Teranostyka, diagnostyka izotopowa dla celów immunoterapii, zastosowanie emiterów promieniowania alfa w terapii, precyzyjna diagnostyka chorób zwyrodnieniowych mózgu, dynamiczne badania PET i sztuczna inteligencja w obrazowaniu to główne trendy rozwoju medycyny nuklearnej. Odpowiadają one na aktualne wyzwania w obszarze zdrowia publicznego i są wyrazem postępu medycyny spersonalizowanej – uważa prof. Rafał Czepczyński z Katedry i Kliniki Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, członek Zarządu Głównego Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej.

 

 

Jednym z głównych kierunków rozwoju medycyny nuklearnej jest teranostyka. Słowo teranostyka powstało z połączenia słów: terapia i diagnostyka. Ten związek wyrazów ma wskazywać na bezpośrednią zależność terapii od zastosowanej diagnostyki i ich powiązanie w jednej cząsteczce chemicznej. Teranostyka dotyczy przede wszystkim onkologii. Jej filozofia polega na tym, że przy pomocy określonej substancji znakowanej radioaktywnym izotopem ocenia się rozmieszczenie komórek nowotworowych oraz jednocześnie ekspresję receptorów czyli występowanie cząsteczek białkowych na powierzchni komórek nowotworowych. W przypadku potwierdzenia w badaniu obrazowym (PET lub SPECT) obecności cząsteczek docelowych w nowotworze w kolejnym etapie podamy pacjentowi identyczny związek chemiczny jak ten diagnostyczny, tylko związany z innym izotope – tym razem emitującym promieniowanie zdolne do niszczenia komórek nowotworowych. W badaniu diagnostycznym stwierdzamy zatem najpierw sensowność zastosowania określonej terapii u danego pacjenta i w przypadku pozytywnej weryfikacji stosujemy tę właśnie terapię. 

 

Warto wiedzieć, że komórki nowotworowe to różne typy komórek, które istotnie się między sobą różnią. Nawet w przypadku jednej jednostki chorobowej, na przykład raka piersi, mogą występować różne markery molekularne, które u jednych pacjentek występują, a u innych nie – nawet w tym samym typie guza. Teranostyka wpisuje się więc w trend medycyny spersonalizowanej, według której każdemu pacjentowi dobiera się terapię indywidualnie, w odniesieniu do szczegółowych cech biologicznych danego guza (w medycynie spersonalizowanej odchodzi się od podejścia, w którym wszyscy chorzy z daną chorobą otrzymują to samo leczenie).

 

 

W obrębie guza występują nie tylko komórki nowotworowe, ale także wiele komórek tworzących mikrośrodowisko guza. Pod wpływem nowotworu właściwości tych komórek zmieniają się – bywa, że otoczenie zamiast zwalczać chorobę, wręcz „pomaga” nowotworowi w rozwoju. Na przykład komórki nazywane fibroblastami mogą powodować uodpornianie się nowotworu na własną odpowiedź obronną organizmu. W ostatnich latach do użytku wprowadzono nowoczesne leki przełamujące takie reakcje – w tym celu, aby komórki odpornościowe odzyskały swoją pierwotną funkcję i uczestniczyły w zwalczaniu choroby nowotworowej. 

 

Nowoczesna medycyna nuklearna będzie w stanie pomóc w zakwalifikowaniu pacjenta do odpowiedniego leczenia immunologicznego na takiej zasadzie, że dzięki cząsteczkom znakowanym izotopowo będziemy w stanie określić, czy dana metoda immunoterapii sprawdzi się w konkretnym przypadku – bez konieczności pobierania materiału z guza. Takie podejście ma znaczenie zwłaszcza wtedy, gdy guz nowotworowy ma wiele ognisk, jest rozsiany, występuje w niedostępnych lokalizacjach. W takich przypadkach nie trzeba pacjenta narażać na dodatkowe zabiegi pobierania tkanki. Nowe metody izotopowe będą pozwalały w sposób nieinwazyjny na ocenę, czy dana terapia, która nierzadko jest nieobojętna dla innych narządów i kosztowna, będzie w konkretnym przypadku skuteczna. Taka strategia rozszerza ponadto gamę możliwości dotarcia i unieszkodliwienia różnych typów nowotworów.

 

 

Innym kierunkiem rozwoju terapii izotopowej jest coraz częstsze wprowadzanie emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej. Jak na razie mamy do dyspozycji jedynie rad-223. Jest to izotop, który podaje się pacjentom z przerzutami raka prostaty do kości. Z alfa-emiterami wiąże się duże nadzieje, ponieważ deponują one znaczną ilość energii w tkance nowotworowej na niewielkim obszarze. Zasięg promieniowania alfa jest bardzo niewielki – jest to odległość rzędu kilkudziesięciu mikrometrów. To powoduje, że szkodliwe promieniowanie praktycznie nie dociera do zdrowych tkanek sąsiadujących z guzem. Toksyczne dla komórek promieniowanie działa zatem tylko tam, gdzie izotop został skumulowany. Można powiedzieć, że jest to jakby broń laserowa o bardzo ograniczonym zasięgu, ale o silnej energii.

 

Wprowadzenie kilka lat temu emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej zrewolucjonizowało podejście do tych związków. Przez wiele dziesięcioleci uważano, że ten rodzaj promieniowania jest zbyt niebezpieczny i nie znajdzie zastosowania w medycynie. Przykład radu-223 pokazał, że to nieprawda. Już dziś otwierają się kolejne możliwości zastosowania tych związków, takie, jak chociażby przyłączanie radioaktywnych izotopów aktynu, astatu, ołowiu czy bizmutu do cząsteczek nośnikowych, które doprowadzają je do tkanki docelowej – na przykład w guzach neuroendokrynnych czy w przerzutach raka prostaty do tkanek miękkich (a nie tylko do kości).

 

 

Innym kierunkiem związanym z rozwojem medycyny nuklearnej jest zastosowanie radiofarmaceutyków do różnicowania chorób zwyrodnieniowych mózgu. Choroby te są wyzwaniem naszych czasów. Społeczeństwa się starzeją, coraz więcej jest osób w wieku podeszłym, które cierpią na różne zaburzenia neurologiczne, poczynając od chorób otępiennych, takich jak choroba Alzheimera czy otępienie czołowo-skroniowe, poprzez chorobę Parkinsona i szereg innych rzadziej występujących zaburzeń. 

 

W terapii neurologicznej niezwykle istotne jest odpowiednie dobranie leków. Neurologia także rozwija się dynamicznie i regularnie pojawiają się w tym obszarze medycyny nowe metody farmakoterapii, dające nadzieję chorym z ciężkimi zaburzeniami. Aby jednak określona forma leczenia była skuteczna i bezpieczna, rozpoznanie danego zespołu chorobowego musi być jednoznaczne. Objawy chorób neurologicznych często są do siebie podobne i na podstawie samych dolegliwości nie zawsze możliwe jest pełne sprecyzowanie z jaką chorobą mamy do czynienia. 

 

Ponieważ nie pobieramy materiału biopsyjnego z mózgu, w diagnostyce musimy opierać się na informacji uzyskanej metodami obrazowymi i laboratoryjnymi. Do praktyki klinicznej wprowadzane są stopniowo nowe radiofarmaceutyki, które obrazują związki takie jak beta amyloid czy białko tau. Trwają prace nad radiofarmaceutykami do oznakowana alfa-synukleiny. Wykorzystanie badań PET z użyciem nowych substancji ma dać neurologowi pewność, że jego diagnoza jest właściwa i że proponowany lek przyniesie pacjentowi poprawę, a nie pojawienie się nowych dolegliwości.

 

 

Jeśli mowa o technikach obrazowania, coraz szersze zastosowanie ma w ich obrębie sztuczna inteligencja. Techniki sztucznej inteligencji mają w zamyśle pomóc w ocenianiu dużej liczby badań (co jest odpowiedzią na coraz bardziej odczuwalny niedobór lekarzy wyspecjalizowanych w metodach medycyny nuklearnej w obliczu znacznie rosnącej liczby badań do oceny). Sztuczna inteligencja mogłaby pomóc „przesiać” badania: wykryć najbardziej istotne zmiany i przekazać lekarzowi wstępną diagnozę. Na kolejnym etapie lekarz zweryfikowałby diagnozę postawioną przez system sztucznej inteligencji. Lekarz oceniający badanie będzie mógł w krótszym czasie ocenić w sposób profesjonalny większą liczbę badań. Czy sztuczna inteligencja zlikwiduje zawód specjalisty medycyny nuklearnej? Na razie z pewnością nie ma się czego obawiać.

 

Inne zastosowanie sztucznej inteligencji to optymalizacja procedury obrazowania – tak, by przy pomocy mniejszej ilości danych uzyskać wysokiej jakości obrazy. O co chodzi? Można podać pacjentowi na przykład połowę dawki związku radioaktywnego i uzyskać obraz takiej samej jakości, ponieważ sztuczna inteligencja odpowiednio wytrenowana w procesie uczenia maszynowego „podrasuje” ten obraz w taki sposób, by był czytelny dla oka oceniającego, jednocześnie robiąc to w taki sposób, by nie utracić nic z jakości obrazu (możliwe jest wręcz podniesienie jakości obrazu). 

 

Pacjent jest w takiej sytuacji eksponowany na znacznie mniejszą dawkę promieniowania. Jednocześnie dzięki sztucznej inteligencji można skracać czas rejestracji obrazu. Oznacza to, że zamiast piętnastu minut w niewygodnej pozycji pacjent może spędzić w skanerze jedynie pięć minut a uzyskany obraz będzie tak samo dobrej jakości, jak w przypadku standardowej procedury. To szansa także dla ośrodków – w ciągu godziny można przebadać większą liczbę pacjentów, więc przepustowość pracowni poprawia się. 

 

 

Total body PET pozwala na uzyskanie jednoczasowo obrazu PET całego ciała. Jest to technologia, która bazuje na ogromnej liczbie detektorów promieniowania, rozmieszczonych wewnątrz tunelu, do którego pacjent jest wprowadzany podczas badania. 

 

Klasyczne badania PET rejestruje się etapami: oddzielnie rejestruje się obraz głowy, klatki piersiowej, jamy brzusznej i tak dalej. To sprawia, że badanie trwa stosunkowo długo, a obraz na przykład miednicy powstaje w innym punkcie czasowym niż obraz głowy. W badaniu PET całego ciała w ciągu zaledwie kilku minut uzyskujemy bardzo wysokiej jakości obraz całego ciała pacjenta, wszystkich narządów, włącznie z kończynami. Taka technika oznacza skrócenie czasu badania i poprawę jakości uzyskiwanych obrazów. Detektorów jest tak wiele i są one tak czułe, że jesteśmy w stanie uzyskać znacznie więcej informacji, dzięki wykorzystaniu fotonów promieniowania gamma, które w zwykłym skanerze nie byłyby zarejestrowane. 

 

Technika total body PET daje także możliwość wykonywania badań dynamicznych. Możemy oceniać pacjenta w różnych oknach czasowych, w których znacznik radioaktywny przebywa określoną drogę. W pierwszym etapie możemy na przykład dokonać oceny przepływu krwi przez daną okolicę, a w następnym, powiedzmy po kilku minutach, ocenić rozmieszczenie komórek nowotworowych – bez podawania dodatkowej iniekcji i bez narażania pacjenta na kolejną dawkę promieniowania. Wspomnianą technikę można również wykorzystywać do badań nowych leków. Dzięki tej technice będziemy w stanie sprawdzić: w jaki sposób nowe preparaty farmakologiczne wpływają na funkcjonowanie różnych narządów, jak zmienia się metabolizm różnych tkanek, jak zmienia się przepływ krwi przez poszczególne tkanki i jak długo to oddziaływanie się utrzymuje.  Total body PET to zatem nie tylko nowinka przyspieszająca tworzenie obrazów, ale również potężne narzędzie do badań naukowych w wielu dziedzinach medycyny i fizjologii człowieka. 

 

Na koniec należy podkreślić, że  przedstawione w 2023 roku kierunki rozwoju medycyny nuklearnej to wciąż perspektywy na kolejne lata. Omówione przeze mnie metody w większości nie wyszły jeszcze poza laboratoria naukowców i poza ramy badań klinicznych w wiodących ośrodkach naukowych i nie są jak dotąd powszechnie dostępne dla naszych pacjentów.. O postępie w różnych kierunkach dyskutujemy na kongresach i sympozjach, czytamy w prasie fachowej. Doświadczenie pokazuje jednak, że nowe metody, które zrodziły się w głowach naukowców jakieś 10 lat temu, teraz, po przejściu całego cyklu badań nad ich bezpieczeństwem i skutecznością, wchodzą do praktyki klinicznej, dając nowe nadzieje chorym.

 

Teranostyka, diagnostyka izotopowa dla celów immunoterapii, zastosowanie emiterów promieniowania alfa w terapii, precyzyjna diagnostyka chorób zwyrodnieniowych mózgu, dynamiczne badania PET i sztuczna inteligencja w obrazowaniu to główne trendy rozwoju medycyny nuklearnej. Odpowiadają one na aktualne wyzwania w obszarze zdrowia publicznego i są wyrazem postępu medycyny spersonalizowanej – uważa prof. Rafał Czepczyński z Katedry i Kliniki Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, członek Zarządu Głównego Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej.

 

 

Jednym z głównych kierunków rozwoju medycyny nuklearnej jest teranostyka. Słowo teranostyka powstało z połączenia słów: terapia i diagnostyka. Ten związek wyrazów ma wskazywać na bezpośrednią zależność terapii od zastosowanej diagnostyki i ich powiązanie w jednej cząsteczce chemicznej. Teranostyka dotyczy przede wszystkim onkologii. Jej filozofia polega na tym, że przy pomocy określonej substancji znakowanej radioaktywnym izotopem ocenia się rozmieszczenie komórek nowotworowych oraz jednocześnie ekspresję receptorów czyli występowanie cząsteczek białkowych na powierzchni komórek nowotworowych. W przypadku potwierdzenia w badaniu obrazowym (PET lub SPECT) obecności cząsteczek docelowych w nowotworze w kolejnym etapie podamy pacjentowi identyczny związek chemiczny jak ten diagnostyczny, tylko związany z innym izotope – tym razem emitującym promieniowanie zdolne do niszczenia komórek nowotworowych. W badaniu diagnostycznym stwierdzamy zatem najpierw sensowność zastosowania określonej terapii u danego pacjenta i w przypadku pozytywnej weryfikacji stosujemy tę właśnie terapię. 

 

Warto wiedzieć, że komórki nowotworowe to różne typy komórek, które istotnie się między sobą różnią. Nawet w przypadku jednej jednostki chorobowej, na przykład raka piersi, mogą występować różne markery molekularne, które u jednych pacjentek występują, a u innych nie – nawet w tym samym typie guza. Teranostyka wpisuje się więc w trend medycyny spersonalizowanej, według której każdemu pacjentowi dobiera się terapię indywidualnie, w odniesieniu do szczegółowych cech biologicznych danego guza (w medycynie spersonalizowanej odchodzi się od podejścia, w którym wszyscy chorzy z daną chorobą otrzymują to samo leczenie).

 

 

W obrębie guza występują nie tylko komórki nowotworowe, ale także wiele komórek tworzących mikrośrodowisko guza. Pod wpływem nowotworu właściwości tych komórek zmieniają się – bywa, że otoczenie zamiast zwalczać chorobę, wręcz „pomaga” nowotworowi w rozwoju. Na przykład komórki nazywane fibroblastami mogą powodować uodpornianie się nowotworu na własną odpowiedź obronną organizmu. W ostatnich latach do użytku wprowadzono nowoczesne leki przełamujące takie reakcje – w tym celu, aby komórki odpornościowe odzyskały swoją pierwotną funkcję i uczestniczyły w zwalczaniu choroby nowotworowej. 

 

Nowoczesna medycyna nuklearna będzie w stanie pomóc w zakwalifikowaniu pacjenta do odpowiedniego leczenia immunologicznego na takiej zasadzie, że dzięki cząsteczkom znakowanym izotopowo będziemy w stanie określić, czy dana metoda immunoterapii sprawdzi się w konkretnym przypadku – bez konieczności pobierania materiału z guza. Takie podejście ma znaczenie zwłaszcza wtedy, gdy guz nowotworowy ma wiele ognisk, jest rozsiany, występuje w niedostępnych lokalizacjach. W takich przypadkach nie trzeba pacjenta narażać na dodatkowe zabiegi pobierania tkanki. Nowe metody izotopowe będą pozwalały w sposób nieinwazyjny na ocenę, czy dana terapia, która nierzadko jest nieobojętna dla innych narządów i kosztowna, będzie w konkretnym przypadku skuteczna. Taka strategia rozszerza ponadto gamę możliwości dotarcia i unieszkodliwienia różnych typów nowotworów.

 

 

Innym kierunkiem rozwoju terapii izotopowej jest coraz częstsze wprowadzanie emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej. Jak na razie mamy do dyspozycji jedynie rad-223. Jest to izotop, który podaje się pacjentom z przerzutami raka prostaty do kości. Z alfa-emiterami wiąże się duże nadzieje, ponieważ deponują one znaczną ilość energii w tkance nowotworowej na niewielkim obszarze. Zasięg promieniowania alfa jest bardzo niewielki – jest to odległość rzędu kilkudziesięciu mikrometrów. To powoduje, że szkodliwe promieniowanie praktycznie nie dociera do zdrowych tkanek sąsiadujących z guzem. Toksyczne dla komórek promieniowanie działa zatem tylko tam, gdzie izotop został skumulowany. Można powiedzieć, że jest to jakby broń laserowa o bardzo ograniczonym zasięgu, ale o silnej energii.

 

Wprowadzenie kilka lat temu emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej zrewolucjonizowało podejście do tych związków. Przez wiele dziesięcioleci uważano, że ten rodzaj promieniowania jest zbyt niebezpieczny i nie znajdzie zastosowania w medycynie. Przykład radu-223 pokazał, że to nieprawda. Już dziś otwierają się kolejne możliwości zastosowania tych związków, takie, jak chociażby przyłączanie radioaktywnych izotopów aktynu, astatu, ołowiu czy bizmutu do cząsteczek nośnikowych, które doprowadzają je do tkanki docelowej – na przykład w guzach neuroendokrynnych czy w przerzutach raka prostaty do tkanek miękkich (a nie tylko do kości).

 

 

Innym kierunkiem związanym z rozwojem medycyny nuklearnej jest zastosowanie radiofarmaceutyków do różnicowania chorób zwyrodnieniowych mózgu. Choroby te są wyzwaniem naszych czasów. Społeczeństwa się starzeją, coraz więcej jest osób w wieku podeszłym, które cierpią na różne zaburzenia neurologiczne, poczynając od chorób otępiennych, takich jak choroba Alzheimera czy otępienie czołowo-skroniowe, poprzez chorobę Parkinsona i szereg innych rzadziej występujących zaburzeń. 

 

W terapii neurologicznej niezwykle istotne jest odpowiednie dobranie leków. Neurologia także rozwija się dynamicznie i regularnie pojawiają się w tym obszarze medycyny nowe metody farmakoterapii, dające nadzieję chorym z ciężkimi zaburzeniami. Aby jednak określona forma leczenia była skuteczna i bezpieczna, rozpoznanie danego zespołu chorobowego musi być jednoznaczne. Objawy chorób neurologicznych często są do siebie podobne i na podstawie samych dolegliwości nie zawsze możliwe jest pełne sprecyzowanie z jaką chorobą mamy do czynienia. 

 

Ponieważ nie pobieramy materiału biopsyjnego z mózgu, w diagnostyce musimy opierać się na informacji uzyskanej metodami obrazowymi i laboratoryjnymi. Do praktyki klinicznej wprowadzane są stopniowo nowe radiofarmaceutyki, które obrazują związki takie jak beta amyloid czy białko tau. Trwają prace nad radiofarmaceutykami do oznakowana alfa-synukleiny. Wykorzystanie badań PET z użyciem nowych substancji ma dać neurologowi pewność, że jego diagnoza jest właściwa i że proponowany lek przyniesie pacjentowi poprawę, a nie pojawienie się nowych dolegliwości.

 

 

Jeśli mowa o technikach obrazowania, coraz szersze zastosowanie ma w ich obrębie sztuczna inteligencja. Techniki sztucznej inteligencji mają w zamyśle pomóc w ocenianiu dużej liczby badań (co jest odpowiedzią na coraz bardziej odczuwalny niedobór lekarzy wyspecjalizowanych w metodach medycyny nuklearnej w obliczu znacznie rosnącej liczby badań do oceny). Sztuczna inteligencja mogłaby pomóc „przesiać” badania: wykryć najbardziej istotne zmiany i przekazać lekarzowi wstępną diagnozę. Na kolejnym etapie lekarz zweryfikowałby diagnozę postawioną przez system sztucznej inteligencji. Lekarz oceniający badanie będzie mógł w krótszym czasie ocenić w sposób profesjonalny większą liczbę badań. Czy sztuczna inteligencja zlikwiduje zawód specjalisty medycyny nuklearnej? Na razie z pewnością nie ma się czego obawiać.

 

Inne zastosowanie sztucznej inteligencji to optymalizacja procedury obrazowania – tak, by przy pomocy mniejszej ilości danych uzyskać wysokiej jakości obrazy. O co chodzi? Można podać pacjentowi na przykład połowę dawki związku radioaktywnego i uzyskać obraz takiej samej jakości, ponieważ sztuczna inteligencja odpowiednio wytrenowana w procesie uczenia maszynowego „podrasuje” ten obraz w taki sposób, by był czytelny dla oka oceniającego, jednocześnie robiąc to w taki sposób, by nie utracić nic z jakości obrazu (możliwe jest wręcz podniesienie jakości obrazu). 

 

Pacjent jest w takiej sytuacji eksponowany na znacznie mniejszą dawkę promieniowania. Jednocześnie dzięki sztucznej inteligencji można skracać czas rejestracji obrazu. Oznacza to, że zamiast piętnastu minut w niewygodnej pozycji pacjent może spędzić w skanerze jedynie pięć minut a uzyskany obraz będzie tak samo dobrej jakości, jak w przypadku standardowej procedury. To szansa także dla ośrodków – w ciągu godziny można przebadać większą liczbę pacjentów, więc przepustowość pracowni poprawia się. 

 

 

Total body PET pozwala na uzyskanie jednoczasowo obrazu PET całego ciała. Jest to technologia, która bazuje na ogromnej liczbie detektorów promieniowania, rozmieszczonych wewnątrz tunelu, do którego pacjent jest wprowadzany podczas badania. 

 

Klasyczne badania PET rejestruje się etapami: oddzielnie rejestruje się obraz głowy, klatki piersiowej, jamy brzusznej i tak dalej. To sprawia, że badanie trwa stosunkowo długo, a obraz na przykład miednicy powstaje w innym punkcie czasowym niż obraz głowy. W badaniu PET całego ciała w ciągu zaledwie kilku minut uzyskujemy bardzo wysokiej jakości obraz całego ciała pacjenta, wszystkich narządów, włącznie z kończynami. Taka technika oznacza skrócenie czasu badania i poprawę jakości uzyskiwanych obrazów. Detektorów jest tak wiele i są one tak czułe, że jesteśmy w stanie uzyskać znacznie więcej informacji, dzięki wykorzystaniu fotonów promieniowania gamma, które w zwykłym skanerze nie byłyby zarejestrowane. 

 

Technika total body PET daje także możliwość wykonywania badań dynamicznych. Możemy oceniać pacjenta w różnych oknach czasowych, w których znacznik radioaktywny przebywa określoną drogę. W pierwszym etapie możemy na przykład dokonać oceny przepływu krwi przez daną okolicę, a w następnym, powiedzmy po kilku minutach, ocenić rozmieszczenie komórek nowotworowych – bez podawania dodatkowej iniekcji i bez narażania pacjenta na kolejną dawkę promieniowania. Wspomnianą technikę można również wykorzystywać do badań nowych leków. Dzięki tej technice będziemy w stanie sprawdzić: w jaki sposób nowe preparaty farmakologiczne wpływają na funkcjonowanie różnych narządów, jak zmienia się metabolizm różnych tkanek, jak zmienia się przepływ krwi przez poszczególne tkanki i jak długo to oddziaływanie się utrzymuje.  Total body PET to zatem nie tylko nowinka przyspieszająca tworzenie obrazów, ale również potężne narzędzie do badań naukowych w wielu dziedzinach medycyny i fizjologii człowieka. 

 

Na koniec należy podkreślić, że  przedstawione w 2023 roku kierunki rozwoju medycyny nuklearnej to wciąż perspektywy na kolejne lata. Omówione przeze mnie metody w większości nie wyszły jeszcze poza laboratoria naukowców i poza ramy badań klinicznych w wiodących ośrodkach naukowych i nie są jak dotąd powszechnie dostępne dla naszych pacjentów.. O postępie w różnych kierunkach dyskutujemy na kongresach i sympozjach, czytamy w prasie fachowej. Doświadczenie pokazuje jednak, że nowe metody, które zrodziły się w głowach naukowców jakieś 10 lat temu, teraz, po przejściu całego cyklu badań nad ich bezpieczeństwem i skutecznością, wchodzą do praktyki klinicznej, dając nowe nadzieje chorym.

 

W niektórych przypadkach za oporne w terapii nadciśnienie tętnicze odpowiadają hormony. Wtedy badanie laboratoryjne krwi potwierdza nadmiar danej substancji w organizmie pacjenta. Nie wiadomo jednak, czy za nadprodukcję hormonu odpowiedzialne jest lewe czy prawe nadnercze. A może nieprawidłowo pracują obydwa narządy lub hormon wydzielany jest przez guz obecny w zupełnie innej części ciała pacjenta? Jak to sprawdzić? Z pomocą przychodzą procedury medycyny nuklearnej: badanie scyntygraficzne lub PET, które pozwalają precyzyjnie zidentyfikować źródło problemu i ukierunkować leczenie.

Nadnercza to niewielkie parzyste gruczoły, występujące głęboko w jamie brzusznej. Mimo, że mierzą zaledwie kilkanaście milimetrów, pełnią bardzo istotną rolę w sterowaniu różnymi procesami zachodzącymi w organizmie. Ich funkcjonowanie wpływa między innymi na ciśnienie tętnicze krwi.

– Funkcja sterownicza nadnerczy realizowana jest poprzez produkcję hormonów istotnych dla regulacji ciśnienia tętniczego krwi. Nadnercze to narząd zbudowany z dwóch stref: rdzenia i kory. Każda z nich wydziela inne hormony; różne pod względem składu chemicznego i o innej funkcji. W przypadku powiększenia się jednej ze stref dochodzi do wzmożonego wydzielania któregoś z hormonów. Jeśli wydzielanie hormonów zachodzi w sposób niekontrolowany, jednym z objawów zaburzeń jest wzrost ciśnienia tętniczego krwi. Ten rodzaj nadciśnienia jest trudny w terapii za pomocą standardowego leczenia farmakologicznego – wyjaśnia prof. dr hab. n. med. Rafał Czepczyński z Katedry i Kliniki Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinowskiego w Poznaniu, członek Zarządu Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej.

Bywa, że badanie laboratoryjne z krwi potwierdza nadmiar danej substancji w organizmie pacjenta, nie wiadomo jednak, czy odpowiedzialne za nadprodukcję hormonu jest lewe czy prawe nadnercze. A może nieprawidłowo pracują obydwa narządy? Może się zdarzyć i tak, że określony hormon wydzielany jest przez guz obecny w zupełnie innej części ciała pacjenta. Jak to sprawdzić? Z pomocą przychodzą procedury medycyny nuklearnej: badanie scyntygraficzne lub PET, które pozwalają precyzyjnie zidentyfikować źródło problemu.

Na badanie scyntygraficzne lub PET w kierunku diagnostyki nadnerczy pacjenta kieruje poradnia endokrynologiczna lub oddział szpitalny, w którym wykonuje się badania laboratoryjne i radiologiczne i na podstawie wyników wysuwane jest podejrzenie rozpoznania. W zależności od badania diagnostyka za pomocą procedur medycyny nuklearnej trwa od kilkudziesięciu minut do kilku dni (z hospitalizacją lub wizytami pacjenta w ośrodku kilka razy w tygodniu w przypadku badania z zastosowaniem jodu-131, którego okres półtrwania wynosi 8 dni).

– Zarówno w badaniu scyntygraficznym, jak i w badaniu PET pacjentowi podawany jest radiofarmaceutyk: związek chemiczny zawierający w swojej strukturze radioaktywny izotop. Izotopami najczęściej stosowanymi w diagnostyce nadnerczy są: jod-123, jod-131, fluor-18, węgiel-11, gal-68. Izotopy te emitują promieniowanie, które wykrywane jest przy pomocy  gammakamer lub skanerów PET-CT. Urządzenia te pozwalają na wytworzenie obrazów rozmieszczenia substancji radioaktywnej we wnętrzu ciała pacjenta. W powiązaniu z techniką tomografii komputerowej (CT), będącej techniką radiologiczną, jesteśmy w stanie stworzyć obrazy fuzyjne – powstające na podstawie nakładania na siebie obrazów stworzonych dwoma różnymi technikami. Takie połączenie umożliwia przyporządkowanie gromadzenia radiofarmaceutyku w określonym ognisku do konkretnej zmiany obecnej w nadnerczach. Dzięki tej wiedzy wiemy, w którym miejscu znajduje się ognisko wydzielające hormony – wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński.

Jak dokładnie działa radiofarmaceutyk? Jak wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński, związek ten naśladuje naturę: substancje znakowane izotopami radioaktywnymi „podszywają się” pod substraty, czyli cząsteczki służące do syntezy hormonów. Procesy fizjologiczne w nadnerczach powodują, że substancje te zostają wbudowane do guzka nadnercza tak, jak naturalne substraty. Dzięki temu po uruchomieniu urządzenia, które wykrywa promieniowanie, lekarze są w stanie ocenić, czy radioaktywny związek, swoisty dla danej części nadnercza, gromadzi się w danej zmianie. Nadmierne gromadzenie się substancji w badanym miejscu świadczy o tym, że dana zmiana odpowiada za nadmierną produkcję hormonów i, na przykład, za nadciśnienie.

– Ponieważ optymalną terapią w zaburzeniach pracy nadnerczy jest chirurgiczne usunięcie guzka odpowiedzialnego za nieprawidłową produkcję hormonów, badanie pozwalające zlokalizować zmianę jest podstawą właściwie dobranej terapii. Dość często w starszej grupie pacjentów zdarza się bowiem, że różnej wielkości guzki występują w obydwu nadnerczach. Co ciekawe, pod względem wpływu na funkcjonowanie i zdrowie organizmu mogą to być zmiany zupełnie nieistotne – w takich przypadkach nie będzie konieczna interwencja chirurgiczna. Znaczący odsetek guzków nadnerczy nie wydziela żadnych hormonów – są to nieaktywne gruczolaki: zmiany łagodne, nie powodujące żadnych objawów. Bywa i tak, że zmiany te osiągają takie rozmiary, że powodują ucisk na sąsiadujące struktury i z tego względu podejmuje się decyzje o ich usunięciu – pomimo braku aktywności hormonalnej. Podstawą decyzji o właściwie dobranej terapii jest rzetelna wiedza o źródle i charakterze problemu – tłumaczy prof. Rafał Czepczyński.

Jak przyznają eksperci, operacja nadnerczy jest procedurą stosunkowo trudną technicznie i obciążającą dla pacjenta. Decyzja o wykonaniu adrenalektomii czyli usunięciu nadnercza zapada po wnikliwym przeanalizowaniu wszystkich wskazań i przeciwskazań. – Lekarz zawsze ma na uwadze fakt, że w przypadku usunięcia pacjentowi obu nadnerczy skazuje chorego na dożywotnią złożoną suplementację hormonalną, którą należy nieraz modyfikować w zależności od aktualnej sytuacji zdrowotnej pacjenta – mówi prof. Rafał Czepczyński.

W arsenale terapii schorzeń nadnerczy oprócz metod chirurgicznych stosuje się farmakoterapię, chemioterapię a także metody medycyny nuklearnej. Za pomocą radiofarmaceutyków leczy się między innymi guzy chromochłonne nadnerczy, przede wszystkim ich formy złośliwe (niektóre przypadki guzów nadnerczy mają charakter złośliwy, co oznacza, że powodują przerzuty (najczęściej w wątrobie, ale również innych narządach). Forma rozsiana guza chromochłonnego nie może być leczona chirurgicznie (trudno byłoby bezpiecznie usunąć wszystkie ogniska choroby). Kiedy rozsianej postaci choroby towarzyszy nadmierne wydzielanie hormonów, które powodują ciągły wzrost ciśnienia tętniczego krwi, konieczna jest terapia o charakterze ogólnym.

– Jedną z pierwszych metod leczenia rozsianych chromochłonnych guzów nadnerczy była metoda izotopowa. Terapia polega na tym, że pacjentowi podaje się związek, który zgromadzi się nie tylko w nadnerczu, ale także w ogniskach przerzutowych. Jod-131 emituje promieniowanie gamma, ale także promieniowanie beta, które działa na odległość kilku milimetrów, powodując celowane uszkodzenie komórek. Związek, który skumuluje się w zmianie chorobowej, spowoduje skuteczne unieszkodliwienie komórek w obrębie całego ogniska. Zmiany odpowiedzialne za nadmierną produkcję hormonów zostają wyeliminowane, a stan pacjenta poprawia się – wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński.

Chociaż guzki nadnerczy częściej występują u osób starszych (zarówno te nieaktywne, jak i hormonalnie czynne), to mogą one rozwinąć się także u osób młodszych. W młodszej populacji częstą przyczyną występowania guzów chromochłonnych jest podłoże genetyczne.

W niektórych przypadkach za oporne w terapii nadciśnienie tętnicze odpowiadają hormony. Wtedy badanie laboratoryjne krwi potwierdza nadmiar danej substancji w organizmie pacjenta. Nie wiadomo jednak, czy za nadprodukcję hormonu odpowiedzialne jest lewe czy prawe nadnercze. A może nieprawidłowo pracują obydwa narządy lub hormon wydzielany jest przez guz obecny w zupełnie innej części ciała pacjenta? Jak to sprawdzić? Z pomocą przychodzą procedury medycyny nuklearnej: badanie scyntygraficzne lub PET, które pozwalają precyzyjnie zidentyfikować źródło problemu i ukierunkować leczenie.

Nadnercza to niewielkie parzyste gruczoły, występujące głęboko w jamie brzusznej. Mimo, że mierzą zaledwie kilkanaście milimetrów, pełnią bardzo istotną rolę w sterowaniu różnymi procesami zachodzącymi w organizmie. Ich funkcjonowanie wpływa między innymi na ciśnienie tętnicze krwi.

– Funkcja sterownicza nadnerczy realizowana jest poprzez produkcję hormonów istotnych dla regulacji ciśnienia tętniczego krwi. Nadnercze to narząd zbudowany z dwóch stref: rdzenia i kory. Każda z nich wydziela inne hormony; różne pod względem składu chemicznego i o innej funkcji. W przypadku powiększenia się jednej ze stref dochodzi do wzmożonego wydzielania któregoś z hormonów. Jeśli wydzielanie hormonów zachodzi w sposób niekontrolowany, jednym z objawów zaburzeń jest wzrost ciśnienia tętniczego krwi. Ten rodzaj nadciśnienia jest trudny w terapii za pomocą standardowego leczenia farmakologicznego – wyjaśnia prof. dr hab. n. med. Rafał Czepczyński z Katedry i Kliniki Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinowskiego w Poznaniu, członek Zarządu Polskiego Towarzystwa Medycyny Nuklearnej.

Bywa, że badanie laboratoryjne z krwi potwierdza nadmiar danej substancji w organizmie pacjenta, nie wiadomo jednak, czy odpowiedzialne za nadprodukcję hormonu jest lewe czy prawe nadnercze. A może nieprawidłowo pracują obydwa narządy? Może się zdarzyć i tak, że określony hormon wydzielany jest przez guz obecny w zupełnie innej części ciała pacjenta. Jak to sprawdzić? Z pomocą przychodzą procedury medycyny nuklearnej: badanie scyntygraficzne lub PET, które pozwalają precyzyjnie zidentyfikować źródło problemu.

Na badanie scyntygraficzne lub PET w kierunku diagnostyki nadnerczy pacjenta kieruje poradnia endokrynologiczna lub oddział szpitalny, w którym wykonuje się badania laboratoryjne i radiologiczne i na podstawie wyników wysuwane jest podejrzenie rozpoznania. W zależności od badania diagnostyka za pomocą procedur medycyny nuklearnej trwa od kilkudziesięciu minut do kilku dni (z hospitalizacją lub wizytami pacjenta w ośrodku kilka razy w tygodniu w przypadku badania z zastosowaniem jodu-131, którego okres półtrwania wynosi 8 dni).

– Zarówno w badaniu scyntygraficznym, jak i w badaniu PET pacjentowi podawany jest radiofarmaceutyk: związek chemiczny zawierający w swojej strukturze radioaktywny izotop. Izotopami najczęściej stosowanymi w diagnostyce nadnerczy są: jod-123, jod-131, fluor-18, węgiel-11, gal-68. Izotopy te emitują promieniowanie, które wykrywane jest przy pomocy  gammakamer lub skanerów PET-CT. Urządzenia te pozwalają na wytworzenie obrazów rozmieszczenia substancji radioaktywnej we wnętrzu ciała pacjenta. W powiązaniu z techniką tomografii komputerowej (CT), będącej techniką radiologiczną, jesteśmy w stanie stworzyć obrazy fuzyjne – powstające na podstawie nakładania na siebie obrazów stworzonych dwoma różnymi technikami. Takie połączenie umożliwia przyporządkowanie gromadzenia radiofarmaceutyku w określonym ognisku do konkretnej zmiany obecnej w nadnerczach. Dzięki tej wiedzy wiemy, w którym miejscu znajduje się ognisko wydzielające hormony – wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński.

Jak dokładnie działa radiofarmaceutyk? Jak wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński, związek ten naśladuje naturę: substancje znakowane izotopami radioaktywnymi „podszywają się” pod substraty, czyli cząsteczki służące do syntezy hormonów. Procesy fizjologiczne w nadnerczach powodują, że substancje te zostają wbudowane do guzka nadnercza tak, jak naturalne substraty. Dzięki temu po uruchomieniu urządzenia, które wykrywa promieniowanie, lekarze są w stanie ocenić, czy radioaktywny związek, swoisty dla danej części nadnercza, gromadzi się w danej zmianie. Nadmierne gromadzenie się substancji w badanym miejscu świadczy o tym, że dana zmiana odpowiada za nadmierną produkcję hormonów i, na przykład, za nadciśnienie.

– Ponieważ optymalną terapią w zaburzeniach pracy nadnerczy jest chirurgiczne usunięcie guzka odpowiedzialnego za nieprawidłową produkcję hormonów, badanie pozwalające zlokalizować zmianę jest podstawą właściwie dobranej terapii. Dość często w starszej grupie pacjentów zdarza się bowiem, że różnej wielkości guzki występują w obydwu nadnerczach. Co ciekawe, pod względem wpływu na funkcjonowanie i zdrowie organizmu mogą to być zmiany zupełnie nieistotne – w takich przypadkach nie będzie konieczna interwencja chirurgiczna. Znaczący odsetek guzków nadnerczy nie wydziela żadnych hormonów – są to nieaktywne gruczolaki: zmiany łagodne, nie powodujące żadnych objawów. Bywa i tak, że zmiany te osiągają takie rozmiary, że powodują ucisk na sąsiadujące struktury i z tego względu podejmuje się decyzje o ich usunięciu – pomimo braku aktywności hormonalnej. Podstawą decyzji o właściwie dobranej terapii jest rzetelna wiedza o źródle i charakterze problemu – tłumaczy prof. Rafał Czepczyński.

Jak przyznają eksperci, operacja nadnerczy jest procedurą stosunkowo trudną technicznie i obciążającą dla pacjenta. Decyzja o wykonaniu adrenalektomii czyli usunięciu nadnercza zapada po wnikliwym przeanalizowaniu wszystkich wskazań i przeciwskazań. – Lekarz zawsze ma na uwadze fakt, że w przypadku usunięcia pacjentowi obu nadnerczy skazuje chorego na dożywotnią złożoną suplementację hormonalną, którą należy nieraz modyfikować w zależności od aktualnej sytuacji zdrowotnej pacjenta – mówi prof. Rafał Czepczyński.

W arsenale terapii schorzeń nadnerczy oprócz metod chirurgicznych stosuje się farmakoterapię, chemioterapię a także metody medycyny nuklearnej. Za pomocą radiofarmaceutyków leczy się między innymi guzy chromochłonne nadnerczy, przede wszystkim ich formy złośliwe (niektóre przypadki guzów nadnerczy mają charakter złośliwy, co oznacza, że powodują przerzuty (najczęściej w wątrobie, ale również innych narządach). Forma rozsiana guza chromochłonnego nie może być leczona chirurgicznie (trudno byłoby bezpiecznie usunąć wszystkie ogniska choroby). Kiedy rozsianej postaci choroby towarzyszy nadmierne wydzielanie hormonów, które powodują ciągły wzrost ciśnienia tętniczego krwi, konieczna jest terapia o charakterze ogólnym.

– Jedną z pierwszych metod leczenia rozsianych chromochłonnych guzów nadnerczy była metoda izotopowa. Terapia polega na tym, że pacjentowi podaje się związek, który zgromadzi się nie tylko w nadnerczu, ale także w ogniskach przerzutowych. Jod-131 emituje promieniowanie gamma, ale także promieniowanie beta, które działa na odległość kilku milimetrów, powodując celowane uszkodzenie komórek. Związek, który skumuluje się w zmianie chorobowej, spowoduje skuteczne unieszkodliwienie komórek w obrębie całego ogniska. Zmiany odpowiedzialne za nadmierną produkcję hormonów zostają wyeliminowane, a stan pacjenta poprawia się – wyjaśnia prof. Rafał Czepczyński.

Chociaż guzki nadnerczy częściej występują u osób starszych (zarówno te nieaktywne, jak i hormonalnie czynne), to mogą one rozwinąć się także u osób młodszych. W młodszej populacji częstą przyczyną występowania guzów chromochłonnych jest podłoże genetyczne.

Farmaceutyk znakowany cząstkami antymaterii lub emiterami promieniowania gamma podaje się pacjentowi, aby ocenić funkcjonowanie tkanek jego organizmu. Uzyskany podczas badania obraz można oceniać wizualnie i jakościowo, ale także za pomocą precyzyjnych obliczeń. Jakie zastosowanie w medycynie nuklearnej ma znany z fizyki wskaźnik SUV – Standard Uptake Value i jak pomaga skuteczniej badać oraz leczyć chorych, wyjaśnia dr hab. Hanna Piwowarska-Bilska, specjalista fizyki medycznej, inspektor ochrony radiologicznej typu 3 i typu R, adiunkt Zakładu Medycyny Nuklearnej PUM w Szczecinie.

SUV czyli Standardized Uptake Value to stosowany w medycynie nuklearnej wskaźnik wychwytu radiofarmaceutyku, obliczony na obrazie PET (positron emission tomography – pozytonowej tomografii emisyjnej) lub SPECT (single-photon emission computed tomography – tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów). Obraz PET uzyskiwany jest przy użyciu skanera po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego pozytonami – cząstkami antymaterii. Obraz SPECT uzyskiwany jest gamma kamerą po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego emiterami promieniowania gamma. SUV jest stosunkiem stężenia radioaktywności obliczonej dla wybranej objętości tkanek na ich obrazie trójwymiarowym do stężenia radioaktywności podanej pacjentowi.

Ogólna definicja SUV odzwierciedla bezwymiarowy wychwyt radiofarmaceutyku w tkankach przy założeniu, że 1 ml tkanki obrazowanej waży 1 g. Kliniczne programy komputerowe podają SUV w jednostkach g/ml. Pomiary wskaźników SUV dla tkanek zmienionych patologicznie wykonują lekarze przy użyciu odpowiedniej komputerowej aplikacji medycznej podczas analizy obrazów diagnostycznych pacjenta zarejestrowanych gamma kamerą SPECT/CT lub skanerem PET/CT.

Przydatne klinicznie wyniki obliczeń wskaźników SUV można uzyskać jedynie prawidłowo skalibrowanym urządzeniem obrazującym, po ujednoliceniu procedur: przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Dla wyznaczenia SUV niezbędna jest znajomość czułości detektora skanera obrazującego oraz dokładny pomiar radioaktywności podanej pacjentowi. Okresowe pomiary czułości detektora, kalibracje i wymienione wyżej standaryzacje powinni wykonywać doświadczeni fizycy medyczni.

Współczesna medycyna nuklearna to nauka nie tylko jakościowa, ale także ilościowa. Pomiar stężenia zaabsorbowanej radioaktywności w zobrazowanych tkankach może znacząco podnieść poziom informacji diagnostycznej. Ilościowa medycyna nuklearna jest skuteczniejsza diagnostycznie i terapeutycznie aniżeli jakościowa, czyli oparta wyłącznie na wizualnej ocenie scyntygramów. Wizualna analiza obrazów jest subiektywna i niepowtarzalna. Kwantyfikacja obrazów diagnostycznych czyli ilościowe ujmowanie zjawiska ujętego opisowo stanowi istotny element teranostyki – ścisłego połączenia diagnostyki i terapii w celu dobrania indywidualnego leczenia oraz  medycyny precyzyjnej – medycyny przyszłości.

W diagnostyce stosuje się szereg odmian wskaźnika SUV. Ogólna definicja SUV przedstawia wystandaryzowaną  wartość  wychwytu, uwzględniającą wagę pacjenta. Aby uniknąć fałszywie wysokich wartości wskaźnika u pacjentów z dużą wagą, lekarze posługują się wskaźnikiem SUV skorygowanym, tak zwanym SUV lean body mass, uwzględniającym beztłuszczową masę ciała. Część lekarzy stosuje wskaźnik SUV body surface area, który określa wystandaryzowaną wartość wychwytu uwzględniającą powierzchnię ciała pacjenta.

Wartość  SUV  można  obliczyć  dla  każdego  voksela, to jest dla każdego przestrzennego elementu obrazu badanej tkanki. Dla określonego obszaru zainteresowania  można  wyznaczyć  SUVmax – SUV maksymalny  oraz  SUVmean czyli SUV średni. SUVmax  to  wskaźnik  SUV  dla  voksela  o  najwyższej  liczbie  zliczeń  w  wybranym obszarze. SUVmean oznacza uśrednioną wartość wskaźnika wyznaczoną na podstawie wartości  SUV  dla  wszystkich vokseli  w  obrysowanym  obszarze.

Mówiąc najogólniej, wartości liczbowe SUV informują lekarza o tym, czy gromadzenie radiofarmaceutyku w danej tkance jest patologiczne czy prawidłowe. Najczęściej przyjmuje się, że zdrowa tkanka posiada SUV równy 1. Wyższy SUV może oznaczać zmiany patologiczne w tkance. Należy jednak pamiętać, iż niektóre tkanki wykazują naturalnie wysoki wskaźnik SUV po podaniu określonego radiofarmaceutyku. Na wartość wskaźnika SUV wpływa szereg czynników fizjologicznych, technicznych oraz fizycznych. Bezsprzecznie jednak wartości SUV wymagają międzyośrodkowej standaryzacji. Aktualnie nie są to wartości absolutne, a metodę oznaczania SUV określa się niekiedy jako metodę półilościową.

Wskaźnik SUVmax  jest  bardzo  popularny  w  rutynowych  zastosowaniach  klinicznych,  gdyż  nie wymaga starannej segmentacji (obrysowywania) regionu zainteresowania. Należy  jednak  pamiętać,  że  wartość  SUVmax  silnie  zależy  od  poziomu  szumu  w  obrazie.  Dla  obrazów pochodzących  z  tego  samego  skanu,  lecz  zrekonstruowanych  różnymi  technikami wyniki SUVmax w identycznej lokalizacji mogą różnić się nawet o 30 proc.!  Aby wartość SUV mogła służyć jako absolutny wskaźnik danego schorzenia, należy dokładnie określić metodę jego pomiaru i zapewnić jej powtarzalność. Do najcenniejszych publikacji klinicznych podających wyniki pomiaru SUV należą te, w których szczegółowo opisano technikę akwizycji i rekonstrukcji obrazów.

Harmonizacja i standaryzacja wyników badań ilościowych została z powodzeniem wdrożona w technice obrazowania PET/CT (pozytonowa tomografia emisyjna/tomografia komputerowa). Od początku swojego istnienia ta metoda diagnostyczna była uznawana za ilościową, a bezwzględna kwantyfikacja była nadrzędnym celem rozwoju technologii PET. Zmienność metodologii w różnych ośrodkach uniemożliwiała jednak płynną wymianę danych dotyczących wartości klinicznych SUV. W 2006 roku Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej (The European Association of Nuclear Medicine, EANM) uruchomiło EARL – EANM Research Ltd. Program – wieloośrodkowy program standaryzacji i harmonizacji oraz akredytacji skanerów PET/CT. Program ten został opracowany w celu ułatwienia porównań ilościowych parametrów PET w badaniach wieloośrodkowych lub w ośrodkach medycznych wyposażonych w kilka systemów PET. Standaryzacja obejmuje ujednolicenie procedur przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Normy harmonizujące opierają się na precyzyjnej kalibracji skanerów PET. Aby uzyskać i utrzymać akredytację EARL ośrodki PET muszą wykonać i przesłać dwa skany odpowiednich fantomów w celu kontroli jakości kalibracji oraz kontroli jakości obrazów.

Standaryzacja ilościowych wyników PET jest również wykonywana przez komisje i grupę roboczą powołaną przez Amerykańskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej i Obrazowania Molekularnego (The Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, SNMMI) oraz Towarzystwo Radiologiczne Ameryki Północnej (The Radiological Society of North America, RSNA). Wyniki zintegrowanych prac międzynarodowych zespołów ekspertów stanowią wytyczne do wykonywania, interpretacji i raportowania wyników badań PET/CT. Dzięki standaryzacji i akredytacji technik PET bezwzględne wskaźniki SUV PET mogą być wykorzystywane do planowania radioterapii, monitorowania leczenia, a także jako prognostyk – do przewidywania całkowitego przeżycia pacjenta.

Obecnie ustandaryzowana kwantyfikacja obrazów scyntygraficznych dotyczy przede wszystkim pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Obrazowanie metodą PET charakteryzuje wyższa rozdzielczość i czułość aniżeli obrazowanie metodą pojedynczego fotonu SPECT. Podejmowane są jednak coraz większe wysiłki nad wdrożeniem kwantyfikacji obrazów z zakresu klasycznej medycyny nuklearnej – obrazów SPECT – do rutynowej praktyki klinicznej. Wcześniejsze założenie, że technika SPECT jest z natury nieilościowa, dotyczyło starszej generacji niehybrydowych gamma kamer. Pojawienie się iteracyjnych metod rekonstrukcji obrazów w oprogramowaniu gamma kamer, a także dostępność aparatów hybrydowych SPECT/CT podniosło potencjał klasycznej medycyny nuklearnej. Gamma kamery SPECT/CT najnowszej generacji przystosowane są obecnie do rejestracji obrazów 3D, które mogą zostać poddane dokładnej analizie ilościowej.

Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej pracuje obecnie nad pilotażowym badaniem międzyośrodkowej harmonizacji badań SPECT/CT. Zgodnie z wzorcem PET, podstawą uzyskania bezwzględnej kwantyfikacji SPECT/CT powinna być harmonizacja procedur kalibracji kamer gamma, parametrów akwizycji, przetwarzania i analizy obrazu. Uważam, że uruchomienie programu standaryzacji ilościowej SPECT istotnie zwiększyłoby znaczenie kliniczne tej techniki obrazowania diagnostycznego.

100 lat temu fizyk brytyjski lord William Thomson Kelvin powiedział: „Kiedy możesz zmierzyć to, o czym mówisz i wyrazić to liczbą – coś o tym wiesz. Kiedy jednak nie możesz tego zmierzyć, twoja wiedza jest skromna i niezadowalająca”. Absolutna kwantyfikacja SUV w systemach PET/CT i SPECT/CT jest możliwa i powinna stać się rutyną kliniczną. Oznaczenia ilościowe w medycynie nuklearnej ułatwiają ocenę diagnostyczną obrazów i monitorowanie procesów klinicznych.

Trzeba jednak odnotować, że pomiar SUVmax chociaż prosty i niezależny od obserwatora, posiada jednak kilka istotnych wad. SUVmax nie reprezentuje wartości aktywności metabolicznej całego guza, ponieważ jego wartość dotyczy wyłącznie jednego voksela. Istotną wadą jest jego silna zależność od metody rekonstrukcji przekrojów, a co za tym idzie, od poziomu szumu w obrazie SPECT. Z uwagi na problemy ze standaryzacją SUVmax, wprowadzono inny wskaźnik, tak zwany SUVpeak. SUVpeak jest średnią wartością SUV w małym, zwartym obszarze zainteresowania. Ponieważ obszar zainteresowania dla SUVpeak obejmuje kilka vokseli, jego czułość na poziom szumu w obrazie jest niższa aniżeli dla SUVmax. Główną wadą SUVpeak jest to, że związany z nim objętościowy region zainteresowania (VOI – Volume of Interest) w obrazie nie został jeszcze jednoznacznie zdefiniowany. Z jednej strony, VOIpeak powinien być wystarczająco duży, aby zapobiec między innymi wpływowi szumu na wartość SUVpeak, a drugiej strony VOIpeak nie powinien być zbyt duży, aby uniknąć włączenia vokseli poza guzem. Standardowa definicja SUVpeak zaleca wybór sfery o objętości 1 cm³.

Użytecznym wskaźnikiem do oceny aktywności zmiany patologicznej na obrazie jest metaboliczna objętość guza (Meatablic Tumor Volume, MTV). Aplikacje medyczne służące do wyznaczania wystandaryzowanej wartości wychwytu radiofarmaceutyku podają objętość segmentowanej zmiany w mililitrach. Kolejnym wskaźnikiem jest całkowita glikoliza zmiany patologicznej (Total Lesion Glycolysis, TLG). TLG jest definiowane jako iloczyn SUVmean oraz MTV. Koncepcja scyntygraficznych wskaźników klinicznych MTV i TLG została wprowadzona już w 1999 roku. Od tego czasu wskaźniki MTV i TLG zostały poddane szczegółowej ocenie, która wykazała ich wysoką (wyższą niż SUVmax) przydatność do oceny metabolicznej aktywności guzów. Wciąż jednak parametry wolumetryczne MTV i TLG nie są włączone do standardowej praktyki klinicznej. Dzieje się tak, ponieważ objętościowe pomiary PET/CT i SPECT/CT wymagają dokładnej segmentacji zmian, w przeciwieństwie do SUVmax. Jak dotąd nie ustalono optymalnej techniki segmentacji do pomiaru MTV i TLG.

Reasumując, kwantyfikacja obrazów z zakresu medycyny nuklearnej jest ważnym elementem rozwoju medycyny spersonalizowanej. Poprawna kwantyfikacja obrazów PET i SPECT powinna być poprzedzona rzetelną kalibracją skanerów, optymalizacją i standaryzacją protokołów akwizycyjnych oraz technik rekonstrukcji i analizy zarejestrowanych obrazów. Stopień wiarygodności klinicznej badań ilościowych w medycynie nuklearnej będzie rósł wraz z liczbą doświadczonych specjalistów fizyki medycznej zatrudnionych w szpitalach.

 

Farmaceutyk znakowany cząstkami antymaterii lub emiterami promieniowania gamma podaje się pacjentowi, aby ocenić funkcjonowanie tkanek jego organizmu. Uzyskany podczas badania obraz można oceniać wizualnie i jakościowo, ale także za pomocą precyzyjnych obliczeń. Jakie zastosowanie w medycynie nuklearnej ma znany z fizyki wskaźnik SUV – Standard Uptake Value i jak pomaga skuteczniej badać oraz leczyć chorych, wyjaśnia dr hab. Hanna Piwowarska-Bilska, specjalista fizyki medycznej, inspektor ochrony radiologicznej typu 3 i typu R, adiunkt Zakładu Medycyny Nuklearnej PUM w Szczecinie.

SUV czyli Standardized Uptake Value to stosowany w medycynie nuklearnej wskaźnik wychwytu radiofarmaceutyku, obliczony na obrazie PET (positron emission tomography – pozytonowej tomografii emisyjnej) lub SPECT (single-photon emission computed tomography – tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów). Obraz PET uzyskiwany jest przy użyciu skanera po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego pozytonami – cząstkami antymaterii. Obraz SPECT uzyskiwany jest gamma kamerą po podaniu pacjentowi farmaceutyku znakowanego emiterami promieniowania gamma. SUV jest stosunkiem stężenia radioaktywności obliczonej dla wybranej objętości tkanek na ich obrazie trójwymiarowym do stężenia radioaktywności podanej pacjentowi.

Ogólna definicja SUV odzwierciedla bezwymiarowy wychwyt radiofarmaceutyku w tkankach przy założeniu, że 1 ml tkanki obrazowanej waży 1 g. Kliniczne programy komputerowe podają SUV w jednostkach g/ml. Pomiary wskaźników SUV dla tkanek zmienionych patologicznie wykonują lekarze przy użyciu odpowiedniej komputerowej aplikacji medycznej podczas analizy obrazów diagnostycznych pacjenta zarejestrowanych gamma kamerą SPECT/CT lub skanerem PET/CT.

Przydatne klinicznie wyniki obliczeń wskaźników SUV można uzyskać jedynie prawidłowo skalibrowanym urządzeniem obrazującym, po ujednoliceniu procedur: przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Dla wyznaczenia SUV niezbędna jest znajomość czułości detektora skanera obrazującego oraz dokładny pomiar radioaktywności podanej pacjentowi. Okresowe pomiary czułości detektora, kalibracje i wymienione wyżej standaryzacje powinni wykonywać doświadczeni fizycy medyczni.

Współczesna medycyna nuklearna to nauka nie tylko jakościowa, ale także ilościowa. Pomiar stężenia zaabsorbowanej radioaktywności w zobrazowanych tkankach może znacząco podnieść poziom informacji diagnostycznej. Ilościowa medycyna nuklearna jest skuteczniejsza diagnostycznie i terapeutycznie aniżeli jakościowa, czyli oparta wyłącznie na wizualnej ocenie scyntygramów. Wizualna analiza obrazów jest subiektywna i niepowtarzalna. Kwantyfikacja obrazów diagnostycznych czyli ilościowe ujmowanie zjawiska ujętego opisowo stanowi istotny element teranostyki – ścisłego połączenia diagnostyki i terapii w celu dobrania indywidualnego leczenia oraz  medycyny precyzyjnej – medycyny przyszłości.

W diagnostyce stosuje się szereg odmian wskaźnika SUV. Ogólna definicja SUV przedstawia wystandaryzowaną  wartość  wychwytu, uwzględniającą wagę pacjenta. Aby uniknąć fałszywie wysokich wartości wskaźnika u pacjentów z dużą wagą, lekarze posługują się wskaźnikiem SUV skorygowanym, tak zwanym SUV lean body mass, uwzględniającym beztłuszczową masę ciała. Część lekarzy stosuje wskaźnik SUV body surface area, który określa wystandaryzowaną wartość wychwytu uwzględniającą powierzchnię ciała pacjenta.

Wartość  SUV  można  obliczyć  dla  każdego  voksela, to jest dla każdego przestrzennego elementu obrazu badanej tkanki. Dla określonego obszaru zainteresowania  można  wyznaczyć  SUVmax – SUV maksymalny  oraz  SUVmean czyli SUV średni. SUVmax  to  wskaźnik  SUV  dla  voksela  o  najwyższej  liczbie  zliczeń  w  wybranym obszarze. SUVmean oznacza uśrednioną wartość wskaźnika wyznaczoną na podstawie wartości  SUV  dla  wszystkich vokseli  w  obrysowanym  obszarze.

Mówiąc najogólniej, wartości liczbowe SUV informują lekarza o tym, czy gromadzenie radiofarmaceutyku w danej tkance jest patologiczne czy prawidłowe. Najczęściej przyjmuje się, że zdrowa tkanka posiada SUV równy 1. Wyższy SUV może oznaczać zmiany patologiczne w tkance. Należy jednak pamiętać, iż niektóre tkanki wykazują naturalnie wysoki wskaźnik SUV po podaniu określonego radiofarmaceutyku. Na wartość wskaźnika SUV wpływa szereg czynników fizjologicznych, technicznych oraz fizycznych. Bezsprzecznie jednak wartości SUV wymagają międzyośrodkowej standaryzacji. Aktualnie nie są to wartości absolutne, a metodę oznaczania SUV określa się niekiedy jako metodę półilościową.

Wskaźnik SUVmax  jest  bardzo  popularny  w  rutynowych  zastosowaniach  klinicznych,  gdyż  nie wymaga starannej segmentacji (obrysowywania) regionu zainteresowania. Należy  jednak  pamiętać,  że  wartość  SUVmax  silnie  zależy  od  poziomu  szumu  w  obrazie.  Dla  obrazów pochodzących  z  tego  samego  skanu,  lecz  zrekonstruowanych  różnymi  technikami wyniki SUVmax w identycznej lokalizacji mogą różnić się nawet o 30 proc.!  Aby wartość SUV mogła służyć jako absolutny wskaźnik danego schorzenia, należy dokładnie określić metodę jego pomiaru i zapewnić jej powtarzalność. Do najcenniejszych publikacji klinicznych podających wyniki pomiaru SUV należą te, w których szczegółowo opisano technikę akwizycji i rekonstrukcji obrazów.

Harmonizacja i standaryzacja wyników badań ilościowych została z powodzeniem wdrożona w technice obrazowania PET/CT (pozytonowa tomografia emisyjna/tomografia komputerowa). Od początku swojego istnienia ta metoda diagnostyczna była uznawana za ilościową, a bezwzględna kwantyfikacja była nadrzędnym celem rozwoju technologii PET. Zmienność metodologii w różnych ośrodkach uniemożliwiała jednak płynną wymianę danych dotyczących wartości klinicznych SUV. W 2006 roku Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej (The European Association of Nuclear Medicine, EANM) uruchomiło EARL – EANM Research Ltd. Program – wieloośrodkowy program standaryzacji i harmonizacji oraz akredytacji skanerów PET/CT. Program ten został opracowany w celu ułatwienia porównań ilościowych parametrów PET w badaniach wieloośrodkowych lub w ośrodkach medycznych wyposażonych w kilka systemów PET. Standaryzacja obejmuje ujednolicenie procedur przygotowania pacjenta, akwizycji skanów, rekonstrukcji obrazu i ustawień analizy danych. Normy harmonizujące opierają się na precyzyjnej kalibracji skanerów PET. Aby uzyskać i utrzymać akredytację EARL ośrodki PET muszą wykonać i przesłać dwa skany odpowiednich fantomów w celu kontroli jakości kalibracji oraz kontroli jakości obrazów.

Standaryzacja ilościowych wyników PET jest również wykonywana przez komisje i grupę roboczą powołaną przez Amerykańskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej i Obrazowania Molekularnego (The Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, SNMMI) oraz Towarzystwo Radiologiczne Ameryki Północnej (The Radiological Society of North America, RSNA). Wyniki zintegrowanych prac międzynarodowych zespołów ekspertów stanowią wytyczne do wykonywania, interpretacji i raportowania wyników badań PET/CT. Dzięki standaryzacji i akredytacji technik PET bezwzględne wskaźniki SUV PET mogą być wykorzystywane do planowania radioterapii, monitorowania leczenia, a także jako prognostyk – do przewidywania całkowitego przeżycia pacjenta.

Obecnie ustandaryzowana kwantyfikacja obrazów scyntygraficznych dotyczy przede wszystkim pozytonowej tomografii emisyjnej (PET). Obrazowanie metodą PET charakteryzuje wyższa rozdzielczość i czułość aniżeli obrazowanie metodą pojedynczego fotonu SPECT. Podejmowane są jednak coraz większe wysiłki nad wdrożeniem kwantyfikacji obrazów z zakresu klasycznej medycyny nuklearnej – obrazów SPECT – do rutynowej praktyki klinicznej. Wcześniejsze założenie, że technika SPECT jest z natury nieilościowa, dotyczyło starszej generacji niehybrydowych gamma kamer. Pojawienie się iteracyjnych metod rekonstrukcji obrazów w oprogramowaniu gamma kamer, a także dostępność aparatów hybrydowych SPECT/CT podniosło potencjał klasycznej medycyny nuklearnej. Gamma kamery SPECT/CT najnowszej generacji przystosowane są obecnie do rejestracji obrazów 3D, które mogą zostać poddane dokładnej analizie ilościowej.

Europejskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej pracuje obecnie nad pilotażowym badaniem międzyośrodkowej harmonizacji badań SPECT/CT. Zgodnie z wzorcem PET, podstawą uzyskania bezwzględnej kwantyfikacji SPECT/CT powinna być harmonizacja procedur kalibracji kamer gamma, parametrów akwizycji, przetwarzania i analizy obrazu. Uważam, że uruchomienie programu standaryzacji ilościowej SPECT istotnie zwiększyłoby znaczenie kliniczne tej techniki obrazowania diagnostycznego.

100 lat temu fizyk brytyjski lord William Thomson Kelvin powiedział: „Kiedy możesz zmierzyć to, o czym mówisz i wyrazić to liczbą – coś o tym wiesz. Kiedy jednak nie możesz tego zmierzyć, twoja wiedza jest skromna i niezadowalająca”. Absolutna kwantyfikacja SUV w systemach PET/CT i SPECT/CT jest możliwa i powinna stać się rutyną kliniczną. Oznaczenia ilościowe w medycynie nuklearnej ułatwiają ocenę diagnostyczną obrazów i monitorowanie procesów klinicznych.

Trzeba jednak odnotować, że pomiar SUVmax chociaż prosty i niezależny od obserwatora, posiada jednak kilka istotnych wad. SUVmax nie reprezentuje wartości aktywności metabolicznej całego guza, ponieważ jego wartość dotyczy wyłącznie jednego voksela. Istotną wadą jest jego silna zależność od metody rekonstrukcji przekrojów, a co za tym idzie, od poziomu szumu w obrazie SPECT. Z uwagi na problemy ze standaryzacją SUVmax, wprowadzono inny wskaźnik, tak zwany SUVpeak. SUVpeak jest średnią wartością SUV w małym, zwartym obszarze zainteresowania. Ponieważ obszar zainteresowania dla SUVpeak obejmuje kilka vokseli, jego czułość na poziom szumu w obrazie jest niższa aniżeli dla SUVmax. Główną wadą SUVpeak jest to, że związany z nim objętościowy region zainteresowania (VOI – Volume of Interest) w obrazie nie został jeszcze jednoznacznie zdefiniowany. Z jednej strony, VOIpeak powinien być wystarczająco duży, aby zapobiec między innymi wpływowi szumu na wartość SUVpeak, a drugiej strony VOIpeak nie powinien być zbyt duży, aby uniknąć włączenia vokseli poza guzem. Standardowa definicja SUVpeak zaleca wybór sfery o objętości 1 cm³.

Użytecznym wskaźnikiem do oceny aktywności zmiany patologicznej na obrazie jest metaboliczna objętość guza (Meatablic Tumor Volume, MTV). Aplikacje medyczne służące do wyznaczania wystandaryzowanej wartości wychwytu radiofarmaceutyku podają objętość segmentowanej zmiany w mililitrach. Kolejnym wskaźnikiem jest całkowita glikoliza zmiany patologicznej (Total Lesion Glycolysis, TLG). TLG jest definiowane jako iloczyn SUVmean oraz MTV. Koncepcja scyntygraficznych wskaźników klinicznych MTV i TLG została wprowadzona już w 1999 roku. Od tego czasu wskaźniki MTV i TLG zostały poddane szczegółowej ocenie, która wykazała ich wysoką (wyższą niż SUVmax) przydatność do oceny metabolicznej aktywności guzów. Wciąż jednak parametry wolumetryczne MTV i TLG nie są włączone do standardowej praktyki klinicznej. Dzieje się tak, ponieważ objętościowe pomiary PET/CT i SPECT/CT wymagają dokładnej segmentacji zmian, w przeciwieństwie do SUVmax. Jak dotąd nie ustalono optymalnej techniki segmentacji do pomiaru MTV i TLG.

Reasumując, kwantyfikacja obrazów z zakresu medycyny nuklearnej jest ważnym elementem rozwoju medycyny spersonalizowanej. Poprawna kwantyfikacja obrazów PET i SPECT powinna być poprzedzona rzetelną kalibracją skanerów, optymalizacją i standaryzacją protokołów akwizycyjnych oraz technik rekonstrukcji i analizy zarejestrowanych obrazów. Stopień wiarygodności klinicznej badań ilościowych w medycynie nuklearnej będzie rósł wraz z liczbą doświadczonych specjalistów fizyki medycznej zatrudnionych w szpitalach.