برش نگاری مغز با گسیل پوزیترون

برش نگاری مغز با گسیل پوزیترون یک شکل از برش نگاری با گسیل پوزیترون (PET) است که برای اندازه گیری متابولیسم مغز و توزیع عوامل شیمیایی بیرونی نشان دار شده با ماده رادیواکتیو در سراسر مغز استفاده می شود. PET میزان گسیل مواد شیمیایی فعال متابولیکی نشان دار شده با ماده رادیواکتیو را که به جریان خون تزریق شده اند، اندازه گیری می کند. داده های خروجی برش نگاری مغز با گسیل پوزیترون، توسط رایانه پردازش می شود تا تصاویری چند بعدی از توزیع مواد شیمیایی در مغز تولید شود.

روند انجام 
رادیو ایزوتوپهای گسیل کننده پوزیترون معمولاً توسط سیکلوترون تولید می شوند و مواد شیمیایی، با این اتم های رادیواکتیو برچسب گذاری می شوند. رادیو ایزوتوپ های رایج مورد استفاده در کلینیک ها 18F (فلوراید) ، 11C (کربن) و 15O (اکسیژن) هستند . این ترکیب نشان دار شده که ردیاب هسته ای یا ردیاب رادیواکتیو نامیده می شود، در جریان خون تزریق شده و در نهایت از طریق گردش خون به مغز راه می یابد. شناساگرهای موجود در اسکنر PET، مقدار رادیواکتیویته را از میزان بارهای ترکیبی در مناطق مختلف مغز تشخیص می دهند. یک رایانه از داده های جمع آوری شده توسط شناساگرها برای ایجاد تصاویر چند بعدی (اغلب تصاویر 3 بعدی حجمی یا 4 بعدی متغیر با زمان) استفاده می کند که توزیع ردیاب هسته ای را در مغز نشان می دهد. در بسیاری از موارد از یک رشته گسترده از لیگاندها برای نقشه برداری از جنبه های مختلف فعالیت انتقال دهنده عصبی استفاده می شود. رایج ترین ردیاب های PET، فرم های نشان دار شده گلوکز مانند فلورودئوکسی گلوکوز (18 F) هستند.

مزایا و معایب 
بزرگترین مزیت اسکن PET این است که ترکیبات مختلف قادر هستند جریان و اکسیژن و متابولیسم گلوکز را در بافتهای مغز فعال نمایش دهند. این اندازه گیری ها، میزان فعالیت نواحی مختلف مغز را منعکس می کند و امکان کسب اطلاعات بیشتر در مورد نحوه کار مغز را فراهم می کند. زمانی که اسکن PET نخستین بار در دسترس قرار گرفت، از نظر وضوح تصویر و سرعت انجام فرایند (حدود 30 ثانیه)، به سایر روش های تصویربرداری متابولیک برتری داشت. افزایش وضوح تصویر، این امکان را فراهم کرد تا مطالعه بهتری در خصوص نواحی فعال شده مغز پس از انجام یک کار خاص صورت گیرد. بزرگترین ایراد اسکن PET محدود بودن آن به بررسی و نظارت بر فعالیت های کوتاه مدت، به دلیل سرعت بالای واپاشی هسته ای است.

کاربردها 

پیش از فراگیری استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI)، اسکن PET روش ارجح تصویربرداری کاربردی (بر خلاف ساختاری) مغز بود و هنوز هم کمک های بزرگی به علوم اعصاب می کند. اسکن PET در جراحی های استریوتاکتیک با هدایت PET، پرتو جراحی ها  برای درمان تومورهای داخل جمجمه، ناهنجاری های شریانی و سایر موارد قابل درمان با جراحی نیز مفید است. 

اسکن PET برای تشخیص بیماری های مغز نیز مورد استفاده قرار می گیرد، به خصوص به این دلیل که تومورهای مغزی، سکته های مغزی و بیماری های مرتبط با زوال عصبی (مانند بیماری آلزایمر و پارکینسون) همه باعث ایجاد تغییرات بزرگی در متابولیسم مغز می شوند که خود باعث به وجود آمدن تغییرات قابل تشخیص در اسکن PET می شود. PET احتمالاً در مراحل اولیه ابتلا به انواع خاصی از زوال عقل (مانند بیماری آلزایمر و بیماری پیک) بیشترین کاربرد را دارد. زیرا در این موارد، آسیب اولیه به شدت پراکنده است و تغییر کمی در حجم مغز و ساختار آن ایجاد می شود که برای ایجاد تغییر محسوس در تصاویر CT و MRI استاندارد کافی نیست و در نتیجه امکان تمایز افراد دچار به این بیماری ها از افراد مسنی که به آتروفی قشری دچار شده اند (که منجر به زوال عقل کلینیکی نمی شود) وجود ندارد.

PET همچنین برای ام اس، سایر سندرم های مییلین زدا و همچنین برای تحقیق در مورد پاتوژن ها استفاده می شود و در آن از رادیو لیگاندهای خاص برای فعالیت میکروگلیا کار گرفته میشود. در حال حاضر به طور گسترده ای از پروتئین انتقال دهنده 18 کیلو دالتونی (TSPO) استفاده می شود.  همچنین PET-CT ترکیبی نیز گاهی انجام می شود.

انواع ردیاب 
تصویربرداری PET با اکسیژن- 15 به طور غیر مستقیم جریان خون وارد شده به مغز را اندازه گیری می کند. در این روش، افزایش سیگنال رادیواکتیویته نشان دهنده افزایش جریان خون است که فرض می شود با افزایش فعالیت مغز رابطه دارد. به دلیل نیمه عمر 2 دقیقه ای، برای استفاده های این چنینی باید O-15 مستقیماً از یک سیکلوترون پزشکی لوله کشی شود که این کار سخت است.

تصویربرداری PET با 18F-FDG از این واقعیت بهره می برد که مغز به طور معمول یک مصرف کننده سریع گلوکز است. برش نگاری مغز با گسیل پوزیترون به وسیله 18F-FDG، استفاده از گلوکز در نواحی مختلف مغز را اندازه گیری می کند و می تواند در تشخیص های نوروپاتولوژیک مورد استفاده قرار بگیرد.

 مثال: آسیب های مغزی مانند بیماری آلزایمر، متابولیسم گلوکز و اکسیژن در مغز را به طور همزمان کاهش می دهد. بنابراین BPET با استفاده از 18F-FDG قادر است برای تمایز بیماری آلزایمر از سایر فرآیندهای زوال عقل و همچنین برای تشخیص به موقع بیماری آلزایمر به کار گرفته شود. مزیت PET با 18F-FDG در این کاربرد، دسترسی بسیار گسترده تر آن است. برخی از ردیاب های رادیواکتیو که برای آلزایمر استفاده می شوند عبارتند از: فلوربتاپیر 18F، فلوتمتامول F18 ، فلوربتابن 18F و PiB هستند که همگی برای تشخیص پلاک های آمیلوئید بتا (یک نشانگر زیستی بالقوه برای آلزایمر) در مغز استفاده می شوند.
 مثالها : از تصویربرداری PET با FDG می توان برای تشخیص محل حمله صرعی نیز استفاده کرد: محل حمله صرعی به صورت هیپومتابولیک در طی یک اسکن بین دوره ای ظاهر می شود. ردیاب های هسته ای مختلفی (به عنوان مثال رادیو لیگاندها) برای PET ساخته شده اند که لیگاند زیرگروه های خاص گیرنده عصبی مانند [11 C] راکلوپراید، [ 18 F] فالی پرواید و [ 18 F] دسمتوکسی فالیپراید برای گیرنده های D2 / D3 دوپامین، [11 C] McN 5652 است و [ 11 C] DASB برای ناقلین سروتونین، [ 18 F] Mefway برای گیرنده های سروتونین، [ 18 F] Nifene برای گیرنده های استیل کولین نیکوتینی یا لایه های آنزیمی (به عنوان مثال 6- FDOPA برای آنزیم AADC ). این عوامل امکان تجسم مکان های با گیرنده های عصبی فراوان که نشانگر کثرت بیماریهای اعصاب و روان و نورولوژیک هستند را  فراهم می کنند.

توسعه تعدادی کاوشگر جدید برای تصویربرداری PET غیرتهاجمی از تجمع عصبی در مغز انسان، تصویربرداری آمیلوئید را به آستانه استفاده بالینی آورده است. این کاوشگرهای تصویربرداری آمیلوئید امکان مشاهده پلاک های آمیلوئید در مغز بیماران آلزایمری را فراهم می کند و می تواند به پزشکان در تشخیص بالینی صحیح قبل از مرگ کمک کند و در توسعه درمان های جدید ضد آمیلوئید تأثیرگذار باشد. [ 11 C] PMP یک رادیو داروی جدید است که در تصویربرداری PET برای تعیین فعالیت سیستم انتقال دهنده عصبی استیل کولینرژیک با فعالیت به عنوان یک بستر برای استیل کولین استراز استفاده می شود. معاینه پس از مرگ بیماران، کاهش سطح استیل کولین استراز را نشان داده است. [ 11 C] PMP برای نقشه برداری از فعالیت استیل کولین استراز در مغز استفاده می شود و می تواند تشخیص های AD قبل از مرگ را فراهم کند و به نظارت بر درمان های AD کمک کند.  کمپانیAvid Radiopharmaceuticals ترکیبی به نام فلوربتاپیر تولید و تجاری کرده است که از رادیونوکلئید فلورین 18 با دوام بیشتر برای تشخیص پلاک های آمیلوئید با استفاده از اسکن PET استفاده می کند.

چالش ها 
یک چالش اصلی در زمینه تولید ردیاب های جدید PET برای تصویربرداری عصبی این است که این ردیاب ها باید از سد خونی مغزی (BBB) عبور کنند. برای این منظور، اغلب از مولکول های کوچکی که محلول در چربی هستند استفاده می شود زیرا می توانند از سد خونی مغزی به وسیله انتشار غیرفعال از طریق لیپید بگذرند.

با این حال، همزمان با حرکت داروشناسی به سمت مولکولهای زیستی بزرگ برای درمانهای مختلف، تحقیقات جدید نیز بر استفاده از مولکولهای زیستی مانند آنتی بادیها به عنوان ردیاب های PET تمرکز کرده اند. این ردیاب های جدید PET در عبور از BBB مشکل بیشتری دارند زیرا بسیار بزرگ هستند و نمی توانند به طور منفعل در سراسر آن پخش شوند. به همین دلیل، تحقیقات جدید در حال بررسی روش های انتقال مولکول های زیستی از BBB با استفاده از سیستم های حمل و نقل درون زا از جمله حمل کننده های واسطه ای مانند حامل های گلوکز و اسید آمینه و گیرنده واسطه ترانس سیتوز برای انسولین یا ترانسفرین است .

منابع 

تصویربرداری عصبی
تصویربرداری هسته‌ای پزشکی سه‌بعدی