялардың саны жылына 30% өсті. Фтор-18-дің жартылай өмір сүру мерзімі шамамен екі сағатты құрайтындықтан, осы радионуклидті қамтитын радиофармацевтикалық препараттың дайындалған дозасы жұмыс күні ішінде бірнеше жартылай өмір сүру кезеңінен өтеді. Бұл қалған дозаны жиі қайта калибрлеуді (көлем бірлігіне активтілікті анықтау) және пациенттерді жоспарлау кезінде сақтық танытуды талап етеді.

The minimization of radiation dose to the subject is an attractive feature of the use of short lived radionuclides. Besides its established role as a diagnostic technique, PET has an expanding role as a method to assess the response to therapy, in particular, cancer therapy, where the risk to the patient from lack of knowledge about disease progress is much greater than the risk from the test radiation. Since the tracers are radioactive, the elderly and pregnant are unable to use it due to risks posed by radiation. Limitations to the widespread use of PET arise from the high costs of cyclotrons needed to produce the short lived radionuclides for PET scanning and the need for specially adapted on site chemical synthesis apparatus to produce the radiopharmaceuticals after radioisotope preparation. Organic radiotracer molecules that will contain a positron emitting radioisotope cannot be synthesized first and then the radioisotope prepared within them, because bombardment with a cyclotron to prepare the radioisotope destroys any organic carrier for it. Instead, the isotope must be prepared first, then the chemistry to prepare any organic radiotracer (such as FDG) accomplished very quickly, in the short time before the isotope decays. Few hospitals and universities are capable of maintaining such systems, and most clinical PET is supported by third party suppliers of radiotracers that can supply many sites simultaneously. This limitation restricts clinical PET primarily to the use of tracers labelled with fluorine 18, which has a half life of 110 minutes and can be transported a reasonable distance before use, or to rubidium 82 (used as rubidium 82 chloride) with a half life of 1.27 minutes, which is created in a portable generator and is used for myocardial perfusion studies. In recent years a few on site cyclotrons with integrated shielding and "hot labs" (automated chemistry labs that are able to work with radioisotopes) have begun to accompany PET units to remote hospitals. The presence of the small on site cyclotron promises to expand in the future as the cyclotrons shrink in response to the high cost of isotope transportation to remote PET machines. In recent years the shortage of PET scans has been alleviated in the US, as rollout of radiopharmacies to supply radioisotopes has grown 30%/year. Because the half life of fluorine 18 is about two hours, the prepared dose of a radiopharmaceutical bearing this radionuclide will undergo multiple half lives of decay during the working day. This necessitates frequent recalibration of the remaining dose (determination of activity per unit volume) and careful planning with respect to patient scheduling.

Тарих

Эмиссия және трансмиссиялық томография тұжырымын 1950 жылдардың соңында Дэвид Е. Кул, Люк Чепмен және Рой Эдвардс енгізді. Олардың еңбегі кейін Пенсильвания университетінде бірнеше томографиялық құралдарды жобалауға және құрастыруға әкелді. 1975 жылы томографиялық бейнелеу әдістерін Мишель Тер Погоссиан, Майкл Э. Фелпс, Эдвард Дж. Хоффман және басқалар Вашингтон университетінің медицина мектебінде одан әрі дамытты. 1950 жылдары басталған Массачусетс бас ауруханасындағы Гордон Брауннелл, Чарльз Бернхэм және олардың әріптестерінің жұмыстары ПЭТ технологиясын дамытуға маңызды үлес қосты және медициналық бейнелеу үшін аннигиляциялық сәулеленудің алғашқы демонстрациясын қамтыды. Олардың инновациялары, соның ішінде жарық құбырларын пайдалану және көлемдік талдау, ПЭТ бейнелеуін енгізуде маңызды рөл атқарды. 1961 жылы Джеймс Робертсон және оның әріптестері Брукхейвен ұлттық зертханасында алғашқы бір жазықтық ПЭТ сканерін, «бас қысқартушы» деп аталды. Позитронды бейнелеуті қабылдауға ең көп жауапты факторлардың бірі – радиофармацевтикалық препараттардың дамуы болды. Атап айтқанда, Аль Вольф және Джоанна Фаулер басшылығымен Брукхейвен тобының белгіленген 2-фтордезокси-D-глюкозаны (FDG, алғаш рет 1968 жылы Прагадағы Карл университетінің екі чех ғалымы синтездеп, сипаттаған) әзірлеуі ПЭТ бейнелеуінің ауқымын кеңейтуде маңызды фактор болды. Бұл қосылыс алғаш рет екі ерікті адамға Абас Алави 1976 жылдың тамызында Пенсильвания университетінде енгізілді. Қарапайым (ПЭТ емес) ядролық сканермен алынған ми бейнелері осы органға FDG-ның шоғырланғанын көрсетті. Кейіннен бұл зат қазіргі заманғы процедураны жасау үшін арнайы позитронды томографиялық сканерлерде қолданылды. Позитрондық құралдардың логикалық кеңейтімі – екі 2 өлшемді массивті пайдаланатын құрылым болды. PC I осы тұжырымдаманы пайдаланған алғашқы құрал болды және ол 1968 жылы жобаланып, 1969 жылы аяқталды және 1972 жылы жарияланды. Компьютерлік томографиялық режимнен ерекшеленетін томографиялық режимде PC I-дің алғашқы қолданылуы туралы 1970 жылы хабарланды. Көп ұзамай ПЭТ-ті дамытуға қатысқан көптеген адамдар үшін дөңгелек немесе цилиндрлік детекторлар массиві ПЭТ құралдарын дамытудағы логикалық келесі қадам екендігі анық болды. Көптеген зерттеушілер осы тәсілді қолданғанмен, Джеймс Робертсон және Зан Хи Чо ПЭТ-тің қазіргі пішінінің прототипіне айналған сақина жүйесін алғаш ұсынды. Дэвид Таунсенд пен Рональд Наттқа тиесілі ПЭТ-КТ сканері 2000 жылы «Time» журналымен жылдың медициналық жаңаруы деп аталды.

The concept of emission and transmission tomography was introduced by David E. Kuhl, Luke Chapman and Roy Edwards in the late 1950s. Their work later led to the design and construction of several tomographic instruments at the University of Pennsylvania. In 1975 tomographic imaging techniques were further developed by Michel Ter Pogossian, Michael E. Phelps, Edward J. Hoffman and others at Washington University School of Medicine. Work by Gordon Brownell, Charles Burnham and their associates at the Massachusetts General Hospital beginning in the 1950s contributed significantly to the development of PET technology and included the first demonstration of annihilation radiation for medical imaging. Their innovations, including the use of light pipes and volumetric analysis, have been important in the deployment of PET imaging. In 1961, James Robertson and his associates at Brookhaven National Laboratory built the first single plane PET scan, nicknamed the "head shrinker." One of the factors most responsible for the acceptance of positron imaging was the development of radiopharmaceuticals. In particular, the development of labeled 2 fluorodeoxy D glucose (FDG firstly synthethized and described by two Czech scientists from Charles University in Prague in 1968) by the Brookhaven group under the direction of Al Wolf and Joanna Fowler was a major factor in expanding the scope of PET imaging. The compound was first administered to two normal human volunteers by Abass Alavi in August 1976 at the University of Pennsylvania. Brain images obtained with an ordinary (non PET) nuclear scanner demonstrated the concentration of FDG in that organ. Later, the substance was used in dedicated positron tomographic scanners, to yield the modern procedure. The logical extension of positron instrumentation was a design using two 2 dimensional arrays. PC I was the first instrument using this concept and was designed in 1968, completed in 1969 and reported in 1972. The first applications of PC I in tomographic mode as distinguished from the computed tomographic mode were reported in 1970. It soon became clear to many of those involved in PET development that a circular or cylindrical array of detectors was the logical next step in PET instrumentation. Although many investigators took this approach, James Robertson and Zang Hee Cho were the first to propose a ring system that has become the prototype of the current shape of PET. The PET CT scanner, attributed to David Townsend and Ronald Nutt, was named by Time as the medical invention of the year in 2000.

Құны

2008 жылдың тамызынан бастап, Онтарионың Онкологиялық көмегі провинцияда ПЭТ сканерлеуді жүргізудің қазіргі орташа қосымша құны сканерленген сайын 1 000–1 200 канад долларын құрайтынын хабарлайды. Бұл радиофармацевтикалық препараттың құнын және сканерлеуді түсірген дәрігерге төленетін сыйақыны қамтиды. АҚШ-та ПЭТ сканерлеудің құны 1500–5000 АҚШ доллары шамасында бағаланады. Англияда Ұлттық денсаулық сақтау қызметінің анықтамалық құны (2015–2016 жылдары) ересек пациенттерге жасалатын ПЭТ сканерлеу үшін 798 фунт стерлингті құрайды. Австралияда 2018 жылдың шілдесіне дейін, бүкіл денеге арналған FDG ПЭТ үшін Medicare Benefits кестесі бойынша төлем сканерлеу көрсетілімдеріне байланысты 953 австралия долларынан 999 австралия долларына дейін ауыспайды.

Сапаны бақылау

ПЭТ жүйелерінің жалпы өнімділігі сапаны бақылау құралдары, мысалы, Jaszczak фантомы арқылы бағаланады.