Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i tomografia emisyjna pojedynczego fotonu (SPECT) – już same nazwy brzmią tajemniczo, skomplikowanie i nieco przerażająco. W rzeczywistości jednak za tymi trudnym do zapamiętania pojęciami kryją się badania, które, choć znane od niedawna, uratowały życie milionom pacjentów.
Jest rok 1952, zaledwie 18 lat po tym, jak Irenie i Fredericowi Joliot-Curie udaje się po raz pierwszy wytworzyć sztucznie produkowane radionuklidy. Hal Anger, zaledwie 32-letni inżynier i biofizyk z uniwersytetu w Berkeley, wraz z kolegami buduje pierwszą na świecie gammakamerę (zwaną także kamerą Angera), czyli urządzenie potrafiące zarejestrować promieniowanie. Tym wynalazkiem (który swoją drogą nadal jest wykorzystywany w prawie niezmienionym kształcie) zapoczątkowuje całą serię kolejnych odkryć.
Dziesięć lat później, w 1963 roku, David Kuhl, świeżo upieczony lekarz zafascynowany medycyną nuklearną, wraz ze swoim przyjacielem, inżynierem Royem Edwardsem, przestawiają światu swoje pierwsze dzieło, efekt kilku lat przygotowań i ciężkiej pracy: pierwszy na świecie aparat do tak zwanej tomografii emisyjnej, którego nazywają Mark II. W kolejnych latach powstają dokładniejsze teorie i modele matematyczne, przeprowadzane są liczne badania i budowane coraz to doskonalsze maszyny. W końcu, w 1976 roku, korzystając z doświadczeń Kuhla i Edwardsa, John Keyes tworzy pierwszy aparat do badań SPECT.
Historia powstania aparatu PET także zaczyna się w latach 50. ubiegłego wieku. W 1953 roku Gordon Brownell z Massachusetts Institute of Technology konstruuje urządzenie będące prekursorem dzisiejszego aparatu PET, którym, wraz z neurochirurgiem Williamem H. Sweetem, udaje się diagnozować guzy mózgu. Po tym wynalazku kolejne osiągnięcia były już tylko kwestią czasu. Aparat dający dobrej jakości obrazy, zbliżony do tych stosowanych obecnie, powstał po nieco ponad dwudziestu latach. Ale choć metoda PET znana jest powszechnie na świecie od lat siedemdziesiątych – osiemdziesiątych XX wieku, to w Polsce na pierwsze urządzenie przyszło nam czekać aż do... 2003 roku.
Badanie
Zasadę działania zarówno SPECT, jak i PET można przybliżyć do zasady działania tomografu komputerowego. Z tą tylko różnicą, że nie mamy do czynienia z zewnętrznym źródłem promieniowania – jest ono emitowane... wprost z obrazowanego pacjenta!
W obu przypadkach przed badaniem jest mu podawana odpowiednio dobrana substancja znakowana izotopem promieniotwórczym (w zależności od stosowanej techniki i obrazu, jaki chcemy uzyskać). Następnie, po otrzymaniu swojej dawki radionuklidu, pacjent kładzie się na specjalnych noszach, które są wsuwane do aparatu, również z wyglądu przypominającego zwykły tomograf. Rozpoczyna się badanie.
PET
W przypadku metody PET, która bardzo często jest używana do wykrywania miejsc zmienionych nowotworowo, najczęściej podawaną pacjentowi substancją jest deoksyglukoza. Jak się bowiem okazuje, komórki rakowe mają silnie zmieniony metabolizm i czerpią swoją energię niemal wyłącznie z reakcji glikolizy (rozpadu glukozy). Dlatego też to właśnie w nich (nie licząc na przykład mózgu, który sam w sobie ma zawsze duże zapotrzebowanie na glukozę) będzie się gromadził izotop, którego rozpad zarejestruje urządzenie.
Metoda też wymaga zastosowania ściśle określonego radionuklidu. Musi być to taki pierwiastek, który rozpadając się, wydziela pozytony, czyli elektrony o dodatnim ładunku. Tak wyemitowane cząsteczki po przebyciu pewnej drogi (około 1 milimetra) zderzają się ze zwykłymi elektronami. Spotkanie to kończy się ich anihilacją i wyemitowaniem dwóch fotonów poruszających w różnych kierunkach (prostopadłych względem siebie), ale mających jednakową energię. I właśnie pojawienie się tych dwóch fotonów jest rejestrowane w pierścieniu specjalnych detektorów promieniowania, rozmieszczonych w okrągłym gantry urządzenia. Jeśli w krótkim odstępie czasu dwa położone odpowiednio względem siebie detektory zanotują pojawienie się sygnału – oznacza to, że pochodzi on z tego samego źródła. Jest wtedy przekształcany na odpowiedni impuls elektryczny i za pomocą algorytmów rekonstrukcyjnych, podobnych do tych stosowanych w tomografii komputerowej, uzyskuje się obraz.
SPECT
W metodzie SPECT nie wykorzystuje się już anihilacji pozytonów, lecz bezpośrednią aktywność promieniotwórczych pierwiastków. Podany pacjentowi izotop rozpada się i emituje promieniowanie gamma, które po przejściu przez napotykane po drodze tkanki ulega tłumieniu. To osłabione promieniowanie jest wychwytywane pod różnymi kątami za pomocą gammakamery. Zebranie danych z różnych kątów wiąże się oczywiście z obrotem kamery wokół pacjenta (w pierwszych systemach SPECT to pacjent był obracany nawet o 360 stopni względem kamery).
Kiedy już promieniowanie zostaje zarejestrowane, rozpoczyna się proces rekonstrukcji obrazu. Odbywa się to tak, jak w przypadku PET – za pomocą odpowiednich algorytmów komputerowych.
Niebezpieczne promieniowanie?
Ale skoro badana osoba „promieniuje”, to czy nie jest niebezpieczna dla innych? Oczywiście promieniowanie jest na tyle silne, by umożliwiło rejestrację obrazu. Jednakże dla bezpieczeństwa zarówno pacjenta, jak i jego otoczenia stosuje się radionuklidy o specjalnie dobranym czasie połowicznego zaniku (na tyle krótkim, by badanie nie trwało godzinami, ale jednocześnie na tyle długim, by można było zdążyć je wykonać). Czas połowicznego zaniku jest to czas, po którym ilość pierwotnego pierwiastka na skutek jego rozpadu zmniejszy się o połowę. W przypadku izotopów stosowanych w diagnostyce nuklearnej zwykle liczy on około godziny, więc właściwie pod koniec dnia badana osoba będzie „emitowała” zaledwie szczątkowe ilości promieniowania. Z drugiej strony, konieczność użycia tego typu pierwiastków sprawia, że badanie nie należy do najtańszych. Szpital musi bowiem posiadać własny cyklotron, który będzie wytwarzał radionuklidy niezbędne do badania.
Zastosowanie
Choć uzyskane obrazy nie są bardzo dokładne (przypominają raczej „świecące” z różną intensywnością plamy), to w większości przypadków sama informacja o miejscu i stopniu zmian metabolizmu w organizmie ma dużą wartość diagnostyczną. Ponadto wyniki uzyskane technikami PET oraz SPECT bardzo często nakłada się na obrazy z tomografu komputerowego. Dzięki temu lekarz jest w stanie dokładnie zlokalizować zmianę chorobową.
Metodę PET, jak już wspomniano, stosuje się przede wszystkim w diagnostyce nowotworów. Ma ona niezwykle dużą czułość (najwyższą spośród wszystkich technik obrazowania!) – pozwala na wykrycie niemalże 90 proc. zmian, nawet tych niewielkich. Ponadto jest bardzo przydatna w badaniach mózgu (z łatwością można zlokalizować nieaktywne lub uszkodzone fragmenty tkanki), w tym u chorych na padaczkę, schizofrenię, chorobę Alzheimera czy Parkinsona, a także w badaniach aktywności serca.
Podobne zastosowania ma badanie SPECT. Stosuje się je w diagnostyce mózgu (przy padaczce, chorobach otępiennych i ocenie przepływu mózgowego) oraz serca (głównie przy podejrzeniach lub ocenie zakresu choroby niedokrwiennej).
Emilia Dominiak