20 lat ulepszania funkcjonalności aparatu PET

Zastosowanie technologii PET w onkologii (początek 2000 r.) stało się impulsem do kontynuacji prac nad konstrukcją aparatu PET obejmującego całe ciało. Wprowadzono przede wszystkim nowe typy detektorów oparte na nowych materiałach scyntylacyjnych (związkach lutetu), charakteryzujących się większą czułością i rozdzielczością czasową. Możliwe było zastosowanie układów komputerowych o znacznie większych mocach obliczeniowych. Standardowo wprowadzono algorytmy do obliczenia czasu przelotu fotonów (ang. time of flight, TOF) w celu zapewnienia wyższej jakości obrazu. Osiągnięcia te umożliwiły konstrukcję aparatu PET do jednoczesnego obrazowania rozkładu podanego radiofarmaceutyku w ciele osoby badanej w ciągu kilku sekund. To z kolei pozwalało na wykonywanie badań dynamicznych, tzn. uzyskiwanie rozkładu radiofarmaceutyku co kilka sekund po jego wstrzyknięciu.

Początkowo badanie dynamiczne PET było stosowane tylko do badań naukowych i obrazowania ciała dużych zwierząt (w warunkach typowo eksperymentalnych). Niedawno ukończono i zaprezentowano PET do skanowania całego ciała człowieka. System obejmujący 70 cm pola badania został nazwany PennPET Explorer, a wersję z 200-centymetrowym polem mianowano uExplorer. Oba systemy zostały już wykorzystane w badaniach klinicznych i zaprezentowano ich wyniki (uznane za bardzo obiecujące).

Efekty modernizacji

Podstawowymi różnicami między aparatem PET całego ciała i klasycznym aparatem PET są:

• znacznie większa wielkość pola obrazowania FOV oraz większa czułość systemu rejestracyjnego dzięki zwiększeniu liczby detektorów zbierających informacje i zwiększenie kąta bryłowego, z którego zbierane są informacje przez każdy z detektorów;
• rozwiązanie to pozwoliło na odejście od sekwencyjnego wykonywania badania PET: długość pola widzenia systemu detektorów zwiększono z 20 cm do 70, 100, 140, a nawet 200 cm;
• czułość układu detektorów uległa zwiększeniu nawet 2,5-3,5-krotnie;
• ze względu na znacznie większą liczbę detektorów, system w tym samym czasie rejestruje znacznie więcej impulsów: dla FOV długości 70 cm — 9-10 razy więcej, dla FOV 100 cm — 15-20 razy więcej, a dla FOV 200 cm — nawet 30-40 razy więcej;
• badanie ulega znacznemu skróceniu, a zarazem rozkład znacznika można obserwować w dłuższym niż dotychczas oknie czasowym;
• nowe rozwiązanie pozwala na: zmniejszenie dawki pochłoniętej, zwiększenie przepustowości pracowni, a zarazem zwiększenie liczby badanych pacjentów.

Badanie dynamiczne PET pozwala na uzyskanie danych, które umożliwiają zastosowanie wzoru Patlaka, w celu poznania bezwzględnych wartości charakteryzujących procesy metaboliczne: można otrzymać np. wartości zużycia glukozy przez zmiany chorobowe w mg/100 g/min (zamiast w wartościach względnych; ang. standardized uptake value, SUV).

Oprócz zalet, system ma też istotną wadę w postaci wysokiego kosztu zakupu (2,8-7,7-krotności ceny klasycznego PET-CT), generowanego przez nowoczesną technologię i wykorzystywane materiały. Zmniejszenie kosztów produkcji jest jednak możliwe poprzez użycie technologii zastępczych. Można na przykład wykorzystać sieci neuronowe do uczenia maszynowego (w celu zmniejszenia wpływu małej ilości danych na jakość badania).

Obrazowanie wieloparametryczne

Śledząc te doniesienia, można pokusić się o stwierdzenie, iż tak daleko idące rozwiązania w diagnostyce molekularnej zmienią dotychczasowe algorytmy kliniczne. Zmiany te na pewno będą miały korzystny wpływ na efektywniejszą opiekę zdrowotną.

O znaczeniu tej nowej techniki obrazowania najlepiej świadczy wypowiedź prof. R. Badawiego podczas Kongresu Amerykańskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej w 2020 r.: „Dynamiczne obrazowanie całego ciała i modelowanie kinetyczne, możliwe dzięki PET całego ciała, mogą zmienić medycynę nuklearną w metodę obrazowania wieloparametrycznego, w której wiele różnych aspektów zachowania tkanek można oceniać w tych samych warunkach klinicznych (podobnie jak informacje uzyskane w badaniu MRI na podstawie różnych sekwencji). Technika parametrycznego obrazowania całego ciała nie ogranicza się do [F-18 FDG], ma zastosowanie do wszystkich radioznaczników. Nie ogranicza się również do raka, ale może być szeroko stosowana do oceny ciężkości choroby i interakcji narządowych w wielu innych schorzeniach ogólnoustrojowych. Spodziewamy się jej głębokiego wpływu w dziedzinie medycyny nuklearnej i obrazowania molekularnego”.

Źródło: Vandenberghe S., et al.: EJNMMI Physics 2020; 7: 35.