В последние годы клиническая ПЭТ-визуализация получила быстрое развитие: от ограниченного числа исследовательских медицинских центров до быстрого распространения в крупных больницах общего профиля по всей стране, где ПЭТ играет все более важную роль.
В настоящее время, благодаря непрерывному развитию науки и техники, в мире существует три типа аппаратов для получения ПЭТ-изображений.
1. Выделенная ПЭТ: доступна только ПЭТ-визуализация, но не ОФЭКТ-визуализация и КТ-визуализация.
2. гибридная ПЭТ: аппарат для визуализации ПЭТ с временной линией поверх ОФЭКТ, т.е. он может выполнять два типа визуализации нуклидов одновременно.
3. комбинированный ПЭТ: С 2000 года ПЭТ-КТ представляет собой комбинацию ПЭТ и высококачественной спиральной компьютерной томографии, которая является самой сильной комбинацией ПЭТ и КТ. Благодаря объединению двух типов изображений в режиме реального времени биохимическая, функциональная и анатомическая информация об исследуемом участке одновременно отображается на одном изображении для сравнения и диагностики, что значительно повышает значимость ПЭТ-изображения для клинического применения.
ПЭТ-КТ не только отражает анатомические структурные изменения в организме человека, но, что более важно, может предоставить информацию о функциональном метаболизме в организме, раскрывая патогенез заболеваний и терапевтические эффекты на молекулярном уровне, и является важным инструментом для клинической диагностики заболеваний сердца и мозга, а также опухолей.
I. Клиническое применение ПЭТ-КТ в опухолях
1.Диагностика и стадирование опухолей
Быстрая пролиферация клеток, увеличение переносчиков глюкозы в клеточных мембранах и повышение активности внутриклеточных фосфорилаз и другие биологические особенности обычно встречаются в опухолевых тканях, из-за чего гликолитический метаболизм в опухолевых клетках значительно возрастает. Поэтому для позитронной визуализации опухолей чаще всего используется 18F-меченная дезоксиглюкоза (18F- FDG). 18F- FDG может войти в метаболическую картину почти всех типов опухолей у человека и является спектроскопическим опухолевым трейсером.
Степень внутриклеточной концентрации 18F- FDG положительно коррелирует с уровнем внутриклеточного метаболизма глюкозы, и в целом, чем более злокачественна опухоль, тем более выражено поглощение FDG. Кроме того, ПЭТ-КТ-изображение всего тела с 18F- ФДГ имеет высокую частоту обнаружения лимфатических узлов и отдаленных метастазов, что может повысить точность стадирования опухоли.
2. отслеживать рецидив опухоли и метастазирование
Трудно оценить остаточную или рецидивирующую опухоль, просто полагаясь на методы диагностической визуализации, которые в основном отражают морфологические изменения. 18F-ФДГ ПЭТ отражает физиологические и биологические процессы в ткани, а метаболизм глюкозы повышен в опухолевой ткани, но не в подавляющем большинстве фиброзных, некротических и жировых тканей. Это имеет важное значение для мониторинга злокачественных рецидивов, поскольку в подавляющем большинстве фиброзных, некротических и жировых тканей он не наблюдается.
С другой стороны, в случаях, когда маркеры опухоли повышены, но обычная анатомическая визуализация в норме, использование метаболической визуализации всего тела 18F-FDG PET-CT также было подтверждено в поиске и локализации рецидивирующих метастазов.
3. ранняя оценка эффективности
В настоящее время оценка эффективности лечения пациентов со злокачественными опухолями в основном основывается на размере опухоли после лечения для определения эффективности или прогрессирования заболевания, но поскольку морфологические структурные изменения после лечения отстают от гибели опухолевых клеток, это приводит к сохранению остаточных образований на морфологических изображениях; кроме того, образования уменьшаются после лечения, но в них может оставаться определенное количество живых опухолевых клеток. Чувствительность и специфичность ранней оценки эффективности, основанной на размере и плотности поражения, показанного на КТ, невысока.
ПЭТ — это неинвазивный диагностический метод оценки метаболизма опухоли и определения статуса остаточных опухолей после лечения, основанный главным образом на изменениях в поглощении 18F-ФДГ опухолевой тканью и раннем прогнозировании эффективности на клиническом или субклиническом уровне с помощью визуального или количественного анализа.
4. Направляющие места биопсии
ПЭТ-КТ имеет более низкий процент ложноотрицательных результатов, чем КТ, при направлении пункции биоптата. ПЭТ может показать наиболее метаболически активные участки опухоли, особенно у пациентов с множественными поражениями легких, и направить локализацию биопсии на наиболее активные участки легочного образования, избегая пункции биоптата с образцами, взятыми из некротических центров, фиброзной ткани или соседних тканей, и снижая количество ложноотрицательных результатов. Кроме того, о наличии сопутствующих метастазов в лимфатических узлах при КТ судят в основном по размеру, что часто недостаточно точно, и в большинстве случаев для подтверждения требуется патологическая биопсия, а при ПЭТ-КТ-направленной биопсии процент подтверждения значительно выше.
5.Планирование радиотерапии
В клинической практике используются трехмерная конформная радиотерапия с КТ-наведением и конформная радиотерапия с модулированием интенсивности, основной целью которых является максимизация дозы локального облучения опухоли при максимальной защите окружающих нормальных тканей и близлежащих жизненно важных органов. Однако КТ показывает только анатомически видимые аномальные образования, что затрудняет определение границ опухолевых поражений, когда они окружены воспалительными изменениями, и характеристику небольших метастатических лимфатических узлов, тогда как функциональная ПЭТ визуализация может четко показать активную область опухоли, т.е. биологическую мишень.
Например, при опухолях мозга гипоксия опухолевых клеток (гипоксия) является основным негативным фактором при радио- и химиотерапии. Для визуализации гипоксии опухоли можно использовать маркировку 18F-фторнитроимидазолом (18F-FMISO). 18F-FMISO уменьшается при низком уровне кислорода и ковалентно связывается с макромолекулами, таким образом, оставаясь в гипоксичных, но все еще метаболически активных клетках; коэффициент поглощения опухоли ( TUR) — это радиоактивность каждого пикселя в интересующей опухолевой области (ROI), деленная на радиоактивность нормальной ткани в соответствующей области; когда коэффициент поглощения 18F-FMISO у пациента равен или больше 1,39, эффект радиотерапии является низким в 89% случаев.
6. Поиск первичного очага метастатической опухоли
Метастатические опухоли с неизвестной первичной CUP не являются редкостью в клинической практике, составляя приблизительно 10% всех онкологических больных.
Причинами неспособности обнаружить первичное поражение в CUP могут быть.
(1) Первичная опухоль разрушается под воздействием иммунных факторов или сосудистых механизмов;
(ii) Первичная опухоль не обнаруживается клинически, поскольку специфические гены изменяются, способствуя метастазированию, но не местному первичному очагу;
(iii) Автоматическая регрессия первичной опухоли;
④ Ограниченность инструментов и методов обследования затрудняет выявление небольших первичных очагов;
⑤ Недостаточный клинический опыт врача приводит к пропуску диагноза;
(6) Некоторые пациенты умерли от других заболеваний до того, как были обнаружены первичные очаги. ПЭТ отражает биохимические и метаболические изменения в очаге поражения, а поскольку биохимические и метаболические нарушения предшествуют морфологическим и структурным изменениям в развитии заболевания, ПЭТ визуализация имеет уникальную роль в выявлении функциональных и метаболических изменений в опухолях и представляет большую ценность в поиске первичного очага метастатических опухолей. Он играет уникальную роль в выявлении функциональных и метаболических изменений в опухолях и имеет большое значение для поиска первичного очага метастатических опухолей.
7. выявление оккультных и изоинтенсивных поражений
При поражениях, которые трудно обнаружить с помощью КТ, часто возникают следующие ситуации.
① Мелкие поражения, которые труднее диагностировать как доброкачественные или злокачественные, например, лимфатические узлы диаметром менее 1,0 см;
(2) Поражение расположено в сложной структуре окружающей ткани, поражение смешано с окружающей тканью, что требует очень тщательного просмотра пленки, чтобы избежать пропуска диагноза и возможности потенциальных ложноотрицательных результатов, например, метастазы лимфатических узлов в ретрофаринксе, двусторонней надключичной ямке, легочном холме, заднем средостении, вокруг дуги аорты, вокруг диафрагмы и части брыжейки, а также плевральные метастазы, портальные метастазы, злокачественные поражения поджелудочной железы и толстой кишки и т.д;
(3) Плотность поражения не очевидна по сравнению с окружающей нормальной тканью, поэтому его трудно идентифицировать и отличить, например, некоторые костные метастазы.
Эти поражения, которые трудно обнаружить при КТ, часто могут быть четко выявлены с помощью ПЭТ с ФДГ, поскольку метаболизм глюкозы в них не идентичен метаболизму окружающих тканей. Кроме того, с помощью ПЭТ-изображения можно искать причину ателектаза, обнаруживать опухолевые очаги, скрытые в ателектазных долях или сегментах легких, а у пациентов с большим объемом грудной клетки и асцита — выявлять злокачественные опухоли, скрытые грудной клеткой и асцитом.
II. Клиническое применение ПЭТ-КТ в нервной системе
1.Локализация и диагностика эпилептических очагов
Эпилептические очаги могут быть чувствительно обнаружены с помощью ПЭТ-КТ с 18F-ФДГ, а эпилептогенные очаги могут проявляться как гиперметаболические очаги во время фазы припадка или напоминать окружающую нормальную ткань мозга. Эпилептогенные очаги проявляются как гиперметаболические очаги во время фазы припадка или напоминают окружающую нормальную ткань мозга;
В межприступной фазе очаги гипометаболические. Большинство очагов расположено в передней лобной доле, особенно в медиальной коре, а у некоторых пациентов — в лобной, теменной и затылочной долях. По данным некоторых ученых, чувствительность ПЭТ-КТ с 18F-ФДГ для локализации эпилептических очагов составляет 80%-92%, а точность — 90%.
2. Деменция
Деменция — это нейродегенеративное заболевание, характеризующееся хроническим, приобретенным, прогрессирующим нарушением интеллекта. Пациент теряет интеллект, внимание, рассудительность, память и язык, что часто сопровождается изменениями личности и рядом других неврологических особенностей. Невропатологическое обследование подтверждает, что в основе большинства деменций лежит потеря нейронов или изменения в нервных волокнах. Известно, что 98-99% энергии, необходимой для функционирования мозга, поставляется глюкозой, поэтому ПЭТ-изображение с 18F-ФДГ достаточно чувствительно к аномальным изменениям при деменции.
(1) Болезнь Альцгеймера Болезнь Альцгеймера, также известная как старческое слабоумие, является распространенным заболеванием среди пожилых людей. 18F-ФДГ обычно показывает гипометаболизм в теменной и задней височной областях и поясной извилине, в основном двусторонний, на ранних стадиях прогрессирования. (2) Другая деменция
(2) Другие деменции, такие как болезнь Альцгеймера (БА), деменция с множественными инфарктами, болезнь Пика, болезнь Хантингтона и т.д., также характеризуются с помощью ПЭТ-КТ визуализации 18F-ФДГ.
3. болезнь Паркинсона (Паркинсон)
Болезнь Паркинсона также известна как тремор-паралич, КТ. и МРТ часто не имеют характерных изменений, 18F-ФДГ ПЭТ-КТ визуализации можно увидеть в двусторонней области базальных ганглиев с различной степенью метаболического повышения; когда сопровождается деменцией, существует также широкий спектр коркового метаболического снижения, теменная доля более очевидна. Асимметрия метаболизма мозга у пациентов с болезнью Паркинсона соответствует раннему симптоматическому профилю заболевания: гиперметаболизм сначала обнаруживается в контралатеральном nucleus accumbens конечности у пациентов с односторонней болезнью Паркинсона, что приводит к метаболическим изменениям в двусторонних базальных ганглиях по мере прогрессирования нигростриатального дегенеративного процесса.
III. Клиническое применение ПЭТ-КТ при сердечно-сосудистых заболеваниях
1.Диагностика ишемической болезни сердца
13N-NH3 является широко используемым и идеальным агентом для визуализации потока в миокарде. 13N-NH3 визуализация перфузии миокарда отражает состояние перфузии клеток миокарда, а также состояние перфузии коллатерального кровообращения, созданного после инфаркта миокарда, предоставляя прямую информацию о перфузии миокарда и выживании. Кроме того, стресс-тест дает представление о функции резерва коронарного кровотока.
2. определение выживаемости клеток миокарда
После инфаркта миокарда остается часть ишемического некроза и часть еще живого миокарда, т.е. остановившийся и впавший в спячку миокард. Перфузионная визуализация миокарда с 13N-NH3 анализируется в сравнении с метаболической визуализацией миокарда с 18F-ФДГ (при нагрузке глюкозой), и если она показывает несоответствие перфузии и метаболизма, то это признак выжившего миокарда; если перфузия и метаболизм совпадают, то выжившего миокарда нет. Этот метод в настоящее время признан «золотым стандартом» для оценки жизнеспособного миокарда. Наличие или отсутствие жизнеспособного миокарда имеет большое клиническое значение, и пациенты с жизнеспособным миокардом могут восстановить сердечную функцию с помощью коронарной реваскуляризации.
Ограничения ПЭТ-КТ в клиническом применении
Основным недостатком применения ПЭТ-КТ является трассер. 18F-ФДГ не является трассером, специфичным для опухоли. Воспалительные клетки и гранулематозные ткани могут поглощать 18F-ФДГ. Поэтому в некоторых случаях, полагаясь только на ПЭТ для определения доброкачественных и злокачественных образований, можно получить ложноположительный результат. В настоящее время во всем мире предпринимаются усилия по исследованию и изучению новых эффективных и специфических трейсеров с помощью строгой, научной, основанной на доказательствах медицинской стратегии, с целью получения более широкого клинического применения ПЭТ-КТ.
Другой недостаток ПЭТ-КТ основан на принципе визуализации. Хотя разрешение и чувствительность ПЭТ намного выше, чем у общих методов ядерной медицины, это все еще по существу метод визуализации с низким объемом данных и низким разрешением. Разрешение ПЭТ недостаточно, чтобы показать слишком маленькие поражения, или на него влияют эффекты частичного объема, которые могут привести к ложноотрицательным результатам.
Существует четкая тканевая специфика в распределении трейсеров in vivo, что, с одной стороны, является основой для ПЭТ-диагностики, но, с другой стороны, приводит к плохому отображению анатомических структур, окружающих ПЭТ-поражения, и отсутствию анатомической привязки на изображениях. Поэтому ПЭТ-изображения нелегко понять и иногда нелегко принять клиницистам.
Хотя ПЭТ-КТ имеет очевидные преимущества по сравнению с КТ и МРТ, сможет ли ПЭТ-КТ получить признание в клинической практике и реализовать свои уникальные преимущества, в определенной степени зависит от степени интеграции ПЭТ-КТ с клиническими и другими методами визуализации, а также от отношения и достижений практиков ПЭТ-КТ в предоставлении клинической информации и помощи в решении клинических проблем.
V. Экономическая эффективность клинического применения ПЭТ-КТ
Все больший акцент на экономическую эффективность и сокращение инвазивных процедур — две основные тенденции в современной диагностике и лечении онкологии. Хотя цена исследования ПЭТ-КТ всего тела относительно высока, снижение частоты ложноположительных и ложноотрицательных результатов диагностики способствует правильному определению стадии заболевания и помогает выбрать индивидуальный и разумный план лечения; ранняя оценка последствий лечения позволяет пациентам своевременно изменить план лечения и избежать ненужных токсических побочных эффектов; правильное определение остаточных явлений и рецидивов, метастазов и т.д. помогает избежать дополнительных обследований и хирургического вмешательства и сэкономить средства. Экономия затрат.