Позитронно-эмиссионная томография головного мозга
| Позитронно-эмиссионная томография головного мозга | |
|---|---|
 ПЭТ-сканирование нормального мозга | |
| МКБ-10-ПКС | С030 |
Позитронно-эмиссионная томография головного мозга — это разновидность позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которая используется для измерения метаболизма мозга и распределения экзогенных радиоактивно меченных химических веществ по всему мозгу. ПЭТ измеряет выбросы радиоактивно меченных метаболически активных химических веществ, которые были введены в кровоток. Данные о выбросах, полученные при ПЭТ головного мозга, обрабатываются на компьютере для получения многомерных изображений распределения химических веществ по всему мозгу. [1] : 57
Процесс
[ редактировать ]Используемые радиоизотопы позитроны излучающие , , обычно производятся с помощью циклотрона , и химические вещества помечаются этими радиоактивными атомами. Радиоизотопы, используемые в клиниках, обычно представляют собой 18F (фторид) , 11C (углерод) и 15O (кислород) . Меченое соединение, называемое радиофармпрепаратом или радиолигандом , вводится в кровоток и в конечном итоге через кровообращение попадает в мозг. Детекторы ПЭТ-сканера обнаруживают радиоактивность по мере того, как соединения заряжаются в различных областях мозга. Компьютер использует данные, собранные детекторами, для создания многомерных (обычно трехмерных объемных или четырехмерных, изменяющихся во времени) изображений, которые показывают распределение радиофармпрепарата в мозге с течением времени. Особенно полезен широкий спектр лигандов, используемых для картирования различных аспектов активности нейромедиаторов, при этом наиболее часто используемым индикатором ПЭТ является меченая форма глюкозы, такая как фтордезоксиглюкоза. 18 Ф) . [2]
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Наибольшим преимуществом ПЭТ-сканирования является то, что различные соединения могут показывать поток и кислорода , и метаболизм глюкозы в тканях работающего мозга. Эти измерения отражают интенсивность мозговой активности в различных областях мозга и позволяют нам больше узнать о том, как работает мозг. ПЭТ-сканирование превосходило все другие методы метаболической визуализации с точки зрения разрешения и скорости выполнения (всего 30 секунд), когда они впервые стали доступны. Улучшенное разрешение позволило лучше изучить область мозга, активируемую конкретной задачей. Самый большой недостаток ПЭТ-сканирования заключается в том, что из-за быстрого распада радиоактивности оно ограничивается мониторингом коротких задач. [1] : 60
Использование
[ редактировать ]
До того, как использование функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) стало широко распространенным, ПЭТ-сканирование было предпочтительным методом функциональной (в отличие от структурной) визуализации мозга, и оно до сих пор продолжает вносить большой вклад в нейробиологию . ПЭТ-сканирование также полезно в под контролем стереотаксической хирургии ПЭТ и радиохирургии для лечения внутричерепных опухолей, артериовенозных мальформаций и других состояний, поддающихся хирургическому лечению. [4]
ПЭТ-сканирование также используется для диагностики заболеваний головного мозга, в первую очередь потому, что опухоли головного мозга, инсульты и нейронодегенеративные заболевания (такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона) вызывают серьезные изменения в метаболизме мозга, что, в свою очередь, вызывает заметные изменения при ПЭТ-сканировании. ПЭТ, вероятно, наиболее полезна в ранних случаях некоторых деменций (классическими примерами являются болезнь Альцгеймера и болезнь Пика ), когда ранние повреждения слишком диффузны и не оказывают слишком незначительного влияния на объем и общую структуру мозга, чтобы изменить КТ и стандартные изображения МРТ настолько, чтобы их можно было способны надежно отличить ее от «нормального» диапазона кортикальной атрофии, которая возникает с возрастом (у многих, но не у всех) людей и не вызывает клинической деменции.
ПЭТ также активно используется при рассеянном склерозе и других приобретенных демиелинизирующих синдромах , но в основном для исследования патогенеза, а не диагностики. Они используют специфические радиолиганды для активности микроглии . В настоящее время широко используется белок-транслокатор массой 18 кДа (TSPO). [5] Также комбинированную ПЭТ-КТ . иногда проводят [6]
Типы трассеров
[ редактировать ]ПЭТ-визуализация с кислородом -15 косвенно измеряет приток крови к мозгу. В этом методе повышенный сигнал радиоактивности указывает на усиление кровотока, что, как предполагается, коррелирует с повышенной активностью мозга. Из-за периода полураспада О-15 для такого использования его необходимо подавать непосредственно из медицинского циклотрона , что сложно.
ПЭТ-визуализация с 18F-ФДГ использует тот факт, что мозг обычно быстро потребляет глюкозу. Стандартная ПЭТ головного мозга с 18F-ФДГ измеряет региональное использование глюкозы и может использоваться в невропатологической диагностике.
- Пример : Патологии головного мозга, такие как болезнь Альцгеймера, значительно снижают мозговой метаболизм глюкозы и кислорода одновременно. Следовательно, ПЭТ головного мозга с 18F-ФДГ также можно использовать для успешной дифференциации болезни Альцгеймера от других процессов деменции, а также для ранней диагностики болезни Альцгеймера. Преимущество ПЭТ 18F-ФДГ для этих целей заключается в его гораздо более широкой доступности. Некоторые радиоактивные индикаторы, используемые при болезни Альцгеймера, — это флорбетапир 18F , флютеметамол F18 , PiB и флорбетабен 18F , которые используются для обнаружения бляшек бета-амилоида (потенциального биомаркера болезни Альцгеймера) в мозге.
- Примеры : ПЭТ-визуализация с ФДГ также может использоваться для локализации очага приступа : во время межприступного сканирования очаг приступа будет выглядеть как гипометаболический. несколько радиотрейсеров (т.е. радиолигандов Для ПЭТ было разработано ), которые являются лигандами для определенных подтипов нейрорецепторов, таких как [ 11 C] раклоприд , [ 18 F] фаллипрайд и [ 18 F] десметоксифаллиприд для дофаминовых рецепторов D2/D3, [ 11 C] McN 5652 и [ 11 C] DASB для переносчиков серотонина , [ 18 F] Mefway для рецепторов серотонина 5HT1A , [ 18 F] Нифен для никотиновых рецепторов ацетилхолина или субстратов ферментов (например, 6- FDOPA для фермента AADC ). Эти агенты позволяют визуализировать пулы нейрорецепторов в контексте множества нервно-психических и неврологических заболеваний.
- Пример : ПЭТ-визуализация с 18F-ФДГ может использоваться для оценки метаболизма глюкозы при остром ишемическом инсульте . [7] Некоторые следы, используемые при ишемическом инсульте, представляют собой воду, меченную кислородом-15 . 18 Ф] ФМИСО . [8] [9]
Разработка ряда новых зондов для неинвазивной ПЭТ-визуализации нейроагрегатов в головном мозге человека поставила визуализацию амилоида на порог клинического использования. Самые ранние зонды для визуализации амилоида включали 2-(1-{6-[(2-[ 18 F]фторэтил)(метил)амино]-2-нафтил}этилиден)малононитрил ([ 18 Ф] ФДДНП) [10] разработанный в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и N-метил-[ 11 C]2-(4'-метиламинофенил)-6-гидроксибензотиазол [11] (называемое питтсбургским соединением B ), разработанное в Питтсбургском университете. Эти зонды для визуализации амилоида позволяют визуализировать амилоидные бляшки в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера и могут помочь клиницистам в постановке положительного клинического диагноза БА прижизненно и в разработке новых антиамилоидных методов лечения. [ 11 C]PMP (N-[ 11 C]метилпиперидин-4-илпропионат) — новый радиофармацевтический препарат, используемый в ПЭТ-визуализации для определения активности ацетилхолинергической нейромедиаторной системы, действуя в качестве субстрата для ацетилхолинэстеразы. Посмертное обследование пациентов с АД показало снижение уровня ацетилхолинэстеразы. [ 11 C]PMP используется для картирования активности ацетилхолинэстеразы в головном мозге, что может позволить проводить присмертную диагностику БА и контролировать лечение БА. [12] Компания Avid Radiopharmaceuticals разработала и коммерциализирует соединение под названием флорбетапир , которое использует радионуклид более длительного действия фтор-18 для обнаружения амилоидных бляшек с помощью ПЭТ-сканирования. [13]
Специализированные устройства для ПЭТ головного мозга
[ редактировать ]
В 2019 году Катана и др. [14] опубликовал обзорную статью «Разработка специализированных устройств для ПЭТ-визуализации мозга: последние достижения и перспективы на будущее». Различные компании по всему миру работают над разработкой специальной системы ПЭТ головного мозга для чисто исследовательских и/или рутинных клинических целей. Одной из таких компаний является Positrigo , которая работает над системой NeuroLF .
Проблемы
[ редактировать ]Одной из основных проблем разработки новых ПЭТ-трейсеров для нейровизуализации является то, что эти трейсеры должны преодолевать гематоэнцефалический барьер. Обычно молекулы используются небольшие жирорастворимые , поскольку они могут преодолевать гематоэнцефалический барьер посредством пассивной диффузии, опосредованной липидами .
Однако по мере того, как фармацевтика движется к использованию крупных биомолекул для лечения, новые исследования также сосредоточены на использовании биомолекул, таких как антитела , для индикаторов ПЭТ. Этим новым более крупным ПЭТ-индикаторам сложнее пройти через ГЭБ, поскольку они слишком велики, чтобы пассивно диффундировать через них. такие как переносчики глюкозы и аминокислот, рецептор-опосредованный трансцитоз инсулина Поэтому недавние исследования изучают методы переноса биомолекул через ГЭБ с использованием эндогенных транспортных систем, включая переносчики, опосредованные переносчиками , или трансферрина . [15]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Нильссон Л.Г., Маркович Х.Дж. (1999). Когнитивная нейронаука памяти . Сиэтл: Hogrefe & Huber Publishers. п. 57.
- ^ Валлабхаджосула, Шанкар (2009). Молекулярная визуализация: радиофармпрепараты для ПЭТ и ОФЭКТ . Спрингер-Верлаг. ISBN 978-3-540-76735-0 . OCLC 437345781 . [ нужна страница ]
- ^ Волков Н.Д., Фаулер Дж.С., Ван Г.Дж. (май 2003 г.). «Зависимый человеческий мозг: выводы исследований изображений» . Журнал клинических исследований . 111 (10): 1444–51. дои : 10.1172/jci18533 . ПМК 155054 . ПМИД 12750391 .
- ^ Левивье, Марк; Массажист Николас; Виклер, Дэвид; Лоренцони, Хосе; Руис, Сальвадор; Девриендт, Дэниел; Дэвид, Филипп; Десмедт, Франсуаза; Саймон, Стефан; Хутт, Пол Ван; Брочи, Жак; Гольдман, Серж (1 июля 2004 г.). «Использование стереотаксических ПЭТ-изображений при дозиметрическом планировании радиохирургии опухолей головного мозга: клинический опыт и предлагаемая классификация» . Журнал ядерной медицины . 45 (7): 1146–1154. ПМИД 15235060 .
- ^ Айрас Л., Нюлунд М., Риссанен Э. (март 2018 г.). «Оценка активации микроглии у пациентов с рассеянным склерозом с помощью позитронно-эмиссионной томографии» . Границы в неврологии . 9 : 181. дои : 10.3389/fneur.2018.00181 . ПМК 5879102 . ПМИД 29632509 .
- ^ Мало-Пион С., Ламберт Р., Декари Х.К., Терпин С. (февраль 2018 г.). «Визуализация приобретенного демиелинизирующего синдрома с помощью ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ». Клиническая ядерная медицина . 43 (2): 103–105. дои : 10.1097/RLU.0000000000001916 . ПМИД 29215409 .
- ^ Насу, Сэйджи; Хата, Такаши; Накадзима, Тору, Ютака (май 2002 г.). 18 ПЭТ F-ФДГ при остром ишемическом инсульте: оценка гипернакопления вокруг очага поражения». Kaku Igaku . 39 (2): 103–110 OCLC 111541783. . PMID 12058418 . НАИД 10025136171 .
- ^ Дердейн, Колин П.; Виден, Том О.; Симмонс, Николас Р.; Юндт, Кент Д.; Фрич, Сюзанна М.; Грабб, Роберт Л.; Пауэрс, Уильям Дж. (август 1999 г.). «Метод ПЭТ на основе подсчета для прогнозирования ишемического инсульта у пациентов с симптоматической окклюзией сонной артерии». Радиология . 212 (2): 499–506. doi : 10.1148/radiology.212.2.r99au27499 . ПМИД 10429709 .
- ^ Прочтите, С.Дж.; Хирано, Т.; Эбботт, DF; Сачинидис, Дж.И.; Точон-Данги, HJ; Чан, Дж.Г.; Иган, ГФ; Скотт, AM; Бладин, CF; Маккей, WJ; Доннан, Джорджия (1 декабря 1998 г.). «Идентификация гипоксической ткани после острого ишемического инсульта с использованием ПЭТ и 18F-фтормисонидазола». Неврология . 51 (6): 1617–1621. дои : 10.1212/WNL.51.6.1617 . ПМИД 9855512 . S2CID 34075 .
- ^ Агдеппа Э.Д., Кепе В., Лю Дж., Флорес-Торрес С., Сатьямурти Н., Петрич А. и др. (декабрь 2001 г.). «Характеристики связывания радиофторированных производных 6-диалкиламино-2-нафтилэтилидена в качестве зондов для визуализации позитронно-эмиссионной томографии для бета-амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера» . Журнал неврологии . 21 (24): RC189. doi : 10.1523/JNEUROSCI.21-24-j0004.2001 . ПМК 6763047 . ПМИД 11734604 .
- ^ Матис К.А., Бачкай Б.Дж., Кайдаш С.Т., Маклеллан М.Е., Фрош М.П., Хайман Б.Т. и др. (февраль 2002 г.). «Липофильное производное тиофлавина-Т для визуализации амилоида в головном мозге с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ)». Письма по биоорганической и медицинской химии . 12 (3): 295–8. дои : 10.1016/S0960-894X(01)00734-X . ПМИД 11814781 .
- ^ Куль, Делавэр; Кеппе, РА; Миношима, С.; Снайдер, SE; Фикаро, EP; Фостер, Нидерланды; Фрей, штат Калифорния; Килборн, MR (1 марта 1999 г.). «Картирование активности церебральной ацетилхолинэстеразы in vivo при старении и болезни Альцгеймера». Неврология . 52 (4): 691–699. дои : 10.1212/wnl.52.4.691 . ПМИД 10078712 . S2CID 11057426 .
- ^ Колата, Джина (24 июня 2010 г.). «Обещание обнаружить болезнь Альцгеймера» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Катана, Чиприан (2019). «Разработка специализированных устройств для ПЭТ-визуализации головного мозга: последние достижения и перспективы на будущее» . Журнал ядерной медицины . 60 (8): 1044–1052. дои : 10.2967/jnumed.118.217901 . ПМК 6681695 . ПМИД 31028166 .
- ^ Селин Д., Сювенен С. (декабрь 2019 г.). «Сконструированные антитела: новые возможности для ПЭТ головного мозга?» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 46 (13): 2848–2858. дои : 10.1007/s00259-019-04426-0 . ПМК 6879437 . ПМИД 31342134 .
