Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это современный неинвазивный метод визуализации для количественной оценки радиоактивности in vivo. Он включает внутривенное введение позитрон-излучающего радиофармпрепарата, период ожидания для его системного распределения и последующее сканирование для детекции и количественной оценки характера распределения и накопления радиофармпрепарата в организме.

Как и при ОФЭКТ, данные ПЭТ-сканирования могут быть реконструированы и отображены в виде трехмерного изображения. Это отличает данный метод от сцинтиграфии, которая дает планарные данные, позволяющие формировать только двумерное изображение.

Хотя физиологическая информация, получаемая при ПЭТ- и ОФЭКТ-визуализации, неоценима, качество получаемых данных является низким/зашумленным, что ограничивает пространственное разрешение изображений. По этой причине ПЭТ- и ОФЭКТ-исследования часто комбинируют с КТ, что позволяет сопоставлять данные функциональной и анатомической визуализации («гибридная визуализация»). Также стали доступны сканеры ПЭТ-МРТ, хотя их применение остается ограниченным, и они, как правило, встречаются только в крупных академических центрах, чаще всего в исследовательских целях.

ОФЭКТ и ПЭТ имеют ряд сходств, однако между ними существуют и существенные различия, определяющие различные показания к применению, которые обсуждаются здесь.

Физические основы

Внутривенно вводится меченное радиоизотопом биологическое соединение, такое как F-18 фтордезоксиглюкоза (ФДГ).

Захват этого соединения с последующим расщеплением происходит в клетках. Опухолевые клетки характеризуются высоким уровнем метаболизма, поэтому данное соединение также метаболизируется ими.

ФДГ метаболизируется в ФДГ-6-фосфат, который не подвергается дальнейшему метаболизму в опухолевых клетках, вследствие чего накапливается и концентрируется в них. Это накопление регистрируется и оценивается количественно.

Детекция радиофармпрепарата

Введенный пациенту позитронно-эмиссионный изотоп претерпевает в организме β⁺ -распад, при котором протон превращается в нейтрон, позитрон (античастицу электрона, иногда называемую β⁺-частицей) и нейтрино. Позитрон проходит небольшое расстояние и аннигилирует с электроном. В результате реакции аннигиляции образуются два высокоэнергетических фотона, разлетающихся в диаметрально противоположных направлениях.

Каждый фотон обладает энергией 511 keV. Два детектора, расположенные друг напротив друга, регистрируют эти два фотона, летящих в противоположных направлениях, и радиоактивность локализуется в определенной точке вдоль линии между двумя детекторами. Это называется линией отклика (line of response).

Методика проведения

• голодание в течение 4-6 часов — пациентам с сахарным диабетом следует воздерживаться от приема пищи в течение ночи (12 часов)

• уровень глюкозы в крови <150 mg/dL

• избегать интенсивных физических нагрузок за 24 часа до исследования

• воздерживаться от разговоров за 20 минут до исследования

• сканирование выполняется через 60 минут после введения FDG

В случаях гибридной визуализации, такой как ПЭТ-КТ, сначала выполняется КТ всего тела, затем ПЭТ всего тела, после чего оба набора изображений совмещаются.

В конце исследования рассчитывается стандартизированный уровень накопления (SUV), то есть отношение активности на единицу массы ткани к введённой дозе на единицу массы тела. Другие параметры включают метаболический объём опухоли (MTV) и общий гликолиз очага (TLG).

Ограничения

Артефакты движения приводят к неточному анатомическому совмещению данных КТ и ПЭТ. Расстояние (2–3 мм), которое позитрон проходит до аннигиляции, и размер элементов детектора обусловливают относительно низкое пространственное разрешение.

Физиологическое накопление в мышцах на ПЭТ-изображениях обычно выглядит симметричным и диффузным.

Коррекция ослабления

Когда гамма-фотоны, испускаемые радиофармпрепаратами, проходят через тело, они подвергаются поглощению и рассеянию, что приводит к ослаблению их сигнала. Поэтому при комбинации с КТ данные КТ-исследования можно использовать для построения карты ослабления, применяемой для коррекции ослабления на ПЭТ-изображениях. Данная коррекция ослабления может приводить к появлению ряда дополнительных артефактов из-за погрешностей в оценке ослабления.

• дыхание

  • артефакты, связанные с дыхательными движениями, вызывают «эффект гриба», при котором в базальных отделах лёгких иногда визуализируется артефакт из-за различий в фазах дыхания

• имплантаты и протезы

  • металлические имплантаты, такие как эндопротезы суставов, могут создавать выраженные артефакты на ПЭТ-изображениях, поскольку алгоритм коррекции ослабления не способен компенсировать столь высокую плотность

• усечение (транкация) 

  • поле обзора КТ ограничено, тогда как поле обзора ПЭТ обычно шире; если пациенты сканируются с руками, расположенными вдоль туловища, это может приводить к некорректной реконструкции изображений

Нормальное физиологическое накопление

• головной мозг

• кольцо Вальдейера, например, симметрично в нёбных миндалинах, особенно в молодом возрасте

• слюнные железы

• скелетные мышцы, особенно после интенсивной нагрузки, и мышцы гортани после разговора

• миокард

• желудочно-кишечный тракт, например, стенка кишечника

• мочеполовая система: ФДГ экскретируется почками и поступает в чашечно-лоханочную систему

• бурый жир

• тимус

• костный мозг 

• молочные железы в период лактации

• соски

• яички

Ложноположительное накопление ФДГ

Может наблюдаться при следующих состояниях:

• гранулематозные заболевания

• абсцесс

• послеоперационные изменения

• реакция на инородное тело, например, тальковый плевродез

• избыточное накопление в кишечнике на фоне терапии метформином

• воспаление (хотя иногда, например при оценке васкулита, это может представлять непосредственный диагностический интерес)

• жировой некроз

Применение

• онкология

  • выявление, стадирование, оценка ответа на лечение

  • дифференциальная диагностика между лучевым некрозом и рецидивом

• неврология

  • ранняя диагностика болезни Альцгеймера

  • локализация эпилептического очага в межиктальный период

  • локализация функционально значимых зон (например, речи, моторных функций)

• кардиология

  • выявление гибернирующего миокарда

• инфекция/воспаление

  • лихорадка неясного генеза (ЛНГ)

  • васкулит

История и этимология

David E Kuhl (1929-2017), выдающийся американский специалист по ядерной медицине из Пенсильванского университета, сыграл ключевую роль в разработке ПЭТ.