Tampereen yliopistolliseen sairaalaan (TAYS) hankittiin pari vuotta sitten gammakamera, jossa on lisäominaisuutena mahdollisuus positronikuvaukseen. Tässä kirjoituksessa käsitellään kyseisen kuvausmenetelmän teknisiä perusteita ja arvioidaan syöpäpotilaiden kuvauksista saatuja ensimmäisen vuoden omia kokemuksia.

Johdanto

18F-radioisotoopilla leimattu fluorideoksiglukoosi (FDG) on osoittautunut erityisen hyödylliseksi merkkiaineeksi monien syöpätautien biologisten ominaisuuksien ja levinneisyyden selvittämisessä sekä hoidon tehon seuraamisessa (1,2,3,4,5,6). Kansainvälisen onkologian työryhmän suosituksen mukaan PET-tutkimusten saatavuus on välttämätöntä kaikille syövänhoitokeskuksille (7). Koska 18F on positronisäteilijä, tarvitaan kuvauksessa PET-kamera - kallis erikoislaite, jollaisia on käytettävissä vain kaikkein vauraimmissa maissa, ja niissäkin rajoitetusti. Vastikään on kuitenkin tullut mahdolliseksi suorittaa PET-kuvauksia myös lähes tavanomaisella kaksipäisellä gammakameralla. Tämä on oleellisesti lisännyt FDG-PET-tutkimusten saatavuutta kliiniseen käyttöön.

Merkkiaine

Fluorideoksiglukoosileimaus (8) on Suomessa näihin päiviin asti tehty Turun yliopiston radiolääkelaboratoriossa, Åbo Akademin kiihdytinlaboratoriossa tuotetulla aktiivisuudella. Turusta yhdistettä on saatu myös TAYS:aan. Kesällä 2000 käynnistyi FDG:n tuotanto myös Helsingin yliopiston kemian laitoksen syklotronilla yhteistyössä kotimaisen radiolääkevalmistajan MAP Medical Technology:n kanssa, ja sittemmin olemme käyttäneet tilanteen mukaan kummaltakin valmistajalta saatavaa valmistetta. 18F:n fysikaalinen 110 minuutin puoliintumisaika on kyllin pitkä, jotta sillä leimattu merkkiaine voidaan kuljettaa kahdessa tunnissa taksilla Turusta ja Helsingistä Tampereelle. Kuljetusajan vaikutus yhdisteen aktiivisuuteen kompensoidaan nostamalla lähetyksen alkuaktiivisuutta. Kuljetus on sujunut meillä ongelmitta.

Positronikuvaus gammakameralla

18F-ytimien hajoamisessa vapautuvat positronit absorboituvat potilaan kudoksissa hajoamispaikan lähelle ja lähettävät samalla kaksi vastakkaisiin suuntiin kulkevaa suurienergiaista, 511 keV:n, gammakvanttia. Kuvattaessa potilas sijoitetaan kahden vastakkaisen säteilynilmaisimen väliin, joilla havaitaan samanaikaisia (koinsidenssissa olevia) gammapareja. Kuvanmuodostus perustuu siihen tietoon, että positronin häviämispaikka on ollut gammasäteiden havaintopisteiden välisellä suoralla. Ilmaisinten edessä ei tarvita tavanomaista lyijystä rakennettua kollimaattoria, jolloin säteilyn havaitsemistehokkuus muodostuu hyväksi. Aktiivisuusjakautuma potilaan sisällä arvioidaan matemaattisesti rekonstruoimalla.

Perinteinen PET-kamera koostuu renkaan muotoon asetetusta sarjasta ilmaisimia (9). Uudet gamma-PET-kamerat puolestaan muodostuvat kahdesta (DH-PET, dual-head PET) tai kolmesta vastakkain asetetusta gammakamerapäästä. Vaikka laitteiden rakenteen välillä on selvä ero, on kuvauksen periaate molemmissa sama. Laitteiden yksityiskohtainen tekninen kuvailu ei kuulu tämän kirjoituksen piiriin.

TAYS:n gamma-PET-laite

Tampereella on käytössä kaksipäinen 19 mm:n paksuisella ilmaisimella varustettu gammakamera Axis (Marconi Medical, USA, Ohio). Kuvauksessa käytetään poikittaisia liuskakollimaattoreita, joilla säteily pakotetaan osapuilleen poikkileiketasoihin. Rekonstruktiolaskennassa on käytössä kaksiulotteinen iteratiivinen (OSEM) rekonstruktioalgoritmi. Vaimennuskorjausta ei ole käytetty ja kuvien suodatuksessa on pidättäydytty pienimpään. Käyttämämme injektioaktiivisuus on 220 MBq. Maksimaalinen pulssitaajuus erillisiä gammoja mitattaessa on luokkaa 1 Mcts/s. Tästä jää jäljelle koinsidenssissa olevia gammapareja 15 000 cts/s.

Tulostusesimerkit: kokokehokuva ja leikekuva

Kuvassa 1a on muutamia leikkeitä kokokehon kuvauksesta. Tässä kuvausmuodossa potilaspöytä liikkuu paikallaan pysyvien kamerapäiden välitse. Gammasäteitä saadaan kuvatuksi näin ollen vain muutamasta kulmasta potilaan ylä- ja alapuolelta, sivuilta gammakvantteja ei saada. Mittaustiedosta voidaan kuitenkin laskea leikekuvat potilaan frontaalitasossa melko tarkasti. Saatujen kokovartaloleikekuvien erotuskyky on kuvatasossa hyvä, mutta syvyyssuunnassa huono. Siitä huolimatta tällainen yleiskuva antaa havainnollisen yleisvaikutelman aktiivisuuden jakautumisesta. Koska kokovartalokuvan erotuskyky ei ole paras mahdollinen, se ei voi olla ainoa kuvausmuoto.

Tarkemmat leikekuvat (kuva 1b) saadaan, kun kerätään dataa potilaan kaikilta puolilta antamalla kameran kiertää potilaan pituusakselin ympäri. Kuvaus voidaan toteuttaa esimerkiksi 3 asteen välein. Kun tietoa on olemassa yhä useammasta kulmasta potilaan ympäriltä, käy rekonstruoitu leikekuva yhä tarkemmaksi. Pyörityskuvassa jää tietoa keräämättä vain potilaan pää- ja jalkapuolelle jäävistä kulmista, johtuen kameran äärellisestä pituudesta.

Paremman paikkaerotuskyvyn saavuttamiseksi olemme käyttäneet tietokonetomografia- ja gamma-PET-kuvien yhdistelmäkuvaa (fuusiokuva, kuva 2).

KOKEMUKSIA POTILASKUVAUKSISTA TAMPEREELLA

Kuvauksia kertyi marraskuuhun 2000 mennessä 60. Näistä yksi tehtiin aivojen, yksi sydänlihaksen ja yksi luutulehduksen kuvaamiseksi, mutta kaikki muut 57 kuvausta suoritettiin onkologisin kysymyksenasetteluin (kuvio 1).

Tärkeimmät kysymyksenasettelut ovat olleet syöpäkasvaimen diagnostinen selvittely, levinneisyyden arviointi ja hoitovasteen määrittäminen, erityisesti ns. jäännöstuumorin vitaalisuuden arviointi. Valtaosa tutkituista potilaista oli lymfoomapotilaita.

Kuvaus tehtiin osana primaarista diagnostista selvittelyä vain neljälle potilaalle. Kaikilla oli todettu muilla kuvantamiskeinoilla tuumorimainen, pahanlaatuiseksi epäilty massamuutos: patologisiksi tulkitut imusolmukkeet kaulalla, tuumori lisämunuaisessa, tuumori rintarangan alueella spinaalikanavassa tai aiempi lipeäleesio ruokatorvessa. Yrityksistä huolimatta niistä ei kuitenkaan ollut saatu sytologista tai histologista varmistusta. Näistä tapauksista kolmessa ei ollut gamma-PET-kuvauksessa aktiviteettia, mikä viittaa hyvänlaatuiseen prosessiin.

Lymfooma

Lymfoomapotilaista 21 sairasti non-Hodgkin-lymfoomaa ja 6 Hodgkinin tautia. Viimemainituista yhdelle tehtiin kuvaus uusiutuneen taudin levinneisyyden määrittämiseksi. Hänellä todettiin kliinisesti ja tietokonetomografiakuvissa lymfoomaan sopivat löydökset oikeassa kainalossa ja pernassa. Gamma-PET-kuvauksessa näiden löydösten lisäksi myös para-aortaalisesti ja mediastinumissa oli aktiiviseen lymfoomaan sopiva muutoksia (kuva 3), vaikka tietokonetomografiakuvissa näillä alueilla näkyi vain normaalikokoisia imusolmukkeita.

Hodgkinin tauti on hyvin sytostaattiherkkä, ja kirjallisuudessa on viitteitä siitä, että hoitovastearviot pitäisi tehdä jo varsin varhaisessa vaiheessa, mahdollisesti jo viikon kuluttua sytostaattihoidon aloittamisesta. Tähän viittaa myös oma kokemuksemme. Kuvasimme uusiutunutta sekasoluista Hodgkinin tautia sairastavan potilaan ennen hoitoa ja heti yhden sytostaattihoidon jälkeen (kuva 4). Kaikki lymfoomamuutoksiksi tulkitut kertymät (luustossa, mediastinumissa, hiluksissa) olivat hävinneet.

Neljälle Hodgkinin tautia sairastavalle potilaalle tehtiin kuvaus primaarihoitovasteen arvioimiseksi sytostaattihoidon (vähintään 2 solunsalpaajahoitosyklin) jälkeen. Yhdellä potilaista ongelman muodosti lantiossa persistoiva tuumorimassa, vaikka muualla tauti näytti reagoivan hoitoon erinomaisesti. Kyseinen massamuutos oli gamma-PET-kuvauksessa aktiivinen ja siitä otettiin histologinen näyte. Tuumori osoittautui aggressiiviseksi non-Hodgkin-lymfoomaksi ja hoito suunnattiin sen mukaisesti.

Non-Hodgkin-lymfoomaa sairastaville potilaille gamma-PET-kuvaus tehtiin useimmiten (n = 17) lisä- informaation saamiseksi hoitovastetta arvioitaessa. Muilla kuvantamiskeinoilla (TT, MRI) oli edelleen nähtävissä massamuutoksia, mutta niiden luonne jäi epäselväksi, mikä on erittäin usein toistuva ongelmatilanne lymfoomien hoidossa. Seitsemästätoista potilaasta kahdellatoista oli vielä selvä aktiiviseen lymfoomaan sopiva löydös gamma-PET-kuvauksessa. Tämä kuvastaa sitä, että kuvattavaksi valikoituivat potilaat, joilla oli muiden tekijöiden valossa suuri riski aktiivisen lymfooman persistointiin hoitojen jälkeen. Yhden potilaan kuvausindikaatio oli para-aortaalisen, sytostattihoidon jälkeen persistoivan, massamuutoksen aktiivisuuden arviointi ennen suunnitteilla ollutta konsolidaatiosädehoitoa. Yllätyksenä löytyi kaulalta selvä aktiivinen uusi pesäke, jota ei anatomisten olosuhteiden vuoksi (lyhyt, paksu kaula) kliinisesti osattu epäillä. Sen sijaan para-aortaalialue oli negatiivinen. Sädehoidosta luovuttiin ja potilas hoidettiin uudella sytostaattiyhdistelmällä kantasolusiirron tuella. Hoidon jälkeen gamma-PET-kuvauksessa ei ollut todettavissa tautimuutoksia.

18F-FDG-kuvaus näyttää olevan herkkä osoittamaan nopeasti jakautuvan tuumorisolukon laajuuden myös silloin, kun muutoksia ei voida varmuudella havaita tietokonetomografiakuvauksessa. Tästä esimerkkinä on Burkittin lymfoomaa sairastava potilas, jonka tietokonetomografiakuvauksessa ei näkynyt mitattavia patologisia muutoksia, mutta jonka gamma-PET-kuvissa taas nähtiin erittäin laajat vatsa- ja osittain rintaontelon seinämänmyötäiset aktiiviseen tuumoriin sopivat kertymät (kuva 5).

Yhteensä 8 lymfoomapotilasta on tutkittu toistetusti, tarkoituksena seurata hoitotoimenpiteiden tehokkuutta. Näistä potilaista neljällä aikaisemmin todetut löydökset olivat hävinneet, neljällä todettiin edelleenkin positiivinen löydös.

Pään ja kaulan alueen tuumorit

Pään ja kaulan alueen tuumoripotilaille (n = 9) teimme gamma-PET-kuvauksen taudin levinneisyyden selvittämiseen etenkin muiden tutkimusten jälkeen epäselviksi jääneissä tilanteissa. Kuvaus tehtiin leikkauksen laajuuden määrittämiseksi sekä taudin uusiutumisen selvittämiseksi. Useilla potilailla oli taustalla jo aiempia leikkauksia, mikä myös vaikeutti kliinistä ja tietokonetomografiakuvin tehtävää tilannearviota. Ryhmän heterogeenisuuden vuoksi sen yksityiskohtainen analyysi ei ole tässä mahdollista.

Kivessyöpä

Viidestä kivessyöpäpotilaasta kolmen kohdalla arvioitiin annetun hoidon vastetta ja kahdella selvitettiin levinneisyyttä. Yhden potilaan gamma-PET-kuvauksen peruste oli vuosia aktiivisten onkologisten hoitojen jälkeen seurannassa kohoamaan lähtenyt kasvainmerkkiaine (AFP) ilman tietokonetomografialöydöksiä. Gamma-PET-kuvauksessa ilmeni aktiivinen kertymä mediastinumissa. Leikkauksessa kertymän alueelta poistettiin teratokarsinooman metastaasi.

Sarkoomat

Ewingin sarkoomaa sairastavan potilaan taudin levinneisyyden määrittämiseksi tehtiin ensin tavallinen luuston gammakuvaus, jossa päällekkäin normaalin munuaiskertymän kanssa näytti olevan alimpaan kylkiluuhun epäselväksi jäävä kertymälöydös - natiiviröntgenkuva tulkittiin normaaliksi. Gamma-PET-kuvissa kuitenkin samaan kylkiluualueeseen liittyi selvä patologinen kertymä, mikä vahvisti metastaasiepäilyä. Myöhemmin hoidon edetessä kyseinen kylkiluu poistettiin ja etäpesäke varmistettiin histologisesti.

Kahdelle muulle sarkoomapotilaalle tehtiin kuvaus hoitovasteen arvioimiseksi. Toinen potilaista sairasti osteosarkoomaa ja hänen hoitonsa jälkeinen seuranta oli osoittautunut hankalaksi perinteisemmillä kuvausmenetelmillä (TT, MRI), koska säästävän leikkauksen yhteydessä raajaan oli asetettu metalliproteesi. Gamma-PET-kuvauksessa ilmeni, että poikkeavaksi tulkittuja kertymiä ei leikkausalueella ollut.

Kaikkien kuvattujen potilaiden kohdalla voidaan perustellusti sanoa, että gamma-PET-kuvaustulos vaikutti jatkohoitosuunnitelmiin, joko oleellisesti ohjaten niitä lisähoitojen suuntaan tai antaen tukea päätökselle hoidon riittävyydestä.

POHDINTA

Gamma-PET-laitteita on ollut yleisesti käytössä nyt jo yli kahden vuoden ajan. Niiden käyttöä koskevista raporteista (10,11,12,13,14,15) on luettavissa tyytyväisyyttä menetelmän herkkyyteen. Julkaisuissa on tultu siihen loppupäätelmään, että vaikka perinteinen PET on parempi, gamma-PET on käyttökelpoinen kliiniseen työhön.

Gamma- ja perinteisen PET:n vertailuissa gamma-PET:n sensitiivisyys on laitteiden kehittyessä parantunut ollen viimeisimpien julkaisujen perusteella varsin hyvä. Saavutettu havaintotehokkuus vaihtelee sen mukaan, minkä alueen syövästä on kysymys. Weber työtovereineen suoritti potilaille peräkkäin ensin perinteisen PET- ja sitten gamma-PET-kuvauksen samalla merkkiaineinjektiolla. Potilaista 96:lla oli tiedossa olevia keuhkolöydöksiä röntgen- ja tietokonetomografiakuvissa; 24 potilasta toimi verrokkina. Tässä aineistossa gamma-PET:n sensitiivisyys oli 97 % ja spesifisyys 80 %. Kun aineisto jaettiin vielä keuhkolöydöksen koon mukaan luokkiin, oli herkkyys kokoluokassa 1-2 cm 88 %, luokassa 2-4 cm 100 % ja luokassa yli 4 cm se oli 96 %. Alavartalon alueella gamma-PET ei toimi yhtä hyvin (16). Pään ja kaulan alueen kasvaimia tutkittaessa Stokkel ym. (14) vertasivat 20 potilaan aineistossa gamma-PET:a, tietokonetomografiaa ja ultraääntä ja sai näille herkkyydeksi vastaavasti 100 %, 89 % ja 87 %, spesifisyydeksi 90 %, 93 % ja 50 %.

Syöpätautien lisäksi myös tulehdukselliset prosessit keräävät fluorideoksiglukoosia vähentäen tutkimuksen spesifisyyttä. Toisaalta, kyseisen ominaisuuden vuoksi fluorideoksiglukoosia voi käyttää tulehduspesäkkeiden kuvauksessa (2). Fluorideoksiglukoosin mahdollinen fysiologinen kertymä lihaksiin ja suolistoon voi aiheuttaa joskus tulkintaongelmia. Munuaisten, virtsateiden ja virtsarakon aktiivisuus on sen sijaan yleensä helppo erottaa mahdollisista patologisista kertymistä.

Tässä pienessä aineistossa gamma-PET-kuvaus vaikutti nimenomaan lymfoomapotilaiden hoitolinjoihin oleellisesti. Kiveskasvainten osalta negatiivinen löydös FDG-kuvauksessa on ongelmallinen tuumoreiden heterogeenisuuden vuoksi. Saman potilaan tuumori voi olla komponenteiltaan osittain hyvin nopeakasvuista, osittain vähän proliferoivaa solutyyppiä. Mikäli aktiivisen hoidon jälkeen tietokonetomografiakuvauksissa näkyy jäännöstuumori ja 18F-FDG-kuvaus on negatiivinen, on löydöksen varmistaminen kirurgisesti tai ainakin erittäin tarkka seuranta perusteltua. Eräissä ongelmatilanteissa gamma-PET tarjosi käyttökelpoisen seurantamenetelmän, kun luukasvaimen seurannassa ei metallisten vierasesineiden vuoksi tietokonetomografian ja magneettikuvauksen käyttö ollut mahdollista.

Pään ja kaulan alueen syövän vuoksi tutkittujen potilaiden määrä oli varsin pieni. Kokemusta ei ole vielä kertynyt muiden jo yleisesti FDG-kuvaukseen hyväksyttyjen potilasryhmien osalta (esim. paksu- ja peräsuolisyöpä, ei-pienisoluinen keuhkosyöpä).

SÄTEILYTURVALLISUUS

Potilaan kannalta tutkimus on kohtuullisen säteily-ystävällinen, sillä kuvanmuodostamiseen tarvittava aktiivisuus on nopeasta puoliintumisesta johtuen suhteellisen pieni. Efektiivinen annosekvivalentti aikuiselle potilaalle on 0,027 mSv/MBq (17). Tavallisesti potilaiden kuvauksessa käytetty aktiivisuus 220 MBq tuottaa silloin 6 mSv. Vertailun vuoksi mainittakoon, että luuston gammakuvauksen annosekvivalentti on 3,7 mSv, kun käytetään annosta 750 MBq. Suurienergiainen gammasäteily ei ole potilaan kannalta sen isompi suojeluongelma kuin pienienergiainenkaan säteily, päinvastoin. Potilaan saamasta annoksesta huomattava osa aiheutuu kylläkin primaarisesta positronisäteilystä, eikä ainoastaan 511 keV:n gammasäteilystä.

Henkilökunnan on käytettävä tavanomaista paksumpia lyijysuojia käsitellessään suurienergiaista isotooppia. TAYS:ssa suoritetuissa mittauksissa todettiin yhden fluorideoksiglukoositutkimuksen tekemisen tuottavan kuvauksen suorittavalle hoitajalle saman noin 1,5 mikroSv:n annoksen, kuin minkä hän saa kolmen tavanomaisen luuston gammakuvauksen suorittamisessa. Annosnopeus kuvaushuoneessa hoitajan oleskelupaikalla on fluorideoksiglukoosikuvauksessa 0,8 mikroSv/h ja luustokuvauksessa 99mTc-isotoopilla 0,3 mikroSv/h.

Gamma-PET:n taloudelliset edellytykset

Gamma-PET-kamera on hinnaltaan noin 15 % kalliimpi kuin tavallinen gammakamera. Perinteisen PET-kameran hinta on gammakameraan verrattuna noin kolminkertainen eikä sitä voi käyttää muuhun kuin PET-kuvaukseen. Jotta PET olisi taloudellisessa käytössä, on potilaita oltava jatkuva virta, mikä on mahdollista PET-keskuksissa, mutta ei näiden ulkopuolisissa sairaaloissa. Kuvausten lukumäärä on TAYS:ssa tämänhetkisen ajankäyttösuunnitelman mukaan 2-4 viikossa, siis korkeintaan 200 vuodessa. Taloudellisesti gamma-PET-kameran käyttö käy mahdolliseksi, koska samaa kameraa voidaan käyttää 18F-FDG-kuvausten ulkopuolella tavanomaisiin gammakuvauksiin (18).

On jopa esitetty, että gamma-PET voisi kokonaan korvata perinteisen PET-kameran kliinisessä fluorideoksiglukoosikuvauksessa (18). Gamma-PET-laitteiden nopea yleistyminen tuntuu perustelevan em. mielipidettä.

Jos taloudelliset seikat voitaisi unohtaa, on perinteinen PET-kamera ylivoimainen joka suhteessa. Erityisen selvästi gamma-PET häviää perinteiselle PET:lle, kun kertymiä halutaan kvantitoida (19). Vaimennuskorjauksen tärkeyttä on kirjallisuudessa korostettu (20), mutta gamma-PET-kuvausta kuitenkin suoritetaan enimmäkseen ilman sitä.

YHTEENVETO

Gamma-PET-kuvaus ei ole teknisenä suorituksena sen mutkikkaampi kuin mikä tahansa gammakameratutkimus. Kaikilla keskeisillä gammakameratoimittajilla on myynnissä tähän kuvausmuotoon sopivat lisälaitteistot kameroihinsa. Sopivasti valituissa potilastapauksissa tästä kuvausmuodosta on kiistatonta hyötyä. Se voinee korvata joissakin tapauksissa magneettikuvauksen tai tietokonetomografiakuvauksen. Tutkimuksen hinta on kuitenkin melko kallis ja verrattavissa jo käytössä olevien kalliiden isotooppitutkimusten hintatasoon, millä taas on oma vaikutuksensa siihen, millaisissa tapauksissa sitä voidaan käyttää.

Oletamme, että tämä kuvausmuoto tulee Suomessa selvästi yleistymään. Suomessa oli tätä artikkelia kirjoitettaessa käytössä TAYS:n kamera ja hankinnan eri vaiheissa viisi tai kuusi laitteistoa eri kaupungeissa (kesällä 2001 on Suomessa asennettuna kolme muutakin gamma-PET-laitteistoa: Helsingissä, Kuopiossa ja Lahdessa). Lentokuljetuksella kaikki maamme syövänhoitokeskukset ovat kuljetusmatkan päässä 18F-FDG:n tuotantoyksiköistä Turusta ja Helsingistä.