Positron emissie tomografie

Positronemissietomografie (PET) is een methode om de metabole en functionele activiteit van lichaamsweefsels in vivo te bestuderen. De methode is gebaseerd op het fenomeen van positronemissie dat wordt waargenomen in een radiofarmacon dat in het lichaam wordt gebracht tijdens de distributie en accumulatie ervan in verschillende organen. In de neurologie is de belangrijkste toepassing van de methode de studie van het hersenmetabolisme bij een aantal ziekten. Veranderingen in de accumulatie van nucliden in een hersengebied wijzen op een verstoring van de neuronale activiteit.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Indicaties voor positronemissietomografie

Indicaties voor positronemissietomografie zijn onder andere het testen op myocardhibernatie bij patiënten die een coronaire bypassoperatie of harttransplantatie ondergaan, en het onderscheiden van metastasen van necrose en fibrose in vergrote lymfeklieren bij kankerpatiënten. PET wordt ook gebruikt om longnoduli te evalueren en te bepalen of ze metabolisch actief zijn, en om longkanker, nekkanker, lymfoom en melanoom te diagnosticeren. CT kan worden gecombineerd met positronemissietomografie om morfologische en functionele gegevens te correleren.

Voorbereiding op positronemissietomografie

PET wordt uitgevoerd op een lege maag (de laatste maaltijd vindt 4-6 uur voor het onderzoek plaats). De duur van het onderzoek varieert van 30 tot 75 minuten, afhankelijk van de omvang van de procedure. Gedurende de 30-40 minuten die nodig zijn voor de inwerking van het toegediende medicijn op de stofwisselingsprocessen van het lichaam, moeten patiënten zich in een toestand bevinden die de kans op motorische, spraak- en emotionele activiteit minimaliseert om de kans op vals-positieve uitslagen te verkleinen. Hiervoor wordt de patiënt in een aparte kamer met geluiddichte wanden geplaatst; de patiënt ligt met zijn ogen gesloten.

Alternatieve methoden

Andere functionele neuroimagingmethoden, zoals magnetische resonantiespectroscopie, enkelvoudige-fotonemissie-CT, perfusie en functionele MRI, kunnen tot op zekere hoogte als alternatief voor PET dienen.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Enkelvoudige fotonemissietomografie

Een goedkopere optie voor radio-isotopenonderzoek van de intravitale structuur van de hersenen is enkelvoudige-fotonemissie-computertomografie.

Deze methode is gebaseerd op de registratie van kwantumstraling die wordt uitgezonden door radioactieve isotopen. In tegenstelling tot de PET-methode gebruikt enkelvoudige-fotonemissie-computertomografie elementen die niet deelnemen aan het metabolisme (Tc99, TI-01). Met behulp van een y-camera die rond het object roteert, worden enkelvoudige quanta (fotonen) geregistreerd in plaats van gepaarde quanta.

Een van de aanpassingen aan de single-photonemissie-computertomografiemethode is de visualisatie van de lokale cerebrale bloedstroom. De patiënt krijgt een gasmengsel te inhaleren met xenon-133, dat oplost in het bloed. Met behulp van computeranalyse wordt een driedimensionaal beeld van de verdeling van fotonemissiebronnen in de hersenen geconstrueerd met een ruimtelijke resolutie van ongeveer 1,5 cm. Deze methode wordt met name gebruikt om de kenmerken van de lokale cerebrale bloedstroom te bestuderen bij cerebrovasculaire aandoeningen en verschillende vormen van dementie.

Evaluatie van de resultaten

PET-evaluatie wordt uitgevoerd met behulp van visuele en semi-kwantitatieve methoden. Visuele evaluatie van PET-gegevens wordt uitgevoerd met behulp van zowel zwart-wit- als verschillende kleurenschalen, waardoor de intensiteit van de accumulatie van radiofarmaceutica in verschillende delen van de hersenen kan worden bepaald, foci van pathologisch metabolisme kunnen worden geïdentificeerd en hun lokalisatie, contouren en groottes kunnen worden geëvalueerd.

Bij een semi-kwantitatieve analyse wordt de verhouding van de accumulatie van radiofarmaceutica tussen twee even grote gebieden berekend, waarvan het ene overeenkomt met het meest actieve deel van het pathologische proces en het andere met het onveranderde contralaterale gebied van de hersenen.

Door het gebruik van PET in de neurologie kunnen we de volgende problemen oplossen:

• de activiteit van bepaalde hersengebieden bestuderen wanneer deze worden geconfronteerd met verschillende stimuli;
• vroege diagnose van ziekten stellen;
• differentiële diagnostiek uitvoeren van pathologische processen met vergelijkbare klinische manifestaties;
• het verloop van de ziekte voorspellen en de effectiviteit van de therapie evalueren.

De belangrijkste indicaties voor het gebruik van de techniek in de neurologie zijn:

• cerebrovasculaire pathologie;
• epilepsie;
• De ziekte van Alzheimer en andere vormen van dementie;
• degeneratieve ziekten van de hersenen (ziekte van Parkinson, ziekte van Huntington);
• demyeliniserende ziekten;
• hersentumoren.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ], [ 23 ]

Epilepsie

PET met 18-fluorodeoxyglucose maakt het mogelijk om epileptogene foci te detecteren, met name bij focale vormen van epilepsie, en om metabole stoornissen in deze foci te evalueren. In de interictale periode wordt de epileptogene focuszone gekenmerkt door glucosehypometabolisme, en het gebied met verminderd metabolisme is in sommige gevallen aanzienlijk groter dan de focus die met structurele neuroimagingmethoden is vastgesteld. Bovendien maakt PET het mogelijk om epileptogene foci te detecteren, zelfs bij afwezigheid van elektro-encefalografische en structurele veranderingen, en kan het worden gebruikt bij de differentiële diagnose van epileptische en niet-epileptische aanvallen. De sensitiviteit en specificiteit van de methode nemen aanzienlijk toe bij gecombineerd gebruik van PET met elektro-encefalografie (EEG).

Tijdens een epileptische aanval wordt een toename van het regionale glucosemetabolisme waargenomen in het gebied van de epileptogene focus, vaak in combinatie met onderdrukking in een ander gebied van de hersenen. Na de aanval wordt opnieuw hypometabolisme vastgesteld, waarvan de ernst 24 uur na de aanval betrouwbaar begint af te nemen.

PET kan ook succesvol worden ingezet bij het bepalen van de indicaties voor chirurgische behandeling van verschillende vormen van epilepsie. Preoperatieve beoordeling van de lokalisatie van epileptische haarden maakt het mogelijk om de optimale behandelmethode te kiezen en een objectievere prognose te maken van de uitkomst van de voorgestelde interventie.

[ 24 ], [ 25 ], [ 26 ], [ 27 ], [ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ], [ 32 ]

Cerebrovasculaire pathologie

In de diagnostiek van een ischemische beroerte wordt PET beschouwd als een methode om levensvatbaar, potentieel herstelbaar hersenweefsel in de ischemische penumbrazone te bepalen, wat indicaties voor reperfusietherapie (trombolyse) mogelijk maakt. Het gebruik van centrale benzodiazepinereceptorliganden, die dienen als markers voor neuronale integriteit, maakt een vrij duidelijk onderscheid mogelijk tussen irreversibel beschadigd en levensvatbaar hersenweefsel in de ischemische penumbrazone in een vroeg stadium van een beroerte. Differentiële diagnostiek tussen verse en oude ischemische foci is ook mogelijk bij patiënten met herhaalde ischemische episodes.

[ 33 ], [ 34 ], [ 35 ], [ 36 ], [ 37 ], [ 38 ], [ 39 ], [ 40 ]

De ziekte van Alzheimer en andere vormen van dementie

Bij het diagnosticeren van de ziekte van Alzheimer varieert de gevoeligheid van PET van 76 tot 93% (gemiddeld 86%), wat wordt bevestigd door autopsieonderzoeksmaterialen.

PET bij de ziekte van Alzheimer wordt gekenmerkt door een uitgesproken focale afname van het cerebrale metabolisme, voornamelijk in de neocorticale associatiegebieden van de cortex (posterieure cingulate cortex, temporopariëtale cortex en frontale multimodale cortex), met veranderingen die meer uitgesproken zijn in de dominante hemisfeer. Tegelijkertijd blijven de basale ganglia, thalamus, cerebellum en cortex, verantwoordelijk voor primaire sensorische en motorische functies, relatief intact. Het meest typerend voor de ziekte van Alzheimer is bilateraal hypometabolisme in de temporopariëtale hersengebieden, wat in gevorderde stadia gepaard kan gaan met een afname van het metabolisme in de frontale cortex.

Dementie als gevolg van cerebrovasculaire aandoeningen wordt gekenmerkt door een overheersende betrokkenheid van de frontale kwabben, waaronder de cingulate cortex en de gyrus frontalis superior. Patiënten met vasculaire dementie hebben doorgaans ook vlekkerige gebieden met een verminderde stofwisseling in de witte stof en cortex, vaak met betrokkenheid van de kleine hersenen en subcortices. Frontotemporale dementie vertoont een verminderde stofwisseling in de frontale, voorste en mediale temporale cortex. Patiënten met Lewy-body-dementie hebben bilaterale temporopariëtale metabole tekorten die doen denken aan de ziekte van Alzheimer, maar vaak ook de occipitale cortex en het cerebellum, die bij de ziekte van Alzheimer meestal intact zijn.

Patroon van metabolische veranderingen bij verschillende aandoeningen die verband houden met dementie

Etiologie van dementie	Metabole verstoringszones
De ziekte van Alzheimer	Schade aan de pariëtale, temporale en achterste cingulate cortex treedt het eerst op met relatieve besparing van de primaire sensorimotorische en primaire visuele cortex en met besparing van het striatum, de thalamus en het cerebellum. In de beginfase is het defect vaak asymmetrisch, maar het degeneratieve proces manifesteert zich uiteindelijk bilateraal.
Vasculaire dementie	Hypometabolisme en hypoperfusie in de aangetaste corticale, subcorticale gebieden en de kleine hersenen
Frontale dementie	De frontale cortex, de voorste temporale cortex en de mediotemporale gebieden worden het eerst aangetast, met aanvankelijk een grotere mate van ernstige schade dan de pariëtale en laterale temporale cortex, met relatief behoud van de primaire sensomotorische en visuele cortex.
Chorea van Huntington	De caudate en lenticulaire kernen worden eerder aangetast met een geleidelijke diffuse betrokkenheid van de cortex
Dementie bij de ziekte van Parkinson	Kenmerken die lijken op die van de ziekte van Alzheimer, maar met een grotere besparing van de mediotemporale regio en minder besparing van de visuele cortex
Dementie met Lewy-lichaampjes	Stoornissen die typisch zijn voor de ziekte van Alzheimer, maar met minder behoud van de visuele cortex en mogelijk de kleine hersenen

Het gebruik van PET als voorspeller van de ontwikkeling van dementie van het type Alzheimer, vooral bij patiënten met lichte en matige cognitieve stoornissen, is veelbelovend.

Momenteel wordt geprobeerd cerebrale amyloïdose in vivo te bestuderen met behulp van PET, met behulp van speciale amyloïdeliganden, ten behoeve van de preklinische diagnose van dementie bij personen met risicofactoren. Het bestuderen van de ernst en lokalisatie van cerebrale amyloïdose maakt het ook mogelijk om de diagnostiek in verschillende stadia van de ziekte betrouwbaar te verbeteren. Bovendien maakt het gebruik van PET, met name in de dynamiek, het mogelijk om het beloop van de ziekte nauwkeuriger te voorspellen en de effectiviteit van de therapie objectief te evalueren.

[ 41 ], [ 42 ], [ 43 ], [ 44 ], [ 45 ]

De ziekte van Parkinson

PET met behulp van de specifieke ligand B18-fluorodopa maakt kwantitatieve bepaling van de deficiëntie van dopaminesynthese en -opslag in presynaptische striatale terminalen bij de ziekte van Parkinson mogelijk. De aanwezigheid van karakteristieke veranderingen maakt het mogelijk om al in de vroege, soms preklinische stadia van de ziekte een diagnose te stellen en preventieve en therapeutische maatregelen te nemen.

Met PET is differentiële diagnose van de ziekte van Parkinson mogelijk met andere ziekten waarvan het klinisch beeld extrapiramidale verschijnselen vertoont, zoals multipele systeematrofie.

De toestand van de dopaminereceptoren zelf kan worden beoordeeld met behulp van PET met de H2-receptorligand _raclopride. Bij de ziekte van Parkinson zijn het aantal presynaptische dopaminerge terminalen en de hoeveelheid dopaminetransporter in de synaptische spleet verminderd, terwijl bij andere neurodegeneratieve aandoeningen (bijv. multipele systeematrofie, progressieve supranucleaire parese en corticobasale degeneratie) het aantal dopaminereceptoren in het striatum verminderd is.

Bovendien kunnen we met PET het verloop en de snelheid van progressie van de ziekte voorspellen, de effectiviteit van medicamenteuze therapie evalueren en bepalen welke chirurgische behandeling nodig is.

Chorea van Huntington en andere hyperkinesieën

PET-resultaten bij de ziekte van Huntington worden gekenmerkt door een afname van het glucosemetabolisme in de nucleus caudatus, wat preklinische diagnostiek van de ziekte mogelijk maakt bij personen die op basis van DNA-testresultaten een hoog risico lopen om de ziekte te ontwikkelen.

Bij torsiedystonie laat PET met 18-fluorodeoxyglucose een afname zien van het regionale niveau van glucosemetabolisme in de nucleus caudatus en nucleus lentiformis, alsook in de frontale projectievelden van de nucleus thalamus mediodorsalis, terwijl het algemene metabole niveau intact blijft.

Multiple sclerose

PET met 18-fluorodeoxyglucose bij patiënten met multiple sclerose toont diffuse veranderingen in het hersenmetabolisme aan, waaronder in de grijze stof. De geïdentificeerde kwantitatieve metabole stoornissen kunnen dienen als marker voor ziekteactiviteit, de pathofysiologische mechanismen van de ontwikkeling van exacerbaties weerspiegelen, helpen bij het voorspellen van het beloop van de ziekte en het beoordelen van de effectiviteit van therapie.

Hersentumoren

CT of MRI maakt het mogelijk om betrouwbare informatie te verkrijgen over de lokalisatie en omvang van tumorschade in hersenweefsel, maar biedt niet de mogelijkheid om goedaardige van kwaadaardige laesies met hoge nauwkeurigheid te onderscheiden. Bovendien zijn structurele neuroimagingmethoden niet specifiek genoeg om tumorrecidief te onderscheiden van radiotherapienecrose. In deze gevallen is PET de aangewezen methode.

Naast 18-fluorodeoxyglucose worden ook andere radiofarmaca gebruikt voor de diagnose van hersentumoren, zoals ^11C -methionine en ^11C -tyrosine. PET met 11C-methionine is met name ^een gevoeligere methode voor het detecteren van astrocytomen dan PET met 18-fluorodeoxyglucose, en kan ook worden gebruikt voor de evaluatie van laaggradige tumoren. PET met ^11C -tyrosine maakt het mogelijk om kwaadaardige tumoren van goedaardige hersenletsels te onderscheiden. Bovendien vertonen sterk en slecht gedifferentieerde hersentumoren een verschillende absorptiekinetiek van dit radiofarmaceuticum.

PET is momenteel een van de meest nauwkeurige en geavanceerde methoden voor het diagnosticeren van diverse aandoeningen van het zenuwstelsel. Bovendien kan deze methode worden gebruikt om de werking van de hersenen van gezonde mensen te bestuderen voor wetenschappelijke doeleinden.

De toepassing van de methode blijft, vanwege onvoldoende apparatuur en hoge kosten, uiterst beperkt en is alleen beschikbaar in grote onderzoekscentra, maar de mogelijkheden van PET zijn aanzienlijk. De introductie van een techniek die de gelijktijdige uitvoering van MRI en PET mogelijk maakt, met daaropvolgende combinatie van de verkregen beelden, lijkt veelbelovend. Dit zal het mogelijk maken om maximale informatie te verkrijgen over zowel structurele als functionele veranderingen in verschillende delen van het hersenweefsel.

Wat is positronemissietomografie?

In tegenstelling tot standaard MRI of CT, die voornamelijk een anatomisch beeld van een orgaan opleveren, beoordeelt PET functionele veranderingen op het niveau van het cellulaire metabolisme. Deze kunnen al in de vroege, preklinische stadia van de ziekte worden herkend, wanneer structurele neuroimagingmethoden geen pathologische veranderingen aan het licht brengen.

PET maakt gebruik van verschillende radiofarmaca die gelabeld zijn met zuurstof, koolstof, stikstof en glucose, oftewel natuurlijke metabolieten van het lichaam, die samen met de eigen endogene metabolieten in het metabolisme worden opgenomen. Hierdoor wordt het mogelijk om processen op cellulair niveau te evalueren.

Het meest gebruikte radiofarmaceutische middel bij PET is fluordeoxyglucose. Andere radiofarmaceutica die vaak bij PET worden gebruikt, zijn ^11C- methionine (MET) en ^11C- tyrosine.

De stralingsbelasting bij de maximale dosis van het toegediende geneesmiddel komt overeen met de stralingsbelasting die de patiënt oploopt tijdens een röntgenfoto van de borstkas in twee richtingen, waardoor het onderzoek relatief veilig is. Het is gecontra-indiceerd voor mensen met diabetes mellitus (suikerziekte) met een bloedsuikerspiegel hoger dan 6,5 mmol/l. Zwangerschap en borstvoeding behoren ook tot de contra-indicaties.