Tomografia emisyjna pojedynczych fotonów, badanie SPECT (od ang. single-photon emission computed tomography) – tomograficzna technika z dziedziny medycyny nuklearnej, która przy użyciu promieniowania gamma umożliwia tworzenie obrazu przestrzennego aktywności biologicznej dowolnego obszaru ciała pacjenta. mały|446x446px|Urządzenie SPECT z dwugłowicową gamma-kamerą
Zasady działania Metoda ta umożliwia wizualizację przepływu krwi i metabolizmu danej okolicy. Wykorzystuje się w niej radiofarmaceutyki. Są to związki chemiczne składające się z dwóch elementów – ze znacznika, który jest radioaktywnym izotopem oraz z nośnika zdolnego do osadzania się w tkankach i narządach oraz pokonywania bariery krew-mózg. Nośniki często posiadają właściwość selektywnego wiązania się z przeciwciałami komórek nowotworowych. Osadzają się w ilościach proporcjonalnych do metabolizmu.
Radiofarmaceutyk wprowadza się do krwiobiegu w bardzo niskich stężeniach (w zakresie od nano- do pikomolowych) i nakierowuje na określone miejsce. W organizmie ulega on związaniu i przechodząc przemiany nuklearne emituje promieniowanie gamma. Ilość wyemitowanego promieniowania jest zależna od poziomu akumulacji radiofarmaceutyku w danym obszarze. Promieniowanie jest mierzone bezpośrednio za pomocą zewnętrznego detektora – kamery gamma. Do uzyskania projekcji z promieniowania emitowanego z ciała pacjenta nakłada się na detektor kolimator. Jego rolą jest blokowanie fotonów padających pod innym kątem niż prosty. Obraz przestrzenny uzyskuje się poprzez umieszczenie głowicy kamery gamma na mechanicznym wysięgniku, który zapewnia ruch kamery wokół badanego obszaru pacjenta. Zbierane są obrazy z kolejnych położeń głowicy, różniących się o kilka stopni, zwykle 3 do 6. W taki sposób wykonuje się pomiary z pełnego obrotu wokół pacjenta. W zależności od badanego miejsca zabieg trwa od kilku do kilkudziesięciu minut. Proces ten można przyspieszyć poprzez zastosowanie wielogłowicowej gamma kamery. Najczęściej stosuje się kamery dwugłowicowe, umieszczone naprzeciw siebie. Dzięki temu, że mogą one dokonywać pomiarów równocześnie, wystarczy, że wysięgnik dokona tylko połowy obrotu, co przyspiesza dwukrotnie cały proces. Stosuje się również detektory trójgłowicowe obrócone względem siebie o 120 stopni, dodatkowo skracające całe badanie. Wszystkie pozyskane zdjęcia podlegają następnie obróbce komputerowej, która stosując odwrotną transformatę Radona umożliwia stworzenie trójwymiarowego obrazu badanego obszaru. Na podstawie utworzonego obrazu można określić funkcjonalność i metabolizm tego obszaru.
Wykorzystywane izotopy Aby izotopy mogły być użyte w badaniach SPECT, muszą spełniać pewne wymagania. Emitować tylko promieniowanie gamma – bez przemian promieniotwórczych alfa ani beta. Połowiczny czas rozpadu musi być wystarczająco długi, aby umożliwić przeprowadzenie badania. Energia emitowanego kwantu gamma musi być większa niż 20 keV – aby mogły przenikać ludzkie ciało. Energia emitowanego kwantu gamma musi być mniejsza niż 511 keV – aby nie dochodziło do wtórnych procesów spowodowanych oddziaływaniem kwantów na materię.
Wymagania te spełnia kilka radionuklidów, które są wykorzystywane w tym rodzaju tomografii. Najczęściej stosowanym jest metastabilny izotop Technetu – 99mTc. Charakteryzuje się on czasem połowicznego rozpadu wynoszącym T1/2 = 6,01 godzin, który jest wystarczający długi, aby móc wykonać procedurę skanowania, a zarazem na tyle krótki, aby pacjent nie musiał być narażony na przyjęcie zbyt dużej dawki podczas ekspozycji. Energia, jaka uwalnia się podczas emisji kwantu gamma jest równa 140 keV. Do tego nie towarzyszą tej emisji żadne inne przemiany promieniotwórcze. Izotop uzyskuje się z generatora radionuklidów molibdenu – 99Mo, stanowiącego produkt rozszczepienia Uranu – 245U. Molibden ma czas połowicznego rozpadu równy T1/2 = 2,78 dni, a jego produktem jest w 87,5% właśnie metastabilny izotop Technetu 99mTc. Technet jest stosowany do ustalania ilości krwi przepływającej przez mięsień sercowy i mózg. Można go podać nie tylko osobom, które już mają objawy ataku serca, ale również tym, którzy są w grupie ryzyka.
Drugim najbardziej znanym radioizotopem wykorzystywanym w obrazowaniu nuklearnym jest izotop Indu – 111In. Jego czas połowicznego rozpadu wynosi 68 godzin. Rozpada się on przy zderzeniu z elektronem, emitując fotony o energiach 173 keV oraz 247 keV. Stosuje się go do badania mięśnia sercowego oraz wykrywania gruczołów rakowych prostaty, jelita grubego i jajników. Ind dociera do nowotworów o wiele szybciej niż inne izotopy, a dodatkowo przez dłuższy czas utrzymuje się w guzie. Przyczynia się to do jaśniejszego obrazu. Główną jego wadą jest jego wysoki niespecyficzny wychwyt przez wątrobę, nerki i śledzionę. Badania związane z tym radionuklidem skupiają się na wyeliminowaniu tego problemu.
Innymi radioizotopami stosowanym w badaniach SPECT są: jod – 123I o okresie połowicznego rozpadu T1/2 = 13 dni i energii emitowanych kwantów gamma 159 keV, jod – 131I o okresie połowicznego rozpadu T1/2 = 8 dni i energii emitowanych kwantów gamma 159 keV.
Zastosowanie Efektem działania tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów jest obraz trójwymiarowy umożliwiający precyzyjną lokalizację ognisk metabolizmu, a więc badanie funkcji wewnętrznych organów. Można dzięki temu badać m.in. aktywność serca i stref mózgu.
W zależności od obszaru diagnozowanego stosuje się różne radiofarmaceutyki. Poniższa tabela przedstawia najczęściej stosowane wraz z ich zastosowaniami. RadiofarmaceutykNazwa handlowaZastosowanie99mTc-SestamibiCardiolite® perfuzja mięśnia sercowego99mTc-TetrofosminMyoviewR®99mTc-TeboroximeCardiotec®99mTc-Pentetate (DTPA)Technescan®niewydolność nerek99mTc-Bicisate (EDC)Neurolite®perfuzja mózgowa99mTc-MDPMedronate®scyntygrafia szkieletowa99mTc-DepreotideNeo Tect®zmiany w płucach99mTc- ArcitumumabCEA-Scan®rak jelita grubego111In-OxyquinolineIndium-111 oxine®scyntygrafia leukocytów111In-PentetreotideOctreoscan®guzy neuroendokrynowe111In-Imciromab pntetateMyoScint®bóle w klatce piersiowej mały|Obraz przedstawiający perfuzję mięśnia sercowego z widocznym ubytkiem gromadzenia znacznika. Jasny kolor pokazuje miejsca i intensywność gromadzenia się znacznika, natomiast ciemne jego braki – ubytki
Kardiologia W kardiologii wykonuje się badanie SPECT serca. Stosuje się je do diagnostyki choroby niedokrwiennej serca, do oceny przed zabiegami chirurgicznymi, jak i przed i po zabiegach rewaskularyzacyjnych. Jest to badanie oceniające zmiany ukrwienia serca w czasie spoczynku i podczas wysiłku lub stymulacji lekiem. Mimo że ryzyko związane z tym badaniem jest bardzo niewielkie, to ze względu na obciążający charakter badania istnieją przeciwwskazania do stosowania go przy zbyt zaawansowanej chorobie serca u pacjenta.
Badanie takie jest dwuetapowe. Pierwszym etapem jest badanie wysiłkowe – podawany jest dożylnie lek lub wykonywana jest próba wysiłkowa. Zaraz po tym podawany jest znacznik izotopowy (99mTc-MIBI) gromadzący się w mięśniu sercowym w zależności od jego ukrwienia. Następnie po około dwóch godzinach wykonuje się pomiar przy użyciu kamery gamma. W przypadku, gdy wyniki tego badania są nieprawidłowe (występują ubytki w gromadzeniu się znacznika), wykonuje się drugi etap – badanie spoczynkowe. Wykonuje się je po upływie tygodnia bez leku ani próby wysiłkowej.
Dzięki temu badaniu, uwidoczniającemu perfuzję mięśnia sercowego w spoczynku i podczas wysiłku fizycznego lub farmakologicznego, ocenia się rezerwę wieńcową. Jeżeli podczas badania wysiłkowego wystąpi ubytek gromadzenia znacznika, który nie występuje w badaniu spoczynkowym, mówi to o ubytku przejściowym, czyli niedokrwieniu. Natomiast jeżeli następuje on w obu badaniach, świadczy to o ubytku trwałym, czyli bliźnie. Prawidłowe wyniki tego badania nie dają pewności braku choroby, z kolei nieprawidłowe są wskazaniem do wykonania bardziej szczegółowych badań, takich jak np. koronarografia.
Onkologia Wykorzystanie tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów do diagnozy onkologicznej przyczynił się do znaczącej poprawy jakości obrazowania w stosunku do wcześniej wykorzystywanych metod medycyny nuklearnej. W onkologii stosuje się radioznaczniki onkofilne. Mają one powinowactwo do tkanek nowotworu – to znaczy, że osadzają się w komórkach nowotworowych. Dzieli się je na nieswoiste, które mają powinowactwo do wszystkich komórek nowotworowych, niezależnie od ich rodzaju, oraz na swoiste – mają one powinowactwo tylko do danego rodzaju nowotworu. Przejście od znaczników niespecyficznych do znaczników specyficznych przyczyniło się do zwiększenia dokładności diagnoz.
Najczęściej wykonywanym badaniem jest scyntygrafia kośćca. Wykonuje się ją w ramach poszukiwania przerzutów kostnych innych nowotworów, zwłaszcza podczas bólów kostnych u pacjentów chorych na raka piersi, gruczołu krokowego i płuca, gdyż są oni w grupie podwyższonego ryzyka.
Tabela przedstawia stosowane znaczniki onkofilowe w diagnozie guzów złośliwych. RadiofarmaceutykNowotwór99mTc-tetrofosmina, cytrynian galu 67Ga, 201TlChłoniaki złośliwe123J-IBZMCzerniak złośliwy123J-MIBG, 131J-MIBGGuz chromochłonny, nadnerczy, nerwiak zarodkowy201Tl, 99mTc-MIBI/tetrofosminaGuzy mózgu201Tl, 99mTc-MIBI/tetrofosminaGuzy płuc111In-antymiozynaMięsak mięśni poprzecznie prązkowanych111In-przeciwciała monoklonalne przeciwko antygenowi CEA 99mTc-przeciwciała monoklonalne przeciwko antygenowi PR1A3Rak jelita grubego111In-CYT-353, 99mTc-przeciwciała monoklonalne przeciwko antygenowi PSARak gruczołu krokowego111In-VIPRak trzustki mały|397x397px|Obraz perfuzji mózgowej wykonany metodą SPECT, przedstawiający aktywność metaboliczną wszystkich obszaru mózgu
Neurologia Badania SPECT znalazły szerokie zastosowanie w neurologii. Stosuje się je do badania przepływu mózgowego krwi, guzów mózgu i rozmieszczenia receptorów (opiatowych, benzodiazepinowych, muskarynowych i dopaminowych). Wykorzystuje się do tego dwa radiofarmaceutyki 99mTc-HMPAO i 99mTc-ECD. Pierwszy stosowany jest do badania zmian zachodzących w dużych i średnich naczyniach mózgowych, a drugi do badania przepływu miąższowego.
Jeżeli znacznik w jakimś miejscu nie gromadzi się lub gromadzi w widocznie mniejszym stopniu, oznacza to niedokrwienie ośrodkowego układu nerwowego. Istnieją dwie metody analizy danych uzyskanych w wyniku tego badania. Analiza jakościowa, która polega na ocenie rozmieszczeniu radiofarmaceutyka w tkance mózgu oraz analiza półilościowa, która polega na ocenie międzypółkulowej lub wewnątrzpółkulowej asymetrii perfuzji.
SPECT umożliwia dostrzeżenie ognisk niedokrwiennych zaraz po zablokowaniu naczynia, w niepełnej martwicy neuronalnej oraz niedokrwienia względnego, co byłoby niemożliwe przy wykorzystaniu innych metod obrazowania medycyny nuklearnej.
Dzięki temu badaniu można rozpoznać schorzenia, które charakteryzują się zmianami w przepływie krwi, takie jak: udar mózgu, stany otępienne w otępieniu naczyniowym, czołowo-skroniowym i chorobie Alzheimera, ogniska padaczkowe, uszkodzenia tkanki mózgowej w urazach czaszkowo-mózgowych, zwężenie tętnicy szyjnej.
Zaburzenia psychiczne Badania SPECT znajdują zastosowanie również w psychiatrii. Dzięki temu, że umożliwiają badanie funkcji mózgowych poprzez przepływ mózgowy krwi, można wykryć wiele zaburzeń psychicznych. Zdjęcia uzyskane w ramach tego badania w ramach analizy porównuje się z obrazami przedstawiającymi znane przypadki chorób i zaburzeń, co pozwala na dostrzeżenie podobieństw zachodzących procesów biologicznych. W ten sposób można wykryć zaburzenia już we wczesnych fazach ich występowania.
Pozwalają na wykrywanie m.in. chorób naczyń mózgowych, demencji (nawet we wczesnych fazach), stanów zapalnych (pozwalających na wykrycie zapalenia mózgu czy encefalopatii związanej z zakażeniem wirusem HIV), zaburzeń ruchu, depresji, schizofrenii, niestabilności emocjonalnej, problemów z pamięcią, zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD), dysleksji.