ポジトロン断層撮影

陽電子放出断層撮影（PET）は、生体組織の代謝および機能活動を生体内で研究する方法です。この方法は、体内に導入された放射性医薬品が様々な臓器に分布し蓄積する過程で観察される陽電子放出現象に基づいています。神経学において、この方法の主な応用分野は、様々な疾患における脳代謝の研究です。脳のどの領域においても核種の蓄積の変化は、神経活動の異常を示唆します。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

陽電子放出断層撮影の適応

陽電子放出断層撮影（PET）の適応症には、冠動脈バイパス移植手術または心臓移植を受ける患者における冬眠心筋の検査、および癌患者の腫大したリンパ節における転移と壊死および線維化の鑑別が含まれます。PETは、肺結節の評価と代謝活性の判定、肺癌、頸部癌、リンパ腫、および悪性黒色腫の診断にも用いられます。CT検査と陽電子放出断層撮影（PET）を組み合わせることで、形態学的データと機能的データを相関させることができます。

陽電子放出断層撮影の準備

PET検査は空腹時に行われます（最後の食事は検査の4～6時間前です）。検査時間は検査内容に応じて30分から75分です。投与された薬剤が体内の代謝プロセスに導入されるまでの30～40分間、偽陽性の可能性を減らすため、患者は運動、発話、感情活動を最小限に抑えた状態を保つ必要があります。このため、患者は防音壁で仕切られた別室に収容され、目を閉じて横たわっていただきます。

代替方法

磁気共鳴分光法、単一光子放出CT、灌流、機能的MRIなどの他の機能的神経画像診断法も、ある程度PETの代替として機能する可能性があります。

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

単一光子放出断層撮影

脳の生体構造の放射性同位元素検査のより安価な選択肢は、単一光子放出コンピュータ断層撮影です。

この方法は、放射性同位元素から放出される量子放射線の記録に基づいています。PET法とは異なり、単一光子放出CTでは代謝に関与しない元素（Tc99、TI-01）を使用し、対象物の周りを回転するyカメラを用いて、対になった量子（光子）ではなく、単一の量子（光子）を記録します。

単一光子放出コンピュータ断層撮影法（SEPCT）の改良法の一つに、局所脳血流の可視化があります。患者は、血液中で溶解するキセノン133を含む混合ガスを吸入させられ、コンピュータ解析を用いて、脳内の光子放出源の分布を約1.5 cmの空間分解能で三次元画像として構築します。この方法は、特に脳血管疾患や様々なタイプの認知症における局所脳血流の特性を研究するために用いられます。

結果の評価

PET評価は視覚的および半定量的な手法を用いて行われます。PETデータの視覚的評価は、白黒画像と様々なカラースケールを用いて行われ、脳の様々な部位における放射性医薬品の蓄積の強度を判定し、病的な代謝の病巣を特定し、その局在、輪郭、および大きさを評価することができます。

半定量分析では、同じ大きさの 2 つの領域間の放射性医薬品の蓄積の比率が計算されます。1 つは病理学的プロセスの最も活発な部分に対応し、もう 1 つは脳の変化していない反対側の領域に対応します。

神経学における PET の使用により、以下の問題を解決することができます。

• さまざまな刺激が与えられたときの脳の特定の領域の活動を研究する。
• 病気の早期診断を行う。
• 類似した臨床症状を示す病理学的プロセスの鑑別診断を実施する。
• 病気の経過を予測し、治療の有効性を評価します。

神経学におけるこの技術の主な適応症は次のとおりです。

• 脳血管病変;
• てんかん;
• アルツハイマー病およびその他の認知症
• 脳の変性疾患（パーキンソン病、ハンチントン病）
• 脱髄疾患;
• 脳腫瘍。

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ], [ 23 ]

てんかん

18-フルオロデオキシグルコースを用いたPETは、特に焦点性てんかんにおいててんかん焦点を検出し、これらの焦点における代謝異常を評価することを可能にします。発作間欠期には、てんかん焦点領域はグルコース代謝低下を特徴とし、代謝低下領域は、場合によっては構造的神経画像法を用いて同定された焦点の大きさを大幅に超えることがあります。さらに、PETは脳波や構造変化がない場合でもてんかん焦点を検出できるため、てんかん発作と非てんかん発作の鑑別診断に使用できます。PETと脳波（EEG）を併用することで、この方法の感度と特異度は大幅に向上します。

てんかん発作時には、てんかん焦点の領域で局所的なブドウ糖代謝の増加が観察され、多くの場合、脳の別の領域での抑制と組み合わせて見られ、発作後には再び代謝低下が記録され、その重症度は発作の 24 時間後に確実に減少し始めます。

PETは、様々な形態のてんかんに対する外科的治療の適応を決定する際にも効果的に活用できます。術前にてんかん病巣の局在を評価することで、最適な治療戦略を選択し、提案された介入の結果についてより客観的な予後予測を行うことが可能になります。

[ 24 ], [ 25 ], [ 26 ], [ 27 ], [ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ], [ 32 ]

脳血管病変

虚血性脳卒中の診断において、PETは虚血性脳卒中の周辺領域における生存可能かつ潜在的に回復可能な脳組織を特定する方法として考えられており、これにより再灌流療法（血栓溶解療法）の適応を特定することが可能になります。神経細胞の健全性のマーカーとして機能する中枢性ベンゾジアゼピン受容体リガンドを用いることで、脳卒中の初期段階において、虚血性脳卒中周辺領域における不可逆的に損傷した脳組織と生存可能な脳組織をかなり明確に区別することが可能になります。また、反復性虚血発作を呈する患者において、新鮮虚血巣と陳旧性虚血巣の鑑別診断を行うことも可能です。

[ 33 ], [ 34 ], [ 35 ], [ 36 ], [ 37 ], [ 38 ], [ 39 ], [ 40 ]

アルツハイマー病およびその他の種類の認知症

アルツハイマー病の診断において、PET の感度は 76 ～ 93% (平均 86%) の範囲にあり、これは剖検研究資料によって確認されています。

アルツハイマー病のPET所見は、主に大脳皮質の新皮質連合野（後帯状皮質、側頭頭頂皮質、前頭葉多様皮質）における脳代謝の顕著な局所的低下を特徴とし、優位半球でより顕著な変化が見られます。同時に、主要な感覚機能と運動機能を担う基底核、視床、小脳、大脳皮質は比較的健全な状態を維持しています。アルツハイマー病で最も典型的な所見は、脳の側頭頭頂皮質における両側性の代謝低下であり、進行期には前頭葉の代謝低下と併発することがあります。

脳血管疾患による認知症は、帯状皮質および上前頭回を含む前頭葉の優位な障害を特徴とします。血管性認知症の患者では、白質および皮質に代謝低下がみられる場合が多く、小脳および皮質下層に影響を及ぼすことがよくあります。前頭側頭葉型認知症では、前頭葉、前側頭葉、内側側頭葉の代謝低下が認められます。レビー小体型認知症の患者は、アルツハイマー病を彷彿とさせる両側性の側頭葉および頭頂葉の代謝障害を呈しますが、アルツハイマー病では通常障害が認められない後頭葉および小脳にも影響を及ぼすことがよくあります。

認知症に関連するさまざまな状態における代謝変化のパターン

認知症の病因	代謝障害ゾーン
アルツハイマー病	頭頂葉、側頭葉、後帯状皮質の損傷は、一次感覚運動皮質および一次視覚皮質が比較的保たれ、線条体、視床、小脳も比較的保たれた状態で、最も早期に発症します。初期段階では、障害はしばしば非対称性ですが、退行性脳損傷は最終的に両側性に現れます。
血管性認知症	影響を受けた皮質、皮質下領域および小脳における代謝低下および低灌流
前頭葉型認知症	前頭皮質、前側頭皮質、および中側頭葉領域が最初に影響を受け、頭頂葉や外側側頭葉よりも初期の損傷の重症度は高くなりますが、一次感覚運動皮質と視覚皮質は比較的保持されます。
ハンチントン舞踏病	尾状核とレンズ核はより早期に影響を受け、皮質に徐々にびまん的に影響が及ぶ。
パーキンソン病における認知症	アルツハイマー病に似た特徴を有するが、中側頭葉の障害がより大きく、視覚皮質の障害がより小さい
レビー小体型認知症	アルツハイマー病に典型的な障害だが、視覚皮質とおそらく小脳の保存性が低い

特に軽度から中等度の認知障害を持つ患者において、アルツハイマー型認知症の発症を予測する手段として PET を使用することは有望である。

現在、リスク因子を有する個人における認知症の前臨床診断を目的として、特殊なアミロイドリガンドを用いたPETによる脳アミロイドーシスの生体内研究が試みられています。脳アミロイドーシスの重症度と局在を研究することで、疾患の様々な段階における診断の信頼性向上も期待されます。さらに、PET、特に動態解析を用いることで、疾患の経過をより正確に予測し、治療効果を客観的に評価することが可能になります。

[ 41 ], [ 42 ], [ 43 ], [ 44 ], [ 45 ]

パーキンソン病

特異的リガンドであるB18-フルオロドーパを用いたPET検査により、パーキンソン病における線条体シナプス前終末におけるドーパミン合成および貯蔵の欠損を定量的に判定することが可能です。特徴的な変化の存在により、疾患の早期段階、時には前臨床段階においても診断を確定し、予防および治療策を立案することが可能となります。

PET を使用すると、多系統萎縮症などの錐体外路症状が臨床像に含まれる他の疾患とパーキンソン病の鑑別診断が可能になります。

ドーパミン受容体自体の状態は、H2受容体リガンドである_{ラクロプリド}を用いたPET検査で評価できます。パーキンソン病では、シナプス前ドーパミン終末の数とシナプス間隙におけるドーパミントランスポーターの量が減少し、他の神経変性疾患（多系統萎縮症、進行性核上性麻痺、大脳皮質基底核変性症など）では、線条体におけるドーパミン受容体の数が減少します。

さらに、PET を使用することで、病気の進行の経過や速度を予測したり、薬物療法の有効性を評価し、外科的治療の適応を決定するのに役立ちます。

ハンチントン舞踏病およびその他の運動亢進症

ハンチントン舞踏病のPET検査の結果は、尾状核におけるブドウ糖代謝の低下を特徴としており、DNA検査の結果からハンチントン舞踏病を発症するリスクが高い個人における前臨床診断が可能になります。

捻転性ジストニアでは、18-フルオロデオキシグルコースを用いた PET により、尾状核とレンズ状核、および内側背側視床核の前頭投射領域におけるブドウ糖代謝の局所レベルが低下していることが明らかになりましたが、全体的な代謝レベルは正常でした。

多発性硬化症

多発性硬化症患者における18-フルオロデオキシグルコースPETは、灰白質を含む脳代謝の広範な変化を明らかにします。同定された定量的代謝異常は、疾患活動性のマーカーとして役立つだけでなく、増悪の病態生理学的メカニズムを反映し、疾患の経過予測や治療効果の評価にも役立ちます。

脳腫瘍

CTやMRIは、脳組織における腫瘍の損傷部位と範囲に関する信頼性の高い情報を提供しますが、良性病変と悪性病変を高い精度で鑑別する能力を完全に備えているわけではありません。さらに、構造的神経画像診断法は、腫瘍の再発と放射線壊死を鑑別するのに十分な特異性を備えていません。このような場合、PETが最適な検査法となります。

18-フルオロデオキシグルコースに加え、¹¹ C-メチオニンや¹¹ C-チロシンなどの放射性医薬品も脳腫瘍の診断に用いられます。特に、^{11 C-メチオニンを用いたPETは、18-フルオロデオキシグルコースを用いたPETよりもアストロサイトーマの検出感度が高く}、低悪性度腫瘍の評価にも使用できます。11 C-チロシンを用いたPETは、悪性腫瘍と良性脳病変の鑑別を可能にします。さらに、高分化脳腫瘍と低分化脳腫瘍では、この放射性医薬品の吸収動態が異なります。

現在、PETは神経系の様々な疾患を診断するための最も高精度でハイテクな検査法の一つです。さらに、この方法は科学研究目的で健康な人の脳機能を調べるためにも使用できます。

設備不足と高額な費用のため、この手法の利用は依然として極めて限られており、大規模な研究センターでしか利用できませんが、PETの潜在能力は非常に高いです。MRIとPETを同時に実施し、得られた画像を組み合わせる技術の導入は、脳組織の様々な部位における構造的および機能的変化に関する最大限の情報を得ることを可能にするため、非常に有望です。

陽電子放出断層撮影とは何ですか?

主に臓器の解剖学的画像を提供する標準的な MRI や CT とは異なり、PET は細胞代謝レベルでの機能的変化を評価します。これは、構造的神経画像法では病理学的変化が明らかにならない病気の早期の前臨床段階ですでに認識できます。

PETでは、酸素、炭素、窒素、グルコースといった体内の天然代謝物で標識された様々な放射性医薬品を使用します。これらの代謝物は、体内の代謝物と共に体内に取り込まれます。その結果、細胞レベルで起こるプロセスを評価することが可能になります。

PET検査で最も一般的に使用される放射性医薬品はフルオロデオキシグルコースです。PET検査でよく使用されるその他の放射性医薬品には、^11C-メチオニン（MET）や^11C-チロシンなどがあります。

投与薬剤の最大線量における放射線量は、胸部X線撮影時に患者が2回照射される放射線量に相当するため、検査は比較的安全です。血糖値が6.5mmol/lを超える糖尿病患者には禁忌です。また、妊娠および授乳中も禁忌となります。