MOŽNOSTI ZOBRAZENÍ NÁDORŮ UROGENITÁLNÍHO TRAKTU POMOCÍ FDG PET/CT J. Ferda, E. Ferdová, J. Záhlava, M. Hora, M. Schützová SOUHRN Hybridní systém zobrazení PET/CT, jehož rozvoj nastal počátkem tohoto desetiletí, skýtá možnost fúze anatomického zobrazení pomocí výpočetní tomografie a zobrazení metabolické aktivity nosiče značeného radionuklidem s β + -rozpadem (nejčastěji je využíván izotop fluoru F s poločasem rozpadu 110 minut). Subsystém výpočetní tomografie neslouží jen k prostému CT-vyšetření, ale je využíván i v rekonstrukčním algoritmu dat PET pro takzvanou korekci atenuace, to znamená vyrovnání zeslabení aktivity hluboko uložených struktur vyvolaného absorpcí záření ve tkáních. Autoři popisují z vlastní praxe metodiku vyšetření, včetně přípravy pacienta, aplikace radiofarmaka, akvizice a rekonstrukce CT- a PET-dat a jejich vyhodnocení. Dále popisují využití FDG-PET/CT pro detekování nádorů vývodného močového systému, varlat, prostaty a nádorů hematoonkologických a hodnotí vhodnost a přínosnost vyšetření v těchto indikacích. Při správné indikaci k vyšetření pomocí FDG-PET/CT, lze i přes vysoké náklady na vyšetření dosáhnout jak výrazného medicínského přínosu, tak ekonomické úspory v nákladech na onkologickou terapii. SUMMARY POSSIBILITIES OF IMAGING OF UROGENITAL TRACT TUMORS BY FDG-PET/CT The hybrid imaging system PET/CE, which has been developed at the beginning of this decade, provides the possibility of a fusion of anatomical visualization by means of computer tomography and visualization of the metabolic activity of a carrier labeled with a radionuclide with decay (most often F isotope with a half-life of 110 minutes). The subsystem of computer tomography serves not only for simple CT-examination but is also used in a reconstruction algorithm of PET data for so-called attenuation correction, i.e. correction for the attenuation of activity of deep-seated structures caused by absorption of the radiation in tissues. The authors describe the use of FDG-PET/CT for detection of tumors of the urinary tract outlet system, testicles, prostate and hemato-oncological tumors, and assess the suitability and benefits of this examination mode in these indications. With a correct indication for FDG-PET/CT examination, this modality brings, despite the high costs, a considerable medical profit as well as economical saving of oncological therapy costs. KLÍČOVÁ SLOVA nádory ledvin vývodné cesty močové prostata hematoonkologické nádory pozitronová emisní tomografie výpočetní tomografie KEY WORDS renal tumors urinary tract outlet system prostate hemato-oncological tumors positron emission tomography computer tomography ÚVOD Koncept hybridního zobrazení pomocí pozitronové emisní tomografie (PET) a výpočetní tomografie pochází z 2. poloviny 90. let minulého století. První systém spojující obě modality (PET/CT) v jediný přístroj byl uveden do provozu v roce 1998, komerční výroba PET/CT-skenerů se datuje od roku 2001. V krátké době zaujaly hybridní systémy většinu trhu PET a nové instalace jsou obsazovány prakticky jen hybridními systémy. PET je způsob zobrazení, který využívá β + -rozpadu některých radionuklidů, z nichž 36
A B C D E F Obr. 1. Vysoce akumulující karcinom ledviny, metastatické postižení plicního parenchymu. Rozsáhlý konvenční karcinom horní poloviny levé ledviny s typickým nálezem na koronární rekonstrukci CT (A), na fúzovaném obrazu PET a CT 1:1 (B) je dobře patrná vysoká akumulace F-FDG promítající se do morfologického CT-obrazu, čistě metabolické zobrazení PET (C) zobrazuje, že v daném případě je akumulace F-FDG v centrální části tumoru mnohonásobně vyšší než je ve zdravém parenchymu pravé ledviny. V plicním parenchymu byla objevena metastáza vysoce akumulující FDG podobně jako primární nádorové ložisko - koronární HRCT-rekonstrukce (D), fúze PET a CT 1:1 (E), čisté PET zobrazení (F). je nejvíce využíván izotop fluoru F s poločasem rozpadu 110 minut, ostatní izotopy mají velmi krátký poločas a jsou k běžné diagnostice nevhodné. Rozpadem vzniká kromě neutrina kladně nabitá částice pozitron, který ve velmi krátké době a v krátké vzdálenosti od mateřského atomu reaguje s elektronem. Takzvanou anihilací vzniká dvojice kvant gama záření o energii 511 kev (v porovnání Roentgenovo záření se pohybuje na energetické hladině kolem 70 kev - zkřížená registrace emisního záření jedním detektorovým systémem vzhledem k diametrální odlišnosti energií proto není možná). Charakteristickou vlastností takto vzniklého záření je, že se šíří navzájem pod úhlem 0, toho využívá takzvaný koincidenční způsob registrace detektorovou soustavou. PET-subsystém je u moderních přístrojů vybaven vysoce citlivými detektory vyrobenými z lutecium-ortosilikátu (LSO) umístěnými na statickém gantry po celém obvodu 360. Materiál detektorů je citlivý k vysokoenergetickému gama záření vznikajícího anihilací. Pomocí PET je možno získávat informace o metabolických přeměnách ve zdravé a patologické tkáni. Nejčastěji využívaným nosičem pro PET je F-deoxyglukóza ( F-FDG), která je analogon glukózy a díky vzájemné kompetici umožňuje mapovat glykolytickou aktivitu ve tkáních [1,2]. Dalšími méně užívanými a špatně komerčně dostupnými nosiči jsou Na F (kostní metabolizmus), F-thymidin (proliferace buněk), F-cholin (metabolizmus prostatické tkáně) a jiné. Tkáňový transportér přenáší F-FDG do buňky, v níž je hexokinázou fosforylována na F-FDG-6-P. Nemůže však dokončit glykolýzu, a protože v patologických tkáních, především v nádorových buňkách je nízká aktivita glukózo-6-fosfatázy, hromadí se v nich. Patologická tkáň je tak zdrojem koincidenčního záření vznikajícího rozpadem F. Pro F-FDG je charakteristický vysoký metabolický obrat. Fyziologicky se F-FDG hromadí v mozku, srdečním svalu, játrech a ledvinném parenchymu. Z nádorových tkání vykazují nejvyšší obrat F-FDG vysoce maligní lymfomy, melanoblastom, kolorektální karcinom a skvamózní karcinomy, vysokou většinu nádorů pankreatu, nádory varlete, bronchogenní karcinom a také většina renálních karcinomů, nízká aktivita je typická pro mucin produkující nádory a pro karcinom prostaty [1-4,6,13]. Pro zobrazení ledvin a močových cest a díky probíhající renální clearance také v dutém systému ledvin, močovodech a močovém měchýři. Důležitou skutečností je, že pro definitivní hodnocení sekundárního nádorového postižení mozku a mozkových plen je bezpodmínečně nutné vyšetření mozku 37
A B A C D B Obr. 2. Generalizace karcinomu ledviny po nefrektomii. Celotělový obraz PET pomocí MIP-rekonstrukce (maximum intensity projection) ukazuje mnohočetné fokusy vysoké akumulace F-FDG ve skeletu a v oblasti hrudníku. V plicním parenchymu byla objevena mnohočetná objemná ložiska vysoce akumulující FDG koronární HRCT-rekonstrukce (B), fúze PET a CT 1:1 (C), čisté PET-zobrazení (D). zobrazením magnetickou rezonancí (MRI), které zahrnuje postkontrastní T1-spinecho-sekvenci s použitím faktoru magnetizačního posunu (T1 SE MTC). CT-vyšetření je možno provést zcela plnohodnotně jako u samostatných CT-přístrojů. Zkřížená registrace emisního záření jedním detektorovým systémem vzhledem k diametrální odlišnosti energií není možná. Pokud je integrován do hybridního skeneru multidetektorový přístroj, je možné využít všech jeho předností včetně fázového zobrazení či provedení CT-angiografie. Základní ideou zobrazení PET/CT je fúze anatomického zobrazení pomocí výpočetní tomografie a zobrazení metabolické aktivity nosiče značeného radionuklidem s β + -rozpadem. Subsystém výpočetní tomografie neslouží jen k prostému CT-vyšetření, ale je využíván i v rekonstrukčním algoritmu dat PET pro takzvanou korekci atenuace, to znamená vyrovnání zeslabení aktivity hluboko uložených struktur vyvolaného absorpcí záření ve tkáních. METODIKA VYŠETŘENÍ Vyšetření provádíme na 16řadém systému Biograph 16 (Siemens, Erlangen/Knoxville, Německo/USA) vybaveném detektory LSO v souosém systému integrovaného PET- a CT-gantry. Příprava nemocného Nemocný před vyšetřením lační, může pít jen neslazené nápoje. U nemocných, kteří trpí diabetem, je třeba glykémii kompenzovat do hodnoty 10 mmol/l, aby se mohla uplatnit kompetice F-FDG a glukózy. Bezprostředně před aplikací F-FDG je glykémie změřena [1,2]. Obr. 3. Diferenciální diagnostika metastáz germinativního nádoru varlete v retroperitoneu. Metastáza v parakavální uzlině v typické lokalizaci u renálního cévního svazku vysoce akumuluje F-FDG, zobrazení fúze PET a CT 1:1 (A). Hematom v retroperitoneu na úrovni soutoku společných pánevních žil ve srovnání s metastázou neakumuluje F-FDG vůbec, na jeho povrchu je lem nevýrazně zvýšené akumulace F-FDG (B). Aplikace radiofarmaka Intravenózně je aplikována F-FDG o aktivitě kolem 400 MBq (v závislosti na hmotnosti), následuje akumulační fáze 60 minut, kdy nemocný v klidu leží na lůžku, aby mohla F-FDG vstupovat jen do tkání se zvýšeným metabolizmem glukózy. Svalový tonus a eventuelní pohyb zvyšuje nechtěnou akumulaci F-FDG v příčně pruhované svalovině. Během akumulační fáze probíhá perorální příprava, kdy nemocný frakcionovaně pije 1 000 ml osmoticky aktivní vodný roztok cukerného alkoholu manitolu v koncentraci 2,5 %. 38
Akvizice a rekonstrukce CT-dat Pro akvizici dat je využita kolimace 16 0,75 mm s posunem stolu mm/rot, při periodě rotace gantry 500 ms. Pokud není kontraindikací intravenózní aplikace jodové kontrastní látky, je vyšetření provedeno jako postkontrastní. Dvoupístovým přetlakovým injektorem aplikujeme 100 ml neiontové jodové kontrastní látky s koncentrací nejméně 350 mgi/ml průtokem 3 ml/s s proplachem 50 ml fyziologického roztoku. Při vyšetření z indikace nádor ledviny je vyšetření provedeno dvoufázově v arteriální a venózní fázi, abychom mohli využít všech výhod multidetektorové výpočetní tomografie v zobrazení nádoru ledviny i jeho vaskularizace. Data jsou rekonstruována v poli 700 mm pro korekci atenuace PET-dat a dále v poli 420 mm pro zobrazení trupu pomocí tenkých řezů šíře 1 mm a algoritmem rekonstrukce pro měkké tkáně a pro HRCT. Rozsah vyšetření se volí od báze lební po proximální třetinu stehen. Akvizice a rekonstrukce PET-dat Akvizice emisního PET-skenu probíhá v několika úrovních (tzv. postelích z angl. bed position ) v pozicích o šíři 15 cm. V jedné pozici jsou načítána data 3 minuty, celý sken obsahuje 7 pozicí, tedy přibližně 21 minut. Souběžně jsou rekonstruována data s korekcí atenuace a následně potom data nekorigovaná. Hodnocení Hodnocení hybridního zobrazení provádí v součinnosti zkušený radiolog a lékař nukleární medicíny. Jsou detekovány fokusy hypermetabolizmu a úroveň jejich aktivity, ložiska jsou anatomicky lokalizována v 3D-prostředí softwaru pro fúzi CT- a PET-dat. CT pomáhá jednak lokalizovat fokusy patologické akumulace F-FDG, také však slouží k odlišení fyziologické akumulace. Samotné CT-vyšetření zahrnuje hodnocení parenchymových orgánů, jako jsou ledviny, játra, slezina, pankreas, dále cévní soustava, mediastinum a retroperitoneum, vývodné cesty močové. Pro hodnocení plicních ložisek a intersticia a pro zobrazení kostních změn je využita rekonstrukce dat CT-algoritmem pro vysoké rozlišení (HRCT). NÁDORY LEDVIN Akumulace F-FDG je v tkáních renálního karcinomu vysoká, vzhledem k vysokému obratu zdravé tkáně ledviny, je izolované hodnocení PET velmi obtížné. Protože je však k dispozici vynikající zobrazení pomocí multidetektorového CT, které má samo o sobě velmi vysokou senzitivitu k detekci renálního karcinomu a stagingu lokální invaze a zahrnuje i zobrazení funkčních perfuzních změn nádoru a ledviny, je možno velmi dobře detektovat jak nádor, tak jeho hypermetabolickou tkáň a avitální či cystoidní komponentu. PET přináší zásadní informace o postižení retroperitoneálních uzlin, při němž mohou být přítomny metastázy i v uzlinách velikosti pod 10 mm, které by byly dle CT pod kritériem velikosti metastatického postižení. Velmi vhodnou indikací se zdá restaging a zejména podezření na mnohočetnou generalizaci do skeletu a plic [3-8]. NÁDORY VÝVODNÉHO SYSTÉMU MOČOVÉHO V nádorové tkáni z přechodního typu epitelu močových cest se vysoce akumuluje F-FDG, ale při vylučování nosiče do moči je aktivita nádorové tkáně překryta vysoce aktivním pozadím moči. F-FDG PET/CT je však možné s výhodou použít k restagingu onemocnění, především v detekci retroperitoneálních a pánevních metastáz v mízních uzlinách [9,10]. NÁDORY PROSTATY Vzhledem k nízké akumulaci F-FDG v primárním ložisku i v metastatických fokusech je možnost použití PET/CT výrazně limitována, slibným může být v jiný nosič F-cholin, jak ukazují některé experimentální práce[13]. NÁDORY VARLETE Velmi vysoká akumulace F-FDG ve všech typech nádorů varlete je značnou výhodou pro využití 8F-FDG PET/CT v primárním stagingu onemocnění i v restagingu. Významným může být také hodnocení účinku chemoterapie, protože je možno zaznamenat účinnost probíhající léčby na vitalitu nádorové tkáně. Pokud se uprostřed cyklů nedostaví, snížení metabolické aktivity metastáz je nutné předpokládat její nedokonalý účinek. Pro definitivní restaging po terapii je nutné nemocného vyšetřit nejméně 3 měsíce po ukončení poslední radioterapie či chemoterapie [11,12]. NÁDORY HEMATOONKOLOGICKÉ Jako ve všech ostatních lokalizacích výskytu nonhodgkinských lymfomů i maligního lymfogranulomu, tak i při postižení ledvin lymfomy je plně indikováno zobrazení F-FDG PET/CT k primárnímu stagingu, hodnocení odpovědi na terapii, definitivnímu restagingu po terapii, i podezření na relaps onemocnění[1,2]. ZÁVĚR F-FDG PET/CT je velmi nová diagnostická zobrazovací modalita, která v sobě zahrnuje koncepci vysokorozlišovacího přístupu radiodiagnostiky a molekulárního konceptu zobrazování, zastoupeného metodou nukleární medicíny. U nádorových onemocnění PET/CT-vyšetření je možné indikovat jako jediné celotělové vyšetření místo ultrazvukového vyšetření a samotného CT-vyšetření břicha, pánve, retroperitonea a plic, zdůrazňujeme, že plně hodnotné CT-vyšetření je součástí tohoto zobrazení a je nutné je také kvalitně hodnotit radiologem s vysokým stupněm zkušeností s hodnocením CT. Vysoká cena jediného vyšetření může být ve správných indikacích ve svém důsledku nejen medicínským přínosem, ale může snížit i ekonomické náklady na onkologickou terapii a na zobrazovací metody. V současnosti je optimální indikací na 16řadém systému PET/CT-staging, restaging a hodnocení odpovědi na terapii u nádorů varlat, staging u uroteliálních karcinomů s podezřením na metastatické postižení uzlin a skeletu, restaging karcinomu renálního s podezřením na generalizaci do skeletu a jeho primární staging při hraničně operabilních nádorech a také podezření na postižení ledvin lymfomem. Pro staging a restaging karcinomu prostaty není zatím PET/CT pomocí F-FDG vhodným vyšetřením. Literatura 1. Bar Shalom R, Keidar Z, Guralnik L et al. Added value of fused PET/CT imaging with FDG in diagnostic imaging and management of cancer patients. J Nucl Med 2002; 43: 32-33. 2. Antoch G, Vogt FM, Freudenberg LS et al. Whole body dual modality PET/CT and whole body MRI for tumor staging in oncology. JAMA 2003; 290: 3199-3206. 3. Kocher F, Grimmel S, Hautmann R et al. Positron emission tomography. Introduction of a new procedure in diagnosis of urologic tumors and initial clinical results. J Nucl Med 1994; 35: 223. 4. Bachor R, Kotzerke J, Gottfried HW et al. Positron emission tomography in diagnosis of renal cell carcinoma. Urologe A 1996; 35: 146-150. 39
5. Safaei A, Figlin R, Hoh CK et al. The usefulness of F- deoxyglucose whole body positron emission tomography (PET) for restaging of renal cell carcinoma. Clin Nephrol 2002; 57: 56-62. 6. Choyke PL, Amis ES jr, Bigongiari LR et al. Renal cell carcinoma staging. American College of Radiology. ACR Appropriateness Criteria. Radiology 2000; 215(Suppl):721-725. 7. Israel G, Bosniak MA. Renal imaging for diagnosis and staging of renal cell carcinoma. Urol Clin N Am 2003; 30: 499-514. 8. Raptopoulos VD, Blake SP, Weisinger K et al. Multiphase contrast-enhanced helical CT of liver metastases from renal cell carcinoma. Eur Radiol 2001; 11: 2504-2509. 9. Kopka L, Fischer U, Zoller G et al. Dual-phase helical CT of the kidney: value of corticomedullary and nephrographic phase for evaluation of renal lesions and preoperative staging of renal cell carcinoma. AJR 1997; 169: 1573-1578. 10. Cheon JJWY, Wafgenr BJ, Davis CJ. AFIP archives: transitional cell carcinoma of the urinary tract: radiologic-pathologic correlation. Radiographics 1998; : 123-128. 11. Cremerius U, Effert PJ, Adam G et al. FDG PET for detection and therapy control of metastatic germ cell tumor. J Nucl Med 1998; 39: 815-822. 12. Cremerius U, Widberger H, Borchers H et al. Does positron emission tomography using -fluoro-2- deoxyglucose improve clinical staging of testicular cancer? - Results of a study in 50 patients. Urolology 1999; 54: 900-904. 13. Liu IJ, Zafar MB, Lai YH et al. Fluorodeoxyglucose positron emission tomography studies in diagnosis and staging of clinical organ-confined prostate cancer. Urology 2001; 57: 108-111. 14. Kosuda S, Kison PV, Greenough R et al. Preliminary assessment of fluorine- fluorodeoxyglucose positron emission tomography in patients with bladder cancer. Eur J Nucl Med 1997; 24: 615-620. 15. Freudenberg LS, Antoch G, Schutt P et al. FDG- PET/CT in re-staging of patients with lymphoma. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2003; 26: 256-198. doc. MUDr. Jiří Ferda, Ph.D. 1,2 MUDr. Eva Ferdová 1,2 prim. MUDr. Jan Záhlava 1 doc. MUDr. Milan Hora, Ph.D. 3 MUDr. Miroslava Schützová 4 1 oddělení nukleární medicíny FN Plzeň-Lochotín 2 Radiodiagnostická klinika LF UK a FN Plzeň 3 Urologická klinika LF UK a FN Plzeň 4 hematoonkologické oddělení FN Plzeň 40