Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) представляет собой диагностическую и исследовательскую методику ядерной медицины, позволяющую отслеживать распределение в организме биологически активных соединений, меченных позитрон-излучающими радиоизотопами (ультракороткоживущими радионуклидами), и получать количественное изображение метаболических изменений. ПЭТ является трёхмерной технологией радионуклидной визуализации, основанной на способности радиоактивного изотопа накапливаться в тканях с высокой метаболической активностью и предоставляющей информацию (общую и регионарную) о метаболизме клеток. За последнее десятилетие метод претерпел существенную технологическую трансформацию: появились сканеры тотального тела со сверхдлинным полем обзора, расширился спектр специфичных радиофармацевтических препаратов (РФП) для онкологии, кардиологии и неврологии, а обработка изображений всё активнее опирается на алгоритмы искусственного интеллекта. ПЭТ остаётся высокочувствительным неинвазивным методом изучения биохимических и молекулярных процессов в живом организме, не меняющим его физических свойств; при большинстве заболеваний метаболические нарушения предшествуют структурным изменениям, регистрируемым такими методами, как УЗИ, КТ и МРТ.

Принцип метода

Метод ПЭТ основан на явлении спонтанного излучения позитрона, характерного для неустойчивых ядер некоторых ультракороткоживущих изотопов (11С, 13N, 15O, 18F, 68Ga, 82Rb, 64Cu), в которых количество протонов превышает количество нейтронов. При переходе ядра в стабильное состояние оно излучает позитрон, пробег которого заканчивается столкновением с орбитальным электроном (частицей, имеющей одинаковую с ним массу, но противоположный заряд) и их аннигиляцией. Длина траектории свободного пробега позитрона не превышает 8 мм (в среднем 3–4 мм) и зависит от энергии изотопа и плотности среды. При взаимодействии позитрона с электроном происходит аннигиляция с образованием двух равных по энергии (511 кэВ) и диаметрально противоположно направленных гамма-квантов.

Регистрирующая система (детектор) позитронного эмиссионного томографа установлена в форме колец и позволяет с высокой точностью определять координаты источника излучения по совпадению сигналов. Сигналы, вызванные одновременным взаимодействием гамма-квантов с двумя расположенными друг напротив друга детекторами, свидетельствуют о расположении точки аннигиляции на линии, соединяющей детекторы. Взаимодействие гамма-кванта с кристаллом детектора вызывает сцинтилляцию, которая усиливается расположенными за кристаллами фотоумножителями (в современных системах — кремниевыми фотоумножителями, SiPM) и преобразуется в электромагнитный импульс. Импульс записывается вычислительным комплексом томографа в виде синограммы — графика, отображающего число зарегистрированных событий для каждой линии совпадений, с последующей компьютерной реконструкцией трёхмерного распределения РФП в исследуемых органах и тканях.

Для определения координат позитрон-излучающего источника коллиматоры не требуются — это свойство получило название «электронной коллимации» и обеспечивает чувствительность ПЭТ на 1–2 порядка выше, чем у однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), что повышает статистическую достоверность реконструкции изображений. Современные времяпролётные (time-of-flight, TOF) детекторы дополнительно измеряют разницу во времени прихода двух гамма-квантов на детекторы, что позволяет точнее локализовать точку аннигиляции вдоль линии совпадения и существенно улучшает соотношение сигнал/шум и пространственное разрешение изображений по сравнению с системами предыдущих поколений.

Радиофармацевтические препараты: от 18F-ФДГ к таргетным трейсерам

РФП, используемые при выполнении ПЭТ, являются естественными питательными веществами для клеток организма, их метаболитами или синтетическими аналогами; включение радионуклидов в их состав не влияет на биохимические свойства молекулы. Среди РФП фтор-18 (18F), а точнее 18F-фтордезоксиглюкоза (18F-ФДГ), долгое время оставался и остаётся наиболее универсальным препаратом благодаря удобному периоду полураспада (110 мин) и низкой энергии излучения, что обеспечивает высокую контрастность и пространственное разрешение изображений при относительно низкой дозовой нагрузке. Продолжительный период полураспада 18F и длительная ретенция 18F-ФДГ в тканях позволяют проводить исследования всего тела («whole body») путём последовательного сканирования анатомических зон с последующим объединением в единое изображение, а также синтезировать препарат централизованно (в центре с медицинским циклотроном) и транспортировать его в клиники без собственного циклотрона по так называемой сателлитной схеме, что делает ПЭТ более доступной и экономичной.

Ключевым изменением последнего десятилетия стало появление и клиническое внедрение узкоспециализированных таргетных РФП, значительно расширивших диагностические и терапевтические возможности метода за пределы неспецифического отображения глюкозного метаболизма.

ПСМА-направленные трейсеры в онкоурологии. Простат-специфический мембранный антиген (ПСМА) высоко экспрессируется на клетках рака предстательной железы и минимально — в нормальных тканях, что делает его удобной мишенью для визуализации и терапии. Тремя основными одобренными FDA трейсерами являются Ga-68 PSMA-11, 18F-DCFPyL (Pylarify) и 18F-PSMA-1007 (Posluma). В опорных исследованиях ПСМА-ПЭТ демонстрирует более высокую специфичность (94–98%), чем чувствительность (23–40%) — метод точно исключает метастазы, но может пропускать мелкие узловые очаги менее 5 мм. Если ранее стадирование рака предстательной железы опиралось на комбинацию КТ и сцинтиграфии костей, то ПСМА-ПЭТ демонстрирует превосходство над традиционным стадированием как при первичной диагностике, так и при рестадировании после биохимического рецидива.

Тераностика на основе ПСМА. Исследование VISION продемонстрировало, что терапия лютецием-177 (177Lu)-ПСМА под контролем ПЭТ-визуализации приводит к 38%-ному снижению риска смерти по сравнению со стандартом лечения, что послужило основанием для одобрения FDA препарата 177Lu-PSMA-617 (Пluvicto) для лечения метастатического кастрационно-резистентного рака предстательной железы. Ведутся исследования по переносу тераностического подхода на более ранние стадии заболевания, а также разработка альфа-излучающих радионуклидов для таргетной терапии микрометастазов.

FAPI-ПЭТ. Радиофармпрепараты на основе ингибиторов белка активации фибробластов (FAPI), меченные галлием-68, нацелены на активированные раково-ассоциированные фибробласты стромы опухоли и исследуются как дополнение или альтернатива 18F-ФДГ при опухолях с низким гликолитическим метаболизмом; изучаются также протоколы одновременной визуализации с двумя низкоактивными трейсерами (18F-ФДГ и 68Ga-FAPI) в рамках одного тотально-телесного ПЭТ-исследования.

Амилоид- и тау-ПЭТ в нейродегенеративной диагностике. В 2020 году FDA одобрило тау-радиотрейсер 18F-флортауципир для оценки плотности и распределения нейрофибриллярных клубков у пациентов с когнитивными нарушениями, обследуемых на предмет болезни Альцгеймера. В 2024–2025 гг. рабочая группа Alzheimer’s Association и Общества ядерной медицины и молекулярной визуализации (SNMMI) обновила критерии обоснованного применения (AUC) амилоид-ПЭТ и впервые разработала аналогичные критерии для тау-ПЭТ на основании систематического обзора литературы и 17 клинических сценариев. Из них для амилоид-ПЭТ 7 сценариев признаны обоснованными, 2 — неопределёнными и 8 — редко обоснованными; для тау-ПЭТ 5 сценариев признаны обоснованными, 6 — неопределёнными и 6 — редко обоснованными. Этот пересмотр критериев напрямую связан с внедрением в клиническую практику моноклональных антиамилоидных препаратов: после публикации позитивных результатов регистрационных исследований III фазы для леканемаба и донанемаба и их полного одобрения FDA (леканемаб — июль 2023 г., донанемаб — июль 2024 г.) рабочая группа повторно рассмотрела применимость амилоид- и тау-ПЭТ для оценки соответствия критериям назначения и мониторинга ответа на антиамилоидную терапию.

Технологические достижения: тотально-телесный ПЭТ и гибридные системы

Значимым прорывом последних лет стало появление сканеров с длинным осевым полем обзора (long axial field-of-view, LAFOV) и тотально-телесных ПЭТ-систем (total-body PET, TB-PET). Первое одобренное FDA тотально-телесное ПЭТ/КТ устройство было создано в 2019 году в Калифорнийском университете в Дэйвисе; система uEXPLORER, ставшая первым LAFOV-сканером, обладает активным осевым полем обзора ПЭТ длиной 194 см, что кратно превышает возможности стандартных томографов. Аналогичная система была впервые установлена в Европе в отделении ядерной медицины университетской клиники Болоньи, что позволило радикально сократить время исследования и повысить способность выявления опухолевых микрометастазов.

Развитие систем с осевой длиной до 194 см, таких как Biograph Vision Quadra, uEXPLORER и PennPET EXPLORER, обеспечивает комплексную высокочувствительную визуализацию за одно сканирование, что представляет собой смену парадигмы в ПЭТ-визуализации и открывает новые возможности как для клинического, так и для исследовательского применения. За счёт многократно увеличенной геометрической чувствительности такие системы позволяют либо существенно снижать вводимую активность РФП и лучевую нагрузку на пациента, либо сокращать длительность сканирования, а также выполнять динамическую визуализацию всего тела в реальном времени с высоким временным разрешением, что расширяет возможности количественной кинетической оценки перфузии, транспорта и связывания РФП в различных органах одновременно.

Целесообразна интеграция ПЭТ с компьютерной томографией (ПЭТ-КТ) или магнитно-резонансной томографией (ПЭТ-МРТ) в единый гибридный аппарат, обеспечивающий анатомическую привязку и качественную коррекцию изображений на ослабление излучения. Клинические данные свидетельствуют, что гибридные системы имеют преимущества перед раздельным выполнением ПЭТ и структурных методов, а ПЭТ-МРТ дополнительно даёт возможность одновременной оценки метаболической и высококонтрастной мягкотканной анатомической информации без дополнительной лучевой нагрузки от КТ-компонента — что особенно ценно в нейровизуализации и педиатрической практике.

Отдельное направление развития — применение методов искусственного интеллекта и радиомики для реконструкции изображений с меньшим уровнем шума при сниженной активности РФП, автоматической сегментации и количественной оценки опухолевого объёма, а также для прогнозирования ответа на терапию на основе текстурных характеристик ПЭТ-сигнала.

Подготовка пациента и протокол исследования с 18F-ФДГ

Обязательным условием при подготовке к ПЭТ с 18F-ФДГ является голодание в течение не менее 6 ч, так как высокий уровень инсулина, вызванный приёмом пищи, приводит к гиперфиксации 18F-ФДГ в мышечной и жировой ткани, что ухудшает качество сцинтиграфического изображения. Перед исследованием пациенту разрешается употреблять только воду или не содержащие углеводы напитки для обеспечения гидратации и увеличения диуреза. Непосредственно перед инъекцией 18F-ФДГ необходимо измерить уровень глюкозы крови, который не должен превышать 11 ммоль/л (по некоторым данным — 10 ммоль/л); при недостижении целевого уровня исследование переносится. Больным сахарным диабетом не назначают пероральные гипогликемические препараты или инсулин перед введением 18F-ФДГ (инсулин вводится не позже чем за 2 ч до введения РФП).

Инъекция 18F-ФДГ производится в расслабленном положении на удобном кресле, после чего пациенту разрешается читать, но не разговаривать, не ходить и не жевать — следует избегать любой мышечной активности, поскольку она вызывает нежелательное физиологическое накопление РФП в работающих мышцах. 18F-ФДГ вводят внутривенно из расчёта 3,5–7 МБк/кг массы тела; в тотально-телесных системах с многократно повышенной чувствительностью вводимая активность может быть значительно снижена по сравнению с этим традиционным диапазоном без потери диагностического качества изображения. Исследование выполняют через 60–90 мин после введения РФП; рекомендуется приём фуросемида (20 мг одновременно с введением РФП) и обязательная гидратация (750 мл воды до и после введения РФП) с частым опорожнением мочевого пузыря, особенно непосредственно перед укладкой на томограф — это снижает артефакты от накопления РФП в мочевыделительной системе.

Клиническое применение

Онкология. Метод ПЭТ, преимущественно с 18F-ФДГ, традиционно составляет свыше 80% всех выполняемых исследований и применяется для первичной диагностики, стадирования, оценки эффективности терапии и выявления рецидивов широкого спектра злокачественных новообразований. Внедрение таргетных трейсеров (ПСМА при раке предстательной железы, DOTA-пептидов при нейроэндокринных опухолях, FAPI при опухолях стромального происхождения) существенно расширило диагностическую точность за пределами возможностей неспецифического ФДГ, а сопряжение диагностической ПЭТ с радионуклидной терапией (тераностический подход) впервые позволило объединить визуализацию мишени и целенаправленное лечение в рамках единой клинической парадигмы.

Кардиология. ПЭТ применяется для оценки миокардиальной перфузии, жизнеспособности миокарда и выявления кардиального саркоидоза и амилоидоза, а тотально-телесные системы с высоким временным разрешением открывают дополнительные возможности для динамической количественной оценки коронарного кровотока.

Неврология. ПЭТ остаётся одной из наиболее эффективных методик прижизненной визуализации биохимических процессов и физиологических функций центральной нервной системы, предоставляя информацию о метаболизме глюкозы, аминокислот и жирных кислот, мозговом кровотоке, проницаемости гематоэнцефалического барьера, активности ферментов, синтезе и метаболизме нейротрансмиттеров, плотности рецепторов, лиганд-рецепторном взаимодействии и экспрессии генов. ПЭТ позволяет достоверно регистрировать изменения этих систем, обусловленные возрастными особенностями, психическими, нейродегенеративными и цереброваскулярными заболеваниями, а также черепно-мозговой травмой. Наиболее значимым практическим развитием последних лет стало внедрение амилоид- и тау-ПЭТ в алгоритмы диагностики болезни Альцгеймера и оценки соответствия критериям назначения антиамилоидной терапии моноклональными антителами, а также расширение страхового покрытия подобных исследований в ряде стран.

Ограничения метода

Несмотря на технологический прогресс, ПЭТ сохраняет ряд ограничений: относительно высокая стоимость исследования и оборудования, необходимость близости циклотрона или логистики поставки короткоживущих РФП, лучевая нагрузка на пациента (хотя и снижаемая в новых системах), возможность ложноположительных находок при физиологическом накоплении РФП или воспалительных процессах, а также ограниченная доступность тотально-телесных систем и специализированных таргетных трейсеров вне крупных экспертных центров.

Заключение

Позитронно-эмиссионная томография остаётся ключевым методом молекулярной визуализации, сочетающим высокую чувствительность к биохимическим и метаболическим изменениям с возможностью количественной оценки процессов в живом организме. За последнее десятилетие метод претерпел существенную эволюцию: появление тотально-телесных сканеров с длинным полем обзора кардинально изменило соотношение чувствительности, лучевой нагрузки и времени исследования; внедрение таргетных РФП (ПСМА, FAPI, амилоид- и тау-трейсеры) вывело метод за рамки неспецифической ФДГ-визуализации в область прецизионной диагностики и тераностики; а интеграция с ИИ-алгоритмами реконструкции и количественного анализа открывает новые перспективы повышения диагностической точности. Дальнейшее развитие метода будет определяться расширением доступности тотально-телесных систем, разработкой новых молекулярных мишеней и валидацией комбинированных диагностическо-терапевтических протоколов в крупных проспективных исследованиях.