Kako deluje PET-skener: od pozitrona do slike tumorja, srca in možganov

Kaj PET pravzaprav meri?

Rentgenska slika in računalniška tomografija (CT) prikazujeta, kako tkiva oslabijo rentgenske žarke. Magnetna resonanca (MR) uporablja obnašanje atomskih jeder v magnetnem polju in lahko zelo podrobno pokaže mehka tkiva. PET, pozitronska emisijska tomografija, postavi drugo vprašanje: kam je prišel radiofarmak in koliko se ga je nabralo v posameznih delih telesa? Zato mu pravimo funkcijsko oziroma molekularno slikanje.

Na posnetku PET ne vidimo posameznih celic niti kamera ne opazuje njihove notranjosti. Vidimo prostorsko porazdelitev signalov velikega števila molekul, označenih z radioaktivnim atomom. Od izbranega sledila je odvisno, ali porazdelitev govori o porabi glukoze, pretoku krvi ali prisotnosti nekega proteina. Ločljivost kliničnega PET se meri v milimetrih; drobne spremembe, zlasti ob organih z naravno močnim prevzemanjem sledila, lahko ostanejo skrite.

Ni res, da PET vedno najde bolezen pred CT. Molekularno spremembo lahko včasih zaznamo pred jasno spremembo oblike tkiva, vendar je to odvisno od bolezni, sledila, velikosti spremembe in kakovosti slikanja. Tudi CT in MR lahko s posebnimi protokoli ponudita funkcijske informacije. Zdravnik zato metodo izbere glede na konkretno klinično vprašanje.

Od ciklotrona do celice: zakaj je FDG tako pomemben?

Številni radiofarmaki vsebujejo molekulo, ki sledi določenemu biološkemu procesu ali se veže na tarčo v tkivu, ter radionuklid, ki oddaja pozitron. Veliko radionuklidov za PET nastane v ciklotronu, napravi za pospeševanje nabitih delcev. Pri zelo pogosto uporabljenem sledilu ¹⁸F-FDG je fluor-18 vgrajen v molekulo, podobno glukozi. Fizikalna razpolovna doba fluora-18 je približno 110 minut: po tolikem času se radioaktivnost vzorca prepolovi, ne glede na to, kako telo izloča sledilo.

FDG vstopa v številne celice skozi prenašalce glukoze. Encim heksokinaza mu nato doda fosfatno skupino. Nastali FDG-6-fosfat težje zapusti celico in navadno ne nadaljuje po običajni poti glikolize. Zaradi tega presnovnega zadrževanja tkiva, ki sprejmejo več FDG, pogosto oddajajo močnejši signal. To je uporaben približek porabe glukoze, toda signal ni preprosto število živih ali malignih celic: pomembni so tudi pretok krvi, prenašalci, čas slikanja in drugi dejavniki.

Mnogi tumorji močneje prevzemajo glukozo in imajo izrazito glikolizo, tudi kadar kisika ni malo. To povezujemo z Warburgovim učinkom, vendar ne velja univerzalno pravilo, da vsak tumor porabi določeno število krat več glukoze. Počasi rastoče spremembe imajo lahko šibek signal, aktivne imunske celice ob okužbi ali vnetju pa zelo močnega. FDG je zato sledilo določenih procesov, ne molekula, ki prepozna izključno raka.

Kako iz pozitrona nastane točka na sliki?

Jedro fluora-18 razpade z razpadom beta plus: proton se spremeni v nevtron, oddana pa sta pozitron in nevtrino. Pozitron ima enako maso kot elektron, a nasprotni naboj. Preden se ustavi v tkivu, prepotuje kratko razdaljo, odvisno od energije radionuklida. Ta razdalja omejuje ostrino slike PET.

Ko se upočasnjen pozitron sreča z elektronom, pride do anihilacije. Energija njune mase se večinoma pokaže kot dva fotona gama, vsak z energijo 511 kiloelektronvoltov. Odletita skoraj, ne pa matematično popolnoma, v nasprotnih smereh. Ta majhna odstopanja in pot pozitrona pred anihilacijo pomenijo, da lokacije dogodka ne moremo določiti z neskončno natančnostjo.

Obroč detektorjev okoli pacienta zaznava fotone. Če dva detektorja v zelo kratkem časovnem oknu zaznata ustrezen par, sistem zabeleži koincidenco in med njima potegne namišljeno črto, imenovano linija odziva. Ena črta še ne razkrije natančne točke dogodka; algoritem iz milijonov črt iz različnih smeri rekonstruira tridimenzionalno porazdelitev sledila. Scintilacijski kristali ob gama fotonu ustvarijo blisk svetlobe, elektronika pa izmeri čas in energijo.

Tehnika časa leta (TOF) izmeri zelo majhno razliko med prihodoma obeh fotonov. Če eden prispe nekoliko prej, je dogodek verjetno nastal bližje njegovemu detektorju. TOF ne odstrani vse negotovosti, zoži pa del linije, na katerem bi dogodek lahko nastal, in izboljša razmerje med signalom in šumom.

Zakaj je PET skoraj vedno združen s CT?

PET lahko pokaže območje močnega prevzemanja sledila, toda brez anatomske karte ni vedno jasno, ali signal izvira iz bezgavke, organa ali sosednjega tkiva. Pri hibridnem PET/CT pacient ostane na isti mizi in preide skozi del naprave za CT in del za PET. Programska oprema sliki poravna ter presnovno dejavnost prikaže čez podrobno anatomijo CT. Navadno najprej nastane posnetek CT. Tako lahko zdravnik žarišče poveže s konkretno strukturo.

CT pomaga tudi pri korekciji atenuacije. Del fotonov gama se pri prehodu skozi tkiva oslabi ali razprši, zato bi brez popravka globlji deli telesa na PET delovali umetno manj dejavni. CT oceni tkiva na poti fotonov, računalnik pa s to karto popravi podatke PET. Ker CT uporablja rentgenske žarke druge energije, mora program podatke ustrezno preračunati. Premik pacienta med obema slikanjema lahko povzroči napako v poravnavi in napačen vtis o mestu ali intenzivnosti žarišča.

CT je lahko z nizkim odmerkom, predvsem za korekcijo in določanje mesta, ali diagnostičen in podrobnejši, včasih tudi s kontrastnim sredstvom. Izpostavljenost torej ni pri vseh pregledih enaka. PET/MR obstaja za izbrane primere in lahko izvrstno pokaže mehka tkiva, vendar je manj dostopen in PET/CT ne zamenja samodejno.

Kako poteka pregled in kaj vidimo na posnetku?

Priprava je odvisna od radiofarmaka in kliničnega vprašanja. Pri pogostem onkološkem pregledu z ¹⁸F-FDG pacient običajno nekaj ur ne je, vodo pa lahko pije; osebje preveri glukozo v krvi, zdravila, sladkorno bolezen, morebitno nosečnost in druge okoliščine. Telesna vadba prejšnji dan lahko okrepi porabo glukoze v mišicah in vpliva na posnetek. Navodila za ljudi s sladkorno boleznijo se prilagodijo zdravljenju in času pregleda; zdravil, zlasti inzulina, ne gre spreminjati po splošnem spletnem nasvetu.

Po injiciranju v veno navadno sledi približno 30 do 60 minut mirnega čakanja, da se sledilo porazdeli. Pacient nato leži pri miru, medtem ko miza potuje skozi napravo. Samo slikanje PET pogosto traja od približno 20 do 30 minut, vendar je lahko krajše ali daljše. Navodilo, naj pacient ne govori ali bere, je posebej pomembno pri nekaterih preiskavah možganov; enako strogo mirovanje ni predpisano pri vseh pregledih. Po preiskavi osebje po potrebi poda navodila o pitju, uriniranju in stikih z drugimi.

Na barvnem prikazu tople barve pomenijo več nakopičenega sledila glede na izbrano lestvico. To še ni samodejno tumor. Možgani naravno močno uporabljajo glukozo, srčna mišica jo lahko prevzema različno, ledvice in sečni mehur pa se pogosto močno obarvajo, ker izločajo FDG. Zdravnik presodi vzorec, jakost, CT, stare izvide in klinično zgodbo. SUV, standardizirana vrednost prevzemanja, pomaga pri primerjavi, vendar sama ne loči zanesljivo benignega od malignega in je odvisna od časa slikanja ter protokola.

Onkologija: razširjenost bolezni, odziv na zdravljenje in pasti

PET/CT je posebej koristen pri iskanju širjenja tumorja v bezgavke ali oddaljene organe, oceni odziva na zdravljenje ter razjasnitvi suma na ponovitev. Njegova vloga je odvisna od vrste tumorja. Pri številnih limfomih z močnim prevzemanjem FDG je del standardnega določanja razširjenosti in odziva, uporablja pa se tudi v določenih okoliščinah pri pljučnem raku. Pri Hodgkinovem limfomu lahko posnetek po določenem številu ciklov pomaga pri izbiri naslednjih korakov. Odziv nekaterih limfomov se ocenjuje z Deauvillovo lestvico, ki žarišče primerja z normalnim signalom mediastinalnega krvnega obtoka in jeter.

Če je masa po zdravljenju na CT še vidna, njen signal FDG pa je močno upadel, je morda aktivna bolezen izginila, ostalo pa je brazgotinsko tkivo. Nasprotno nova svetla točka ni dokaz ponovitve: signal lahko spremenijo okužba, pooperativno vnetje, obsevanje in imunoterapija. Pri pomembnih ali nejasnih primerih se ugotovitev potrdi z drugimi preiskavami ali biopsijo. PET ne nadomesti mikroskopskega pregleda tkiva.

Metoda ni enako dobra za vsako vrsto raka. Nekateri tumorji FDG slabo prevzemajo, mikroskopska žarišča pa so lahko pod mejo zaznave. V izbranih primerih raka prostate se uporabijo sledila, ki se vežejo na protein PSMA, pogosto močneje izražen v teh celicah. Tedaj vprašanje ni poraba glukoze, temveč položaj tarčnega proteina. PET celotnega telesa zato ni upravičena splošna presejalna preiskava zdravih: naključne najdbe lahko vodijo v dodatne posege in nepotrebno obsevanje.

Kardiologija: pretok krvi in »speča« srčna mišica

V srcu PET pogosto meri perfuzijo, dotok krvi do srčne mišice. Rubidij-82, amonijak z dušikom-13 in voda s kisikom-15 omogočajo primerjavo v mirovanju in ob obremenitvi ali z zdravilom povzročenem povečanju pretoka. Tako se odkrijejo deli miokarda, ki ob obremenitvi ne dobijo dovolj krvi. Izmeriti je mogoče tudi skupni pretok in rezervo pretoka, kar pomaga, kadar težava ni le v veliki zoženi koronarni arteriji, temveč v drobnih žilah.

Drugo vprašanje je, ali je slabo gibljivi del srca po dolgotrajnem pomanjkanju krvi trajno zabrazgotinjen ali še vsebuje živo, hibernirajoče tkivo. Primerjata se slika pretoka in posnetek presnove FDG. Če je pretok nizek, celice pa še vedno prevzemajo FDG, je del mišice morda živ. Če sta nizka oba signala, je brazgotina verjetnejša. Izvid lahko pomaga pri odločitvi o obnovitvi pretoka, ne zagotavlja pa povrnitve delovanja po stentu ali obvodu; pomembni so tudi bolnikovo stanje, anatomija žil in dokazi o koristnosti posega. FDG PET se uporablja tudi v izbranih primerih srčne sarkoidoze za iskanje dejavnega vnetja.

Nevrologija: različna sledila, različna vprašanja

FDG PET možganov prikaže vzorec porabe glukoze. Pri nekaterih nevrodegenerativnih boleznih imajo določena območja manjšo dejavnost; izvid lahko skupaj s pregledom, nevropsihološkimi preizkusi, MR in drugimi biomarkerji pomaga pojasniti kognitivne težave. Pri epilepsiji, odporni na zdravila, lahko FDG PET med napadi pokaže območje manjše dejavnosti, ki usmerja nadaljnje preiskave pred operacijo. PET sam ne določi samodejno mesta operacije in ne zagotavlja ozdravitve.

Posebna sledila se vežejo na amiloidne obloge, druga pa na spremembe proteina tau, povezane z Alzheimerjevo boleznijo. Ne smemo jih zamenjati: Amyvid (florbetapir) je amiloidno sledilo in ne meri hkrati tudi taua. Pozitiven amiloidni PET pokaže obloge, vendar sam še ne dokaže, da povzročajo simptome; podobno sliko lahko imajo tudi ljudje brez demence. Preiskava je zato smiselna, kadar lahko njen izid res spremeni diagnostično ali terapevtsko odločitev.

Odmerek, omejitve in nova generacija naprav

PET uporablja ionizirajoče sevanje radiofarmaka, PET/CT pa doda še odmerek CT. Skupni odmerek je odvisen od sledila, injicirane aktivnosti, velikosti pacienta in protokola CT, zato ena številka ne velja za vse. Zdravniki pretehtajo diagnostično korist in tveganje, prilagodijo protokol ter se izogibajo nepotrebnim ponovitvam. Nosečnost, dojenje in bolezni, ki vplivajo na pripravo, zahtevajo pogovor z osebjem pred preiskavo. Kratka razpolovna doba skrajša trajanje aktivnosti, ne pomeni pa, da sevanja ni.

Običajen obroč PET naenkrat pokrije omejen del telesa, zato se miza postopno premika. Naprave z dolgim aksialnim vidnim poljem, kot je uEXPLORER, naenkrat zajamejo večji del telesa in zaznajo več uporabnih parov fotonov. Prve raziskave kažejo, da se prednost lahko uporabi za kakovostnejšo sliko, krajše slikanje, manjšo injicirano aktivnost ali daljše spremljanje sledila, vendar ne vseh koristi v polnem obsegu hkrati. Poskusni protokoli so dali dobre slike tudi ob zelo majhni aktivnosti ali v približno minuti; to ne pomeni, da vsak današnji klinični pregled traja minuto.

Sočasno spremljanje sledila v številnih organih je obetavno za raziskovanje porazdelitve in izločanja zdravil. Razvija se tudi teranostika: isto molekularno tarčo je mogoče najprej uporabiti za PET prikaz in nato z drugim radionuklidom za ciljno zdravljenje. Pri določenih bolnikih s PSMA-pozitivnim rakom prostate je to že klinična praksa. Terapevtsko sevanje pa lahko deluje tudi na zdrava tkiva, zato izraz, da zadene samo tumor, ni točen.

PET je najbolj uporaben ob jasnem vprašanju: kje je bolezen, kako dejavna je, kako se spreminja med zdravljenjem ali kakšen je pretok skozi organ? Odgovor zahteva skupno razlago fizikalnega signala, anatomije CT ali MR, prejšnjih izvidov in kliničnega konteksta. Zato je metoda močno orodje medicine, toda ena svetla točka še nikoli ni cela diagnoza.