뇌 양전자 방출 단층 촬영

Brain positron emission tomography
뇌 양전자 방출 단층 촬영
PET Normal brain.jpg
정상 뇌 PET 스캔
ICD-10-PCSC030

뇌 양전자 방출 단층촬영은 뇌 대사 및 뇌 전체에서 외생방사선 화학 물질의 분포를 측정하는 양전자 방출 단층촬영(PET)의 일종이다. PET는 혈류로 주입된 신진대사 활성 화학물질의 방출량을 측정한다. 뇌 PET의 방출 데이터는 뇌 전체에 화학물질이 분포하는 다차원 영상을 생성하기 위해 컴퓨터로 처리된다.[1]: 57

과정

사용되는 양전자 방출 방사성 동위원소는 보통 사이클로트론에 의해 생산되며, 화학 물질은 이러한 방사성 원자로 표기가 되어 있다. 클리닉에서 사용되는 방사성 동위원소는 보통 18F(플루오라이드), 11C(탄소), 15O(산소)이다. 라벨이 붙은 이 화합물은 라디오트레이커 또는 방사선과라고 불리며 혈류로 주입되어 결국 혈액순환을 통해 뇌로 전달된다. PET 스캐너의 검출기는 뇌의 다양한 영역에서 화합물이 충전됨에 따라 방사능을 검출한다. 컴퓨터는 검출기에 의해 수집된 데이터를 사용하여 시간 경과 후 뇌에서 레이더의 분포를 보여주는 다차원(보통 3차원 부피측정 또는 4차원 시간변환) 영상을 만든다. 특히 유용한 것은 신경전달물질 활동의 다른 측면을 지도화하는 데 사용되는 넓은 범위의 리간드인데, 지금까지 가장 일반적으로 사용되는 PET 추적기는 불소화글루코스(18F)와 같은 포도당의 라벨이 붙은 형태였다.[2]

장단점

PET 스캐닝의 가장 큰 이점은 서로 다른 화합물이 작용하는 뇌의 조직에서 흐름과 산소, 포도당 대사를 나타낼 수 있다는 것이다. 이러한 측정은 뇌의 다양한 부위의 뇌 활동량을 반영하며 뇌가 어떻게 작용하는지 더 많이 알 수 있게 해준다. PET 스캔은 처음 사용할 수 있게 되었을 때 분해능과 완료 속도(최소 30초) 면에서 다른 모든 대사 영상 방법보다 우수했다. 향상된 분해능은 특정한 과제에 의해 활성화된 뇌의 영역에 대해 더 나은 연구를 할 수 있게 했다. PET 스캐닝의 가장 큰 단점은 방사능이 빠르게 감소하기 때문에 짧은 작업을 모니터링하는 데 국한된다는 점이다.[1]: 60 >

사용하다

도파민(DA) 신경전달과 관련된 다양한 단백질과 뇌 기능에 대한 만성 약물 노출의 영향을 보여주는 PET(축소절)로 획득한 영상(뇌 포도당 신진대사에 의해 평가됨). 어떤 효과는 많은 약물 남용에 흔하지만, 다른 약들은 더 구체적이다. 여기에는 담배 흡연자의 뇌 모노아민 산화효소 B(DA 대사에 관여하는 효소)의 감소 등이 포함된다. 무지개 눈금은 PET 영상을 코디하기 위해 사용되었으며, 래디오트라커 농도는 높은 농도부터 낮은 농도까지 빨간색 > 노란색 > 녹색 > 파랑으로 표시된다.[3]

기능성 자기공명영상(fMRI) 사용이 보편화되기 전에는 PET 스캐닝이 선호되는 기능적(구조적) 뇌 이미징 방식이었으며 지금도 신경과학에 큰 기여를 하고 있다. PET 스캐닝은 또한 PET 유도 입체 수술과 뇌내 종양, 동맥 기형 및 기타 외과 치료 가능한 조건의 치료를 위한 방사선 수술에도 유용하다.[4]

PET 스캔은 뇌질환 진단에도 사용되는데, 특히 뇌종양, 뇌졸중, 뉴런던드 발생성 질환(알츠하이머병, 파킨슨병 등)이 모두 뇌대사에 큰 변화를 일으키며, 이는 결국 PET 스캔에서 감지 가능한 변화를 일으키기 때문이다. PET는 초기 손상이 너무 확산되어 뇌 부피와 총구조의 차이가 너무 적어 CT와 표준 MRI 영상을 "정상" 범위와 신뢰성 있게 구별할 수 있을 정도로 변경하지 못하는 특정 치매(알츠하이머병과 픽스병)의 초기 사례에서 가장 유용할 것이다. 노화와 함께 발생하는 피질 위축증은 임상적 치매를 유발하지 않는다.

PET는 다발성 경화증 및 기타 후천성 탈염증후군에도 활발히 이용되고 있으나, 주로 진단 대신 병원생식에 대한 연구에 이용되고 있다. 그들은 미세 광학 활동을 위해 특정한 방사선을 사용한다. 현재 18kDa translocator 단백질(TSPO)이 널리 사용되고 있다.[5] 또한 결합된 PET-CT가 수행되기도 한다.[6]

추적기 유형

산소-15를 이용한 PET 영상촬영은 뇌로 가는 혈류를 간접적으로 측정한다. 이 방법에서 증가된 방사능 신호는 혈류량이 증가했음을 의미하며 이는 뇌 활동 증가와 관련이 있다고 가정된다. O-15는 2분 반 수명으로 인해 의료용 사이클로트론으로부터 직접 파이프를 연결해야 하는데, 이는 어렵다.

18F-FDG를 이용한 PET 영상촬영은 뇌가 보통 포도당을 빠르게 이용한다는 점을 활용한다. 뇌의 표준 18F-FDG PET는 국소 포도당 사용을 측정하며 신경병리학적 진단에 사용할 수 있다.

  • 예:알츠하이머병과 같은 뇌 병리학은 포도당과 산소의 뇌 대사를 크게 감소시킨다. 따라서 뇌의 18F-FDG PET는 알츠하이머병을 다른 치매 과정과 성공적으로 구별하고 알츠하이머병의 조기 진단에도 사용될 수 있다. 이러한 용도로 18F-FDG PET의 이점은 훨씬 더 넓은 가용성에 있다. 알츠하이머병에 사용되는 방사성 트레이서로는 플로베타피르 18F, 플루테타몰 F18, PiB, 플로베타벤 18F 등이 있는데, 모두 뇌의 아밀로이드-베타 플라크(알츠하이머의 잠재적인 바이오마커)를 검출하는 데 사용된다.
  • 예: FDG를 사용한 PET 영상촬영을 발작 포커스의 국산화에도 사용할 수 있다. 발작 포커스는 인터렉탈 스캔 중에 시상하부(hypertal scan)로 나타날 것이다. 몇몇 radiotracers(즉 radioligands)PET도파민 D2/D3 수용체에[11C]raclopride,[18F]fallypride과[18F]desmethoxyfallypride,[11C]McN 5652과[11C]사단 항공 지원 대대 세로토닌 대형,[18F]Mefway 세로토닌 5HT1A 수용체에,[18F]Nifene nicot에 같은 특정한 neuroreceptor가지로서 ligands으로 개발되어 왔다.inic acetylch올라인 수용체 또는 효소 기질(예: AADC 효소의 경우 6-FDOPA) 이러한 작용제는 신경정신과와 신경질환의 다원적 맥락에서 신경수용체 풀의 시각화를 허용한다.
  • 예: 18F-FDG를 사용한 PET 영상을 사용하여 급성 허혈성 뇌졸중 포도당 대사를 추정할 수 있다.[7] 허혈성 뇌졸중에 사용되는 일부 흔적은 산소-15 라벨 물, 18[F]FMISO이다.[8][9]

인간의 뇌에서 신경아그리게이트의 비침습적 생체내 PET 이미징을 위한 많은 새로운 탐구의 개발은 임상 사용의 문턱에 아밀로이드 이미징을 가져왔다. The earliest amyloid imaging probes included 2-(1-{6-[(2-[18F]fluoroethyl)(methyl)amino]-2-naphthyl}ethylidene)malononitrile ([18F]FDDNP)[10] developed at the University of California, Los Angeles and N-methyl-[11C]2-(4'-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole[11] (termed Pittsburgh compound B) developed at the University of Pittsburgh. 이러한 아밀로이드 영상 탐침은 알츠하이머 환자의 뇌에서 아밀로이드 판의 시각화를 가능하게 하며, 임상전문가들이 AD 사전 검사의 긍정적인 임상 진단과 새로운 아밀로이드 치료법의 개발에 도움을 줄 수 있다. [11C]PMP(N-[11C]methylpiperidin-4-yl propionate)는 아세틸콜린테라아제의 기질 역할을 하여 아세틸콜린에르그 신경전달물질 시스템의 활동을 결정하기 위해 PET 영상촬영에 사용되는 새로운 방사선 의약품이다. AD 환자에 대한 사후 검진 결과 아세틸콜린세테라아제 수치가 감소했다. [11C]PMP는 뇌의 아세틸콜린세테라제 활동을 지도화하는 데 사용되며, AD의 사전 검진을 허용하고 AD 치료 감시를 도울 수 있다.[12] Avid Radiophyproposals는 더 오래 지속되는 방사성핵종 플루오린-18을 사용하여 PET 스캔을 이용한 아밀로이드 플라크 검출에 사용하는 florbetapir라는 화합물을 개발, 상용화했다.[13]

과제들

주요 기사: 혈액-뇌 장벽 § 임상적 중요성

신경 영상촬영을 위한 새로운 PET 추적기를 개발하기 위한 한 가지 주요 과제는 이러한 추적기가 혈액-뇌 장벽을 넘어야 한다는 것이다. 일반적으로 지방 수용성인 작은 분자들이 지질 매개 수동적 확산을 통해 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있기 때문에 사용되어 왔다.

그러나, 제약업계가 치료를 위해 큰 생체 분자 쪽으로 이동함에 따라, 새로운 연구도 PET 추적기에 항체와 같은 생체 분자를 사용하는 것에 초점을 맞추고 있다. 이 새로운 대형 PET 추적기는 너무 커서 수동적으로 확산될 수 없기 때문에 BBB를 통과하는데 어려움을 가중시켰다. 따라서, 최근의 연구는 포도당, 아미노산 캐리어와 같은 운반체 매개 전달체, 인슐린이나 트랜스퍼린에 대한 수용체 매개 트랜스시토스를 포함한 내생성 전달 시스템을 이용하여 BBB를 가로질러 생체 분자를 운반하는 방법을 연구하고 있다.[14]

참조

  1. ^ a b Nilsson LG, Markowitsch HJ (1999). Cognitive Neuroscience of Memory. Seattle: Hogrefe & Huber Publishers. p. 57.
  2. ^ Vallabhajosula, Shankar (2009). Molecular imaging: radiopharmaceuticals for PET and SPECT. Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-76735-0. OCLC 437345781.[페이지 필요]
  3. ^ Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ (May 2003). "The addicted human brain: insights from imaging studies". The Journal of Clinical Investigation. 111 (10): 1444–51. doi:10.1172/jci18533. PMC 155054. PMID 12750391.
  4. ^ Levivier, Marc; Massager, Nicolas; Wikler, David; Lorenzoni, José; Ruiz, Salvador; Devriendt, Daniel; David, Philippe; Desmedt, Françoise; Simon, Stéphane; Houtte, Paul Van; Brotchi, Jacques; Goldman, Serge (1 July 2004). "Use of Stereotactic PET Images in Dosimetry Planning of Radiosurgery for Brain Tumors: Clinical Experience and Proposed Classification". Journal of Nuclear Medicine. 45 (7): 1146–1154. PMID 15235060.
  5. ^ Airas L, Nylund M, Rissanen E (March 2018). "Evaluation of Microglial Activation in Multiple Sclerosis Patients Using Positron Emission Tomography". Frontiers in Neurology. 9: 181. doi:10.3389/fneur.2018.00181. PMC 5879102. PMID 29632509.
  6. ^ Malo-Pion C, Lambert R, Décarie JC, Turpin S (February 2018). "Imaging of Acquired Demyelinating Syndrome With 18F-FDG PET/CT". Clinical Nuclear Medicine. 43 (2): 103–105. doi:10.1097/RLU.0000000000001916. PMID 29215409.
  7. ^ Nasu, Seiji; Hata, Takashi; Nakajima, Tooru; Suzuki, Yutaka (May 2002). "Evaluation of 18F-FDG PET in acute ischemic stroke: assessment of hyper accumulation around the lesion". Kaku Igaku. 39 (2): 103–110. OCLC 111541783. PMID 12058418. NAID 10025136171.
  8. ^ Derdeyn, Colin P.; Videen, Tom O.; Simmons, Nicholas R.; Yundt, Kent D.; Fritsch, Susanne M.; Grubb, Robert L.; Powers, William J. (August 1999). "Count-based PET Method for Predicting Ischemic Stroke in Patients with Symptomatic Carotid Arterial Occlusion". Radiology. 212 (2): 499–506. doi:10.1148/radiology.212.2.r99au27499. PMID 10429709.
  9. ^ Read, S. J.; Hirano, T.; Abbott, D. F.; Sachinidis, J. I.; Tochon-Danguy, H. J.; Chan, J. G.; Egan, G. F.; Scott, A. M.; Bladin, C. F.; McKay, W. J.; Donnan, G. A. (1 December 1998). "Identifying hypoxic tissue after acute ischemic stroke using PET and 18F-fluoromisonidazole". Neurology. 51 (6): 1617–1621. doi:10.1212/WNL.51.6.1617. PMID 9855512. S2CID 34075.
  10. ^ Agdeppa ED, Kepe V, Liu J, Flores-Torres S, Satyamurthy N, Petric A, et al. (December 2001). "Binding characteristics of radiofluorinated 6-dialkylamino-2-naphthylethylidene derivatives as positron emission tomography imaging probes for beta-amyloid plaques in Alzheimer's disease". The Journal of Neuroscience. 21 (24): RC189. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-24-j0004.2001. PMC 6763047. PMID 11734604.
  11. ^ Mathis CA, Bacskai BJ, Kajdasz ST, McLellan ME, Frosch MP, Hyman BT, et al. (February 2002). "A lipophilic thioflavin-T derivative for positron emission tomography (PET) imaging of amyloid in brain". Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 12 (3): 295–8. doi:10.1016/S0960-894X(01)00734-X. PMID 11814781.
  12. ^ Kuhl, D.E.; Koeppe, R.A.; Minoshima, S.; Snyder, S.E.; Ficaro, E.P.; Foster, N.L.; Frey, K.A.; Kilbourn, M.R. (1 March 1999). "In vivo mapping of cerebral acetylcholinesterase activity in aging and Alzheimer's disease". Neurology. 52 (4): 691–699. doi:10.1212/wnl.52.4.691. PMID 10078712. S2CID 11057426.
  13. ^ Kolata, Gina (24 June 2010). "Promise Seen for Detection of Alzheimer's". The New York Times.
  14. ^ Sehlin D, Syvänen S (December 2019). "Engineered antibodies: new possibilities for brain PET?". European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46 (13): 2848–2858. doi:10.1007/s00259-019-04426-0. PMC 6879437. PMID 31342134.