Obsah

Předmluva
I. Fyzikální principy detekce PET/CT
II. Indikace k PET/CT vyšetření
III. Fyziologické zobrazení
IV. Příklady klinického využití PET/CT

• kazuistika #1
• kazuistika #2
• kazuistika #3
• kazuistika #4
• kazuistika #5
• kazuistika #6

Použitá literatura

Tento výukový program představuje pro studenty pomůcku k porozumění principů a klinického významu nové zobrazovací modality - hybridní pozitronové a výpočetní tomografie (PET/CT). Pozitronová emisní tomografie (PET) je metoda, kdy po nitrožilně podaném malém množství radioaktivní látky značené pozitronovým zářičem získáme tomografické řezy různých tkání celého těla v různých rovinách. PET umožňuje detekci a následnou registraci změn metabolizmu v patologicky změněné tkáni, jedná se tedy o tzv. molekulární zobrazování.

Protože funkční změny (např. při transformaci normálních buněk v buňky nádorové) časově předcházejí změny anatomické, lze patologický proces ve tkáních zachytit pomocí PET dříve než konvenčními zobrazovacími metodami, např. výpočetní tomografií (CT) nebo magnetickou rezonancí. Při samostatném PET vyšetření by však často chyběly anatomické informace a nebyl by zřejmý vztah zobrazené patologické léze k ostatním anatomickým strukturám.

Další pokrok proto přináší propojení PET s CT, které umožňuje akvizici funkčních (PET) a anatomických (CT) dat během jednoho vyšetření. Hybridní pozitronová a výpočetní tomografie (PET/CT) tak unikátně poskytuje obrazy tkání získané současně z obou těchto modalit a v krátké době se stává nezbytnou součástí vyšetřovacího algoritmu zejména u onkologických onemocnění.

Při tvorbě tohoto výukového programu byla pozornost soustředěna na indikace této zobrazovací metody, demonstraci praktických ukázek a interpretaci výsledků. Obdobně jako v našich předchozích výukových programech je důraz kladen na názornost opírající se o množství ilustrací. Samozřejmostí je pak přesnost terminologie a její aktuálnost, aby odpovídala současnému stavu znalostí v dané oblasti.

β⁺ přeměna

Zobrazování pomocí PET je založeno na koincidenční detekci fotonů záření gama s energií 511 keV, jež jsou emitovány při přeměně pozitronových zářičů aplikovaných do organismu. Pozitronové radionuklidy se vyznačují tzv. beta-plus přeměnou, kdy se proton transformuje na neutron, pozitron (beta+) a neutrino. Pozitron nemůže v hmotném prostředí existovat trvale, na konci jejich dráhy je setkání s elektronem okolní hmoty a jejich zánik – tzv. anihilace.

Farmakokinetika fluorodeoxyglukózy (FDG)

Nejčastěji používaným radiofarmakem při PET vyšetření je 2-[18F]-fluoro-2-deoxy-D-glukóza (fluorodeogyglukóza, FDG). V buňce jsou glukóza a FDG ve vzájemné kompetici fosforylovány pomocí enzymu hexokinázy na glukózo-6-fosfát a 2-FDG-6-fosfát.

2-FDG-6-fosfát nemůže být dále metabolizován a v buňce se tedy hromadí.

Nádorové buňky mívají zmnoženy inzulín non-dependentní glukózové transportéry, zvýšenou rychlost fosforylace a sníženou hladinu glukózo-6-fosfatázy. Všechny tyto faktory působí souhlasně.

Důsledkem je výrazně zvýšená akumulace FDG v nádorových buňkách (nádorová diagnostika tvoří okolo 90% všech indikací k PET/CT vyšetření). Většina maligních nádorů vykazuje zvýšenou konzumpci glukózy a pozitivní nález při PET vyšetření
(avšak akutní zánětlivé změny rovněž vykazují zvýšenou akumulaci FDG).

Příprava pacienta

Při většině vyšetření (např. v onkologii nebo při detekci zánětu) by měl pacient minimálně 6 hodin před vyšetřením lačnit a fyziologický metabolizmus glukózy tak udržet na minimu kvůli tělovému pozadí. Měl by být dostatečně hydratován (tekutiny bez příměsi cukru). Před aplikací FDG je třeba zkontrolovat glykémii (při hyperglykémii je akumulace FDG v nádorové tkáni redukována!). Je nutné dodržet tělesný a duševní klid po dobu akumulace FDG (tj. během 60 – 90 min. po i.v. aplikaci FDG).

Odlišná je příprava při vyšetření v kardiologii (detekce viability myokardu), kdy pacient naopak není na lačno a po příchodu na oddělení je dle hladiny glykémie podáno adekvátní množství sladkého čaje. Za dalších cca 50 – 60 min se opět změří glykémie a aplikujeme FDG (event. spolu s několika jednotkami inzulinu v případě vyšší glykémie).

Snímání dat pomocí PET/CT

Fyzikální principy akvizice dat pomocí PET/CT byly detailně vysvětleny ve výukovém programu Fyzikální základy zobrazování v nukleární medicíně a radiační ochrana:

• Pozitronová emisní tomografie
• Principy PET
• Technické součásti PET
• Parametry PET kamer

Ve FN Olomouc probíhá snímání dat na PET/CT skeneru Biograph16, firmy Siemens

Jedná se o PET systém s kruhově uspořádanými lutecium oxyorthosilikátovými (LSO) krystaly, používán je 3D režim snímání. Systém je dále vybaven spirálním CT s 16 řadami detektorů (umožňuje simultánní akvizici 16 řezů).

Pozitronové radiofarmakum (FDG) i CT kontrastní látka jsou podány nitrožilně (u některých pacientů je podán i perorální CT kontrast). Během snímání leží pacient nehybně na lůžku, které se posouvá skrze detekční prstenec v gantry přístroje. Celotělové vyšetření trvá asi 16 min.- 25 min. (závisí na aplikované aktivitě FDG, výšce a hmotnosti pacienta).

Pomocí speciálního software je pak provedena fúze  obrazů získaných při PET/CT vyšetření (s pacientem v identické poloze). Takto lze na skenech přesně určit, ve které anatomické struktuře se patologické ložisko se zvýšenou metabolickou aktivitou (např. nádor) nachází.

Největší podíl ( > 90% všech vyšetření) tvoří vyšetření onkologických nemocných. PET/CT se však uplatňuje i mimo onkologii, např. při diagnostice zánětů, v kardiologii, v neurologii a v psychiatrii.

Nejvýznamnější klinické indikace FDG PET v onkologii:

• Diagnostika maligních lézí (nad 5 mm)
• Hodnocení rozsahu onemocnění: staging/re-staging
• Grading malignit
• Vyšetření nemocných s metastázami při neznámém primárním tumoru
• Lokalizace nejagresivnější části nádoru před biopsií
• Plánování radioterapie (kurativní, paliativní)
• Hodnocení reakce nádoru na léčbu (chemo, radio) – snížení stupně akumulace FDG v nádoru svědčí pro efektivní terapii

Evidence-based ověřené indikace u jednotlivých tumorů

Kromě několika výjimek (např. karcinom prostaty) dochází ke zvýšené utilizaci glukózy prakticky u všech tumorů. Uvádíme zde několik nádorových onemocnění s evidence-based medicínou ověřenými indikacemi:

1. Maligní lymfomy (Hodgkinův a non- Hodgkinův lymfom)

• iniciální staging
• restaging
• kontrola účinnosti chemoterapie, kdy již po 2. cyklu může ztráta viability nádoru způsobit normalizaci akumulace FDG

2. Kolorektální karcinom

• iniciální staging
• restaging
• monitorování chemoterapie a radioterapie

3. Bronchogenní karcinom

• dif. dg. solitárních plicních uzlů (maligní vs. benigní)
• celotělový staging

4. Karcinom pankreatu

• dif. dg. solidních a semisolidních tumorů
• dif. dg. maligních národů v terénu chronické pankreatitidy
• vyhledávání synchronních metastáz
• TNM staging

5. Karcinom prsu

• vyhledávání vzdálenách metastáz
• průkaz generalizace onemocnění
• detekce rekurence/relapsu
• monitorování chemoterapie a radioterapie

6. Karcinom štítné žlázy

• recidiva diferencovaného ca při negativním výsledku ¹³¹I-scintigrafie

7. Karcinom jícnu

• N a M staging

8. Melanoblastom

• N a M staging

9. Nádory hlavy a krku

• N a M staging

10. Primární nádor neznámé etiologie a lokalizace

Nejvýznamnější neonkologické indikace:

• zobrazení zánětů, včetně horečky neznámé etiologie
• vyšetření viability myokardu pomocí FDG
• perfuze myokardu (pomocí perfuzních pozitronových zářičů)
• diagnostika epilepsie (inter- a periiktální vyšetření)
• diagnostika demencí

Fyziologicky je FDG zvýšeně akumulována neurony a vylučuje se ledvinami do moče. Nestandardní je zobrazení myokardu -  u některých pacientů je nalačno zobrazen jen minimálně, u jiných naopak velmi výrazně.

Dále bývá vyšší akumulace FDG ve svalech, v žaludku a ve střevech, což může někdy činit problémy při odlišení nádoru. Zajímavou variantou je u některých tenzích pacientů zobrazení hnědého tuku.

Kazuistika # 1: Non-Hodgkinský lymfom

39letý pacient měl provedenu extirpaci uzliny v levé axile velikosti 3 x 2 x 2 cm. Histologické vyšetření prokázalo B-difuzní velkobuněčný lymfom bohatý na T lymfocyty. Na ultrazvuku byla zjištěna hepatosplenomegalie s ložisky v játrech a ve slezině, a dále břišní a axilární adenomegalie. Bylo indikováno PET/CT ke stážování onemocnění.

Na obr. 1A jsou na přehledných tomografických řezech v koronální rovině patrná četná patologická ložiska hyperakumulace FDG.  Na obr. 1B jsou demonstrovány vybrané CT obrazy (vlevo), PET (vpravo) a fúze PET/CT (uprostřed). Vyšetření prokázalo hypemetabolismus glukózy v paketech lymfatických uzlin v levém nadklíčku, v levé axile a podél cévních svazků, ve skeletu, v hypodenzních lézích v játrech a ve zvětšené slezině.

Pacient prodělal dva cykly chemoterapie (CHT). Po léčbě bylo PET/CT vyšetření zopakováno. Na obr. 1C je zřejmá dobrá odezva na léčbu. Dochází k úplné regresi nálezu na PET a není již zobrazeno žádné ložisko hypermetabolismu glukózy, které by svědčilo pro viabilní nádorovou tkáň. Na CT na obr. 1D je patrné, že dochází rovněž ke zmenšení sleziny a velikosti hypodenzních ložisek v játrech.

Závěr: Po dvou cyklech chemoterapie byla prokázána velmi dobrá odezva na léčbu.

Kazuistika # 2: Kolorektální karcinom

U 76leté pacientky byla provedena resekce colon descendens a sigmoidea pro karcinom a dále šesti ložisek na omentu (z toho ve čtyřech prokázány metastázy). Po operaci následovalo 8 cyklů chemoterapie.

Za 6 měsíců byla zjištěna elevace tumor markerů a na CT vyšetření se zobrazuje solitární metastáza v pravém laloku jaterním. Onkologické centrum proto indikuje PET/CT ke stanovení dalšího postupu:

1. provést operační výkon na játrech ?
2. bude mít pacientka větší prospěch ze systémové chemoterapie ?

Následně provedené PET/CT vyšetření (obr. 2A-C) prokázalo hypermetabolizmus glukózy v osmi hypodenzních ložiscích v játrech a ve zvětšené lymfatické uzlině v pravém třísle.

Závěr: Vzhledem ke generalizaci onemocnění bylo upuštěno do chirurgického výkonu na játrech a pacientka byla léčena systémovou chemoterapií. 

Kazuistika # 3: Maligní melanom

32letý pacient měl v červnu 2006 provedenu radikální excizii maligního melanomu z kůže v krajině levé lopatky. Byla navržena imunoterapie a radioterapie, kterou však pacient nepodstoupil (zvolil tzv. Brussovu dietu). V listopadu 2006 bylo nutné provést operaci pro ileus, histologicky se jednalo o meta maligního melanomu.

Následně bylo ke zjištění rozsahu postižení indikováno PET/CT (obr. 3A-C), které prokazuje mnohočetné FDG akumulující léze:

• v měkkotkáňové mase v oblasti mediastina paratracheálně vpravo s kompresí trachey
• v měkkotkáňové mase infraklavikulárně vlevo
• v ložiscích v obou plicích
• v hypodenzních ložiscích v játrech
• v mnohočetných ložiscích v podkoží a ve svalech, největší v gluteálních svalech vlevo
• v lymfatických uzlinách krku, axil, retroperitonea, pararektálně a paravezikálně
• v mnohočetných ložiscích ve skeletu páteře, pánve, sterna, žeber, obou lopatek, ve femorech a v pravém humeru.

Závěr: Jedná se o masívní generalizaci primárního tumoru ve výše uvedených lokalizacích, měkkotkáňová masa v mediastinu navíc způsobuje kompresi trachey.

Kazuistika # 4: Obrovskobuněčná temporální arteritis

77letá pacientka začala od prosince 2005 náhle z plného zdraví trpět nauzeou, zvracením, nechutenstvím a bolestmi hlavy. Váhový úbytek byl 20 kg během půl roku, sedimentace byla nad 100/hod. Měla provedenu řadu klinických a zobrazovacích vyšetření, všechna však s negativním nálezem:

• gastroskopii a kolonoskopii
• sonografii břicha
• hematologické vyšetření
• gynekologické vyšetření
• neurolologické vyšetření
• RTG lbi a CT mozku

Po půlročních stupňujících se obtížích bylo indikováno PET/CT. Po zjištění výrazné akumulace FDG ve velkých cévách (obr. 4A,B) následoval překlad na III. Interní kliniku FN Olomouc. Cílená anamnéza vedla k údaji o dominující bolesti hlavy v temporálních krajinách, kde jednoznačný palpační nález tuhých citlivých temporálních arterií. K zabránění oslepnutí byla zahájena neprodleně útočná terapie steroidy a již během hospitalizace byl zaznamenán rychlý pokles sedimentace (FW 100…7/hod). Při kontrole v revmatologické poradně III. Interní kliniku FN Olomouc po 3 měsících  bylo konstatováno, že revmatologické onemocnění je stabilizováno.

Závěr: PET/CT vyšetření pomohlo ke stanovení diagnózy obrovskobuněčné temporální arteritidy (m. Horton) s revmatickou polymyalgií a její úspěšné léčbě.

Kazuistika # 5: Hibernující myokard

64letý pacient s akutním infarktem myokardu, koronarograficky se jednalo o těsnou stenózu ramus interventricularis anterior (RIA), která byla ošetřena přímou angioplastikou. Vzhledem k průkazu akinetických segmentů bez kontraktilní rezervy na dobutaminové echokardiografii bylo zvažováno zařadit tohoto pacienta do studie zkoumající vliv intrakoronární transplantace mononukleárních buněk kostní dřeně na reparaci infarktového ložiska. K ověření viability bylo provedeno klidové EKG-synchronizované zobrazení perfuze a funkce levé komory srdeční jednofotonovou emisní tomografií (gated SPECT) po aplikaci Tc-99m-sestamibi (MIBI) a zobrazení glukózového metabolismu srdce pozitronovou emisní tomografií (F-18-FDG PET).

Na obr. 5A je na tomografických řezech MIBI SPECT/FDG PET zobrazen tzv. “perfuzně-metabolický mismatch” anteriorně a apikálně. Na obr. 5B je demonstrována kvantitativní analýza perfuze a metabolismu na polárních mapách. Perfuzní defekt zaujímá 35 % z levé komory a akumulace MIBI je pod 50% maxima, což by splňovalo kriteria pro neviabilní myokard. Akumulace FDG je však vyšší než 50 % maxima, nejedná se tedy o nevratné postižení. Snížená perfuze se zachovaným metabolismem glukózy svědčí pro tzv. hibernující, tj. viabilní myokard. 

Vzhledem k průkazu viabilního myokardu nebyl tento pacient do studie buněčné transplantace zařazen, neboť tato léčba není nutná, a lze předpokládat úpravu funkce levé komory po koronární revaskularizaci. To se potvrdilo na kontrolní gated SPECT studii za 3 měsíce po perkutánní koronární intervenci na RIA (obr. 5C - horní řádek vstupní studie, dolní řádek kontrola za 3 měsíce): je patrná úprava regionální kinetiky anteroseptálně a apikálně, ejekční frakce levé komory (EF) se zlepšila ze 47% na 52%.

Závěr: FDG PET je v současnosti považována za metodu s nejvyšší senzitivitou k detekci viability myokardu. Pomocí dobutaminové echokardiografie a MIBI SPECT by byly akinetické segmenty anteroseptálně a apikálně považovány za nevratné poškození, se znalostí FDG PET byl nález hodnocen jako hibernující myokard (což bylo potvrzeno úpravou funkce po koronární revaskularizaci).

Kazuistika # 6: Reparace infarktového ložiska intrakoronární transplantací buněk kostní dřeně

42letý muž po akutním infarktu myokardu (IM) léčeném přímou angioplastikou na ramus interventricularis anterior (RIA) byl vybrán do projektu buněčné léčby na základě přítomnosti ireverzibilního poškození srdečního svalu, které bylo patrné na dobutaminové echokardiografii a potvrdily jej radionuklidové metody (perfuzní Tc-99m-MIBI SPECT and metabolismus glukózy pomocí F-18-FDG PET.

Při vyšetření před transplantací ukazují tomografické řezy v horizontální dlouhé ose  (Obr. 6A – horní řádek) a polární mapy (Obr. 6B – horní řádek) distribuci MIBI SPECT/FDG PET. Je patrný tzv. „perfuzně-metabolickým match defekt“ anteroseptálně a apikálně s akumulací pod 50% maxima. Nález svědčí pro rozsáhlý neviabilní myokard v povodí RIA (kvantitativně 25% z levé komory). Byla splněna vstupní kritéria pro zařazení do studie a 7. den po IM byla provedena intrakoronární aplikace mononukleárních buněk kostní dřeně (1 x 10⁸ buněk).

Za 3 měsíce po transplantaci je patrná úprava perfuze a metabolismu (Obr. 6A,B – dolní řádek). Gated SPECT 3D obrazy (obr. 6C) endokardiální siluety v end-diastole (mřížka) a end-systole (barevně kódovaný pohyb v mm) demonstrují úpravu regionální funkce levé komory a zlepšení ejekční frakce (ze 45% na 49%). Dochází i ke zmenšení objemů levé komory (tj. její reverzní remodelaci): end-diastolický objem se zmenšil z 210 ml na 187 ml a end-systolický objem ze 115 ml na 96 ml.

Závěr: Zobrazovací metody (včetně FDG PET jakožto metody s nejvyšší senzitivitou k detekci viability myokardu) jsou nezbytné pro monitorování vlivu buněčné léčby na reparaci infarktového ložiska.

1. Bělohlávek O. a kol: Atlas pozitronové emisní tomografie, Lacomed, s.r.o., Praha 2003, ISBN 80-902873-8-7.
2. Hušák V, Ptáček J: Detekce záření a scintigrafie. In: Mysliveček M, kamínek M, Koranda P, Hušák V: Nukleární medicína – I. díl. Vydavatelství UP, Olomouc 2007.
3. Lin E, Alavi A. PET and PET/CT: clinical guide. New York – Stuttgart Thieme, 2005.
4. Bailey DL. et al. : Positron Emission Tomography, Basic Science. Springer, Berlin , 2005.
5. Jadvar H., Parker JA.: Clinical PET and PET/CT. Springer-Verlag London Limited, 2005.
6. Czernin J, Dahlbom M, Ratib O, Schiepers Ch. Atlas of PET/CT imaging in oncology. Springer-Verlag, Berlin – Heidelberg, 2004.
7. Phelps M. PET. Physics, Instrumentation, and Scanners. Springer, New York, 2006.
8. Di Carli MF, Lipton MJ. Cardiac PET and PET/CT imaging. Springer Science + Business Media, New York, 2007.
9. Bax JJ. FDG imaging should be considered the preferred technique for accurate assessment of myocardial viability. Eur J Nucl Med 2005;32:829-931.
10. Zaret BL, Beller GA. Clinical Nuclear Cardiology. Third Edition. Philadelphia, Elsevier Mosby, 2005, 189-212.