Как ПЭТ-КТ находит раковые клетки: объяснение принципа работы метода

Принцип работы позитронно-эмиссионной томографии, совмещенной с компьютерной томографией (ПЭТ-КТ), основан на уникальной биологической особенности злокачественных клеток — их повышенном метаболизме, то есть обмене веществ. Раковые клетки для своего быстрого роста и деления требуют значительно больше энергии, чем здоровые ткани. Главным источником этой энергии является глюкоза. Метод ПЭТ-КТ использует эту «жадность» опухоли к глюкозе, чтобы сделать ее видимой для сканера, создавая точную карту патологических очагов во всем организме.

Основа метода: метаболическая ловушка для злокачественных клеток

Ключевым элементом исследования является специальный радиофармпрепарат (РФП). Чаще всего в онкологии используется фтордезоксиглюкоза, или сокращенно ФДГ. Это вещество по своей химической структуре очень похоже на обычную молекулу глюкозы, но с одним отличием: в его состав включен радиоактивный изотоп фтора (фтор-18). Этот изотоп испускает позитроны — элементарные частицы, необходимые для получения изображения.

Когда фтордезоксиглюкоза вводится в организм, клетки начинают поглощать ее так же, как и обычную глюкозу. Поскольку раковые клетки потребляют энергию в десятки раз активнее здоровых, они накапливают в себе гораздо больше ФДГ. Здесь и срабатывает «метаболическая ловушка»: попав внутрь клетки, молекула ФДГ не может быть полностью переработана в цикле обмена веществ из-за своей измененной структуры. В результате радиофармпрепарат задерживается внутри злокачественной клетки, создавая в ней высокую концентрацию радиоактивной метки. Здоровые же ткани, имеющие нормальный уровень метаболизма, накапливают ФДГ в значительно меньших количествах.

От радиоактивной метки до изображения на экране: пошаговый процесс

Процесс получения изображения при помощи позитронно-эмиссионной томографии можно разбить на несколько ключевых этапов. Понимание этой последовательности помогает развеять многие опасения, связанные с процедурой, и осознать ее физическую основу.

• Введение радиофармпрепарата. Пациенту внутривенно вводится небольшая доза фтордезоксиглюкозы. Процедура безболезненна и сравнима с обычным уколом.
• Период накопления. После введения препарата необходим период ожидания, обычно около 60 минут. В это время пациент находится в состоянии покоя, чтобы ФДГ равномерно распределился по организму и накопился в клетках с наиболее активным метаболизмом, то есть в опухолевых очагах.
• Распад изотопа и аннигиляция. Радиоактивный изотоп фтора (фтор-18) в составе ФДГ нестабилен и распадается, испуская позитрон. Позитрон, пролетев всего несколько миллиметров в ткани, сталкивается с ближайшим электроном. В результате этого столкновения (аннигиляции) обе частицы исчезают, а их масса преобразуется в энергию в виде двух гамма-квантов (фотонов), которые разлетаются в строго противоположных направлениях.
• Регистрация гамма-квантов. Пациент находится внутри кольца детекторов ПЭТ-сканера. Эти детекторы одновременно регистрируют пары гамма-квантов, возникших в результате аннигиляции. Система фиксирует только те сигналы, которые приходят на противоположные детекторы в один и тот же момент времени.
• Построение изображения. Компьютер анализирует миллионы таких событий, вычисляя по траектории зарегистрированных пар гамма-квантов точное место их возникновения. Так создается трехмерная карта распределения радиофармпрепарата в теле. Области, где накопление ФДГ было максимальным, на изображении выглядят как яркие «горячие» очаги.

Почему именно ПЭТ в сочетании с КТ: синергия двух технологий

Использование позитронно-эмиссионной томографии отдельно дает информацию только о функции тканей — их метаболической активности. На таком изображении видны «горячие» очаги, но точно определить, где именно в теле они находятся — в печени, кости или лимфатическом узле — бывает затруднительно. Изображение получается функциональным, но не анатомическим.

Именно для этого ПЭТ-сканер совмещают с компьютерным томографом (КТ). Компьютерная томография с помощью рентгеновских лучей создает детальное послойное изображение внутренней структуры тела: органов, костей, сосудов. Это анатомическая карта организма.

Современный аппарат ПЭТ-КТ проводит оба сканирования практически одновременно, не меняя положения пациента. Затем специальная программа накладывает функциональное ПЭТ-изображение на анатомическое КТ-изображение. В результате получается единая, гибридная картина, на которой врач видит не просто абстрактное «светящееся» пятно, а точную локализацию метаболически активного очага в конкретном органе или ткани с точностью до миллиметров. Эта синергия позволяет не только обнаружить опухоль, но и оценить ее размеры, распространение на соседние структуры и наличие метастазов.

Что означает «свечение» на снимках ПЭТ-КТ и всегда ли это рак

Повышенное накопление радиофармпрепарата, которое на снимках выглядит как яркое свечение, действительно является главным признаком злокачественного процесса. Однако важно понимать, что не каждый «горячий» очаг — это рак. Повышенный метаболизм глюкозы характерен не только для опухолей. Существует ряд состояний, которые могут приводить к ложноположительным результатам.

Для оценки интенсивности накопления РФП используется специальный показатель — стандартизированный уровень захвата (SUV). Высокие значения SUV с большой вероятностью указывают на злокачественную опухоль, но окончательный диагноз всегда ставится на основе комплексной оценки, включая данные биопсии. Ниже представлены основные причины, которые могут имитировать опухолевый процесс на ПЭТ-КТ.

Именно поэтому расшифровку результатов позитронно-эмиссионной томографии должен проводить только опытный врач-радиолог, который сопоставляет полученные изображения с анамнезом пациента, результатами других исследований и клинической картиной.

Какие опухоли позитронно-эмиссионная томография видит лучше всего

Эффективность ПЭТ-КТ напрямую зависит от метаболической активности опухоли. Чем агрессивнее новообразование и чем быстрее оно растет, тем больше глюкозы оно потребляет и тем ярче будет «светиться» на снимках. Метод обладает высокой чувствительностью при диагностике, стадировании и оценке эффективности лечения для многих видов рака.

Позитронно-эмиссионная томография особенно информативна при таких заболеваниях, как:

• Лимфомы (Ходжкина и неходжкинские)
• Рак легкого (особенно немелкоклеточный)
• Рак молочной железы
• Колоректальный рак
• Рак головы и шеи
• Меланома
• Рак пищевода и желудка

В то же время существуют опухоли, которые по своей природе имеют низкий уровень метаболизма или малые размеры, что затрудняет их обнаружение с помощью ПЭТ-КТ с ФДГ. К ним относятся некоторые высокодифференцированные, медленно растущие опухоли (например, карциноид), некоторые виды рака почки, а также рак предстательной железы, для диагностики которого часто применяют другие, более специфичные радиофармпрепараты.

Безопасность исследования: о радиофармпрепаратах и лучевой нагрузке

Опасения, связанные с введением радиоактивного вещества, вполне естественны. Важно понимать, что в позитронно-эмиссионной томографии используются ультракороткоживущие изотопы. Период полураспада фтора-18 составляет всего около 110 минут. Это означает, что каждые два часа его активность уменьшается вдвое. Уже через 10–12 часов после введения в организме практически не остается радиоактивных меток.

Сам препарат фтордезоксиглюкоза нетоксичен и не вызывает аллергических реакций, так как его количество ничтожно мало. Суммарная доза облучения, которую пациент получает за одну процедуру ПЭТ-КТ, сопоставима с дозой при стандартной диагностической компьютерной томографии нескольких областей тела. Эта доза считается безопасной и не несет значимых рисков для здоровья. Польза от точной диагностики, которую предоставляет данный метод, многократно превышает потенциальный вред от лучевой нагрузки.

Список литературы

1. Давыдов М.И., Ганцев Ш.Х. Онкология: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 920 с.
2. Клинические рекомендации «Лимфома Ходжкина». Разработчик: Ассоциация онкологов России, Национальное гематологическое общество, Российское общество онкогематологов. — 2020.
3. Лишманов Ю.Б., Чернов В.И. Радионуклидная диагностика для практических врачей. — Томск: STT, 2004. — 394 с.
4. Valk P.E., Bailey D.L., Townsend D.W., Maisey M.N. Positron Emission Tomography: Basic Science and Clinical Practice. — London: Springer-Verlag, 2003. — 822 p.
5. NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology (NCCN Guidelines®). URL: https://www.nccn.org/guidelines/category_1 (Различные руководства по конкретным локализациям рака).