Tomografia a emissione di positroni

La tomografia a emissione di positroni (PET) è un metodo per studiare l'attività metabolica e funzionale dei tessuti corporei in vivo. Il metodo si basa sul fenomeno dell'emissione di positroni osservato in un radiofarmaco introdotto nell'organismo durante la sua distribuzione e accumulo in vari organi. In neurologia, il principale campo di applicazione del metodo è lo studio del metabolismo cerebrale in diverse patologie. Alterazioni nell'accumulo di nuclidi in qualsiasi area del cervello suggeriscono una violazione dell'attività neuronale.

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Indicazioni per la tomografia a emissione di positroni

Le indicazioni per la tomografia a emissione di positroni includono il test per la letargia miocardica nei pazienti sottoposti a bypass aorto-coronarico o trapianto cardiaco e la distinzione tra metastasi da necrosi e fibrosi nei linfonodi ingrossati nei pazienti oncologici. La PET viene utilizzata anche per valutare i noduli polmonari e determinarne l'attività metabolica, nonché per diagnosticare il cancro al polmone, il cancro al collo, il linfoma e il melanoma. La TC può essere combinata con la tomografia a emissione di positroni per correlare i dati morfologici e funzionali.

Preparazione per la tomografia a emissione di positroni

La PET viene eseguita a stomaco vuoto (l'ultimo pasto è previsto 4-6 ore prima dell'esame). La durata dell'esame varia dai 30 ai 75 minuti, a seconda dell'entità della procedura. Durante i 30-40 minuti necessari all'introduzione del farmaco somministrato nei processi metabolici dell'organismo, i pazienti devono essere in condizioni che riducano al minimo la possibilità di attività motoria, linguistica ed emotiva, al fine di ridurre la probabilità di risultati falsi positivi. A tal fine, il paziente viene posizionato in una stanza separata con pareti insonorizzate; il paziente è sdraiato con gli occhi chiusi.

Metodi alternativi

Altri metodi di neuroimaging funzionale, come la spettroscopia a risonanza magnetica, la TC a emissione di fotoni singoli, la perfusione e la risonanza magnetica funzionale, possono servire in una certa misura come alternativa alla PET.

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Tomografia a emissione di fotone singolo

Un'opzione meno costosa per l'esame radioisotopico della struttura intravitale del cervello è la tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo.

Questo metodo si basa sulla registrazione della radiazione quantistica emessa da isotopi radioattivi. A differenza del metodo PET, la tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli utilizza elementi che non partecipano al metabolismo (Tc99, TI-01) e, con l'ausilio di una telecamera y che ruota attorno all'oggetto, vengono registrati quanti singoli (fotoni) anziché coppie.

Una delle varianti del metodo di tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo è la visualizzazione del flusso ematico cerebrale locale. Al paziente viene inalata una miscela gassosa contenente xeno-133, che si dissolve nel sangue, e con l'ausilio dell'analisi computerizzata viene costruita un'immagine tridimensionale della distribuzione delle sorgenti di emissione di fotoni nel cervello con una risoluzione spaziale di circa 1,5 cm. Questo metodo viene utilizzato, in particolare, per studiare le caratteristiche del flusso ematico cerebrale locale nelle malattie cerebrovascolari e in vari tipi di demenza.

Valutazione dei risultati

La valutazione PET viene eseguita utilizzando metodi visivi e semiquantitativi. La valutazione visiva dei dati PET viene eseguita utilizzando sia il bianco e nero che diverse scale di colori, consentendo di determinare l'intensità dell'accumulo di radiofarmaci in varie parti del cervello, identificare focolai di metabolismo patologico e valutarne localizzazione, contorni e dimensioni.

In un'analisi semiquantitativa si calcola il rapporto di accumulo del radiofarmaco tra due aree di uguali dimensioni, una delle quali corrisponde alla parte più attiva del processo patologico e l'altra all'area controlaterale invariata del cervello.

L'utilizzo della PET in neurologia consente di risolvere i seguenti problemi:

• studiare l'attività di determinate aree del cervello quando vengono presentati vari stimoli;
• effettuare diagnosi precoci delle malattie;
• effettuare diagnosi differenziali di processi patologici con manifestazioni cliniche simili;
• predire il decorso della malattia, valutare l'efficacia della terapia.

Le principali indicazioni all'utilizzo della tecnica in neurologia sono:

• patologia cerebrovascolare;
• epilessia;
• Malattia di Alzheimer e altre forme di demenza;
• malattie degenerative del cervello (morbo di Parkinson, morbo di Huntington);
• malattie demielinizzanti;
• tumori al cervello.

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Epilessia

La PET con 18-fluorodesossiglucosio consente di rilevare focolai epilettogeni, soprattutto nelle forme focali di epilessia, e di valutare i disturbi metabolici in tali focolai. Nel periodo interictale, la zona del focolaio epilettogeno è caratterizzata da ipometabolismo del glucosio e l'area di metabolismo ridotto in alcuni casi supera significativamente le dimensioni del focolaio stabilito utilizzando metodi di neuroimaging strutturale. Inoltre, la PET consente di rilevare focolai epilettogeni anche in assenza di alterazioni elettroencefalografiche e strutturali, potendo essere utilizzata nella diagnosi differenziale tra crisi epilettiche e non epilettiche. La sensibilità e la specificità del metodo aumentano significativamente con l'uso combinato di PET ed elettroencefalografia (EEG).

Al momento di una crisi epilettica si osserva un aumento del metabolismo regionale del glucosio nell'area del focus epilettogeno, spesso in combinazione con la soppressione in un'altra area del cervello e, dopo la crisi, si registra nuovamente un ipometabolismo, la cui gravità inizia a diminuire in modo affidabile 24 ore dopo la crisi.

La PET può essere utilizzata con successo anche per definire le indicazioni al trattamento chirurgico di diverse forme di epilessia. La valutazione preoperatoria della localizzazione dei focolai epilettici consente di scegliere la strategia terapeutica ottimale e di formulare una prognosi più oggettiva sull'esito dell'intervento proposto.

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Patologia cerebrovascolare

Nella diagnosi dell'ictus ischemico, la PET è considerata un metodo per determinare tessuto cerebrale vitale, potenzialmente recuperabile, nella zona di penombra ischemica, consentendo di specificare le indicazioni per la terapia di riperfusione (trombolisi). L'uso di ligandi del recettore centrale delle benzodiazepine, che fungono da marcatori dell'integrità neuronale, consente una distinzione piuttosto netta tra tessuto cerebrale irreversibilmente danneggiato e vitale nella zona di penombra ischemica in una fase precoce dell'ictus. È anche possibile condurre una diagnosi differenziale tra focolai ischemici recenti e pregressi in pazienti con episodi ischemici ripetuti.

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Malattia di Alzheimer e altri tipi di demenza

Nella diagnosi del morbo di Alzheimer, la sensibilità della PET varia dal 76 al 93% (media 86%), il che è confermato dai materiali di studio dell'autopsia.

La PET nella malattia di Alzheimer è caratterizzata da una pronunciata diminuzione focale del metabolismo cerebrale, principalmente nelle aree associative neocorticali della corteccia (corteccia cingolata posteriore, corteccia temporoparietale e corteccia multimodale frontale), con alterazioni più marcate nell'emisfero dominante. Allo stesso tempo, i gangli della base, il talamo, il cervelletto e la corteccia responsabile delle funzioni sensoriali e motorie primarie rimangono relativamente intatti. Il sintomo più tipico della malattia di Alzheimer è l'ipometabolismo bilaterale nelle aree temporoparietali del cervello, che negli stadi avanzati può essere associato a una diminuzione del metabolismo nella corteccia frontale.

La demenza dovuta a malattia cerebrovascolare è caratterizzata da un coinvolgimento predominante dei lobi frontali, inclusi il giro cingolato e il giro frontale superiore. I pazienti con demenza vascolare presentano inoltre tipicamente aree di metabolismo ridotto nella sostanza bianca e nella corteccia, spesso a carico del cervelletto e delle sottocorticali. La demenza frontotemporale mostra un metabolismo ridotto nella corteccia frontale, anteriore e temporale mediale. I pazienti con demenza a corpi di Lewy presentano deficit metabolici temporoparietali bilaterali simili a quelli del morbo di Alzheimer, ma spesso coinvolgono la corteccia occipitale e il cervelletto, che di solito sono intatti nel morbo di Alzheimer.

Modello di cambiamenti metabolici in varie condizioni associate alla demenza

Eziologia della demenza	Zone di disturbo metabolico
Malattia di Alzheimer	Il danno alla corteccia parietale, temporale e cingolata posteriore si verifica più precocemente, con relativo risparmio della corteccia sensomotoria primaria e visiva primaria, nonché con risparmio dello striato, del talamo e del cervelletto. Nelle fasi iniziali, il deficit è spesso asimmetrico, ma il processo degenerativo si manifesta infine bilateralmente.
Demenza vascolare	Ipometabolismo e ipoperfusione nelle aree corticali, sottocorticali e del cervelletto colpite
Demenza di tipo frontale	La corteccia frontale, la corteccia temporale anteriore e le regioni mediotemporali sono colpite per prime, con un grado di gravità del danno inizialmente più elevato rispetto alla corteccia parietale e temporale laterale, con relativa conservazione della corteccia sensomotoria e visiva primaria.
Corea di Huntington	I nuclei caudato e lenticolare vengono colpiti prima con un graduale coinvolgimento diffuso della corteccia
Demenza nel morbo di Parkinson	Caratteristiche simili alla malattia di Alzheimer, ma con un maggiore risparmio della regione mediotemporale e un minore risparmio della corteccia visiva
Demenza con corpi di Lewy	Disturbi tipici del morbo di Alzheimer, ma con minore conservazione della corteccia visiva e forse del cervelletto

L'uso della PET come predittore dello sviluppo della demenza di tipo Alzheimer, soprattutto nei pazienti con deterioramento cognitivo lieve e moderato, è promettente.

Attualmente, si sta tentando di studiare l'amiloidosi cerebrale in vivo utilizzando la PET, utilizzando speciali ligandi amiloidi, per la diagnosi preclinica di demenza in soggetti con fattori di rischio. Lo studio della gravità e della localizzazione dell'amiloidosi cerebrale consente inoltre di migliorare l'affidabilità della diagnosi nelle diverse fasi della malattia. Inoltre, l'uso della PET, soprattutto in dinamica, consente di prevedere con maggiore precisione il decorso della malattia e di valutare oggettivamente l'efficacia della terapia.

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Malattia di Parkinson

La PET con l'utilizzo del ligando specifico B18-fluorodopa consente la determinazione quantitativa del deficit di sintesi e accumulo di dopamina nei terminali striatali presinaptici nel morbo di Parkinson. La presenza di alterazioni caratteristiche consente di stabilire una diagnosi e di pianificare misure preventive e terapeutiche già nelle fasi precoci, talvolta precliniche, della malattia.

L'uso della PET consente la diagnosi differenziale del morbo di Parkinson con altre patologie il cui quadro clinico comprende sintomi extrapiramidali, come l'atrofia multisistemica.

Lo stato dei recettori della dopamina può essere valutato mediante PET con il ligando del recettore H2, _{il raclopride}. Nel morbo di Parkinson, il numero di terminali dopaminergici presinaptici e la quantità di trasportatore della dopamina nella fessura sinaptica sono ridotti, mentre in altre malattie neurodegenerative (ad esempio, atrofia multisistemica, paralisi sopranucleare progressiva e degenerazione corticobasale), il numero di recettori della dopamina nello striato è ridotto.

Inoltre, l'uso della PET consente di prevedere il decorso e la velocità di progressione della malattia, di valutare l'efficacia della terapia farmacologica e di aiutare a determinare le indicazioni per il trattamento chirurgico.

Corea di Huntington e altre ipercinesie

I risultati della PET nella corea di Huntington sono caratterizzati da una diminuzione del metabolismo del glucosio nei nuclei caudati, il che rende possibile la diagnosi preclinica della malattia in soggetti ad alto rischio di svilupparla in base ai risultati dei test del DNA.

Nella distonia torsionale, la PET con 18-fluorodesossiglucosio rivela una diminuzione del livello regionale del metabolismo del glucosio nei nuclei caudato e lentiforme, nonché nei campi di proiezione frontale del nucleo talamico mediodorsale, con un livello metabolico complessivo intatto.

Sclerosi multipla

La PET con 18-fluorodesossiglucosio nei pazienti con sclerosi multipla dimostra alterazioni diffuse del metabolismo cerebrale, inclusa la materia grigia. I disturbi metabolici quantitativi identificati possono fungere da marcatori dell'attività della malattia, oltre a riflettere i meccanismi patofisiologici dello sviluppo delle riacutizzazioni, contribuendo a predire il decorso della malattia e a valutare l'efficacia della terapia.

Tumori cerebrali

La TC o la RM consentono di ottenere informazioni affidabili sulla localizzazione e l'entità del danno tumorale al tessuto cerebrale, ma non consentono di differenziare con elevata accuratezza le lesioni benigne da quelle maligne. Inoltre, i metodi di neuroimaging strutturale non hanno una specificità sufficiente per distinguere la recidiva tumorale dalla necrosi da radiazioni. In questi casi, la PET diventa la metodica di scelta.

Oltre al 18-fluorodesossiglucosio, altri radiofarmaci vengono utilizzati per la diagnosi dei tumori cerebrali, come ^l'11- C-metionina e ^l'11 -C-tirosina. In particolare, la PET con ¹¹ -C-metionina è un metodo più sensibile per la rilevazione degli astrocitomi rispetto alla PET con 18-fluorodesossiglucosio e può essere utilizzata anche per valutare tumori di basso grado. La PET con ¹¹ -C-tirosina consente di differenziare i tumori maligni dalle lesioni cerebrali benigne. Inoltre, i tumori cerebrali altamente e scarsamente differenziati mostrano una diversa cinetica di assorbimento di questo radiofarmaco.

Attualmente, la PET è una delle tecniche diagnostiche più accurate e tecnologicamente avanzate per la diagnosi di diverse patologie del sistema nervoso. Inoltre, questo metodo può essere utilizzato per studiare il funzionamento del cervello in persone sane a scopo di ricerca scientifica.

L'utilizzo del metodo, a causa dell'insufficienza delle attrezzature e dei costi elevati, rimane estremamente limitato ed è disponibile solo nei grandi centri di ricerca, ma il potenziale della PET è piuttosto elevato. L'introduzione di una tecnica che preveda l'esecuzione simultanea di RM e PET con successiva combinazione delle immagini ottenute sembra estremamente promettente, consentendo di ottenere il massimo delle informazioni sui cambiamenti sia strutturali che funzionali in varie parti del tessuto cerebrale.

Che cos'è la tomografia a emissione di positroni?

A differenza della risonanza magnetica o della TC standard, che forniscono principalmente un'immagine anatomica di un organo, la PET valuta i cambiamenti funzionali a livello del metabolismo cellulare, che possono essere riconosciuti già nelle fasi precliniche iniziali della malattia, quando i metodi di neuroimaging strutturale non rivelano alcuna alterazione patologica.

La PET utilizza vari radiofarmaci marcati con ossigeno, carbonio, azoto e glucosio, ovvero metaboliti naturali dell'organismo, che entrano nel metabolismo insieme ai propri metaboliti endogeni. Di conseguenza, è possibile valutare i processi che avvengono a livello cellulare.

Il radiofarmaco più comunemente utilizzato nella PET è il fluorodesossiglucosio. Altri radiofarmaci comunemente utilizzati nella PET includono ^11C -metionina (MET) e ^11C -tirosina.

Il carico di radiazioni alla dose massima del farmaco somministrato corrisponde al carico di radiazioni ricevuto dal paziente durante una radiografia del torace in due proiezioni, quindi l'esame è relativamente sicuro. È controindicato per le persone affette da diabete mellito con una glicemia superiore a 6,5 mmol/l. Tra le controindicazioni rientrano anche la gravidanza e l'allattamento.