ARTIKELEN

Beeldvorming van hersenziekten met (S)PET en kobalt-radionucliden

Hugo Jansen

Abstract Beeldvorming van de hersenen kan gebeuren

met behulp van structurele technieken (computer tomo-

grafie – CT – magnetic resonance imaging – MRI –, trans

illumination imaging – TII –) en functionele technieken

(functionele MRI – f.MRI –, single photon emissie tomo-

grafie – SPET –, en positron emissie tomografie – PET).

Beide soorten beeldvorming zijn complementair en de

combinatie van beide heeft dan ook een duidelijke meer-

waarde boven elke techniek afzonderlijk. Dit artikel is

niet bedoeld als overzicht van de (on)mogelijkheden van

elke vermelde beeldvormings-techniek, maar beperkt

zich nadrukkelijk tot PET en SPET met gebruik van respec-

tievelijk het tweewaardig radionuclide 55-kobalt (55Co)

en 57-kobalt (57Co). De experimentele achtergrond van

het gebruik van Co is gebaseerd op de veronderstelde

overeenkomst met calcium (Ca), waardoor Ca-gemedi-

eerde neuronale schade en ontsteking bij hersenziekten

mogelijk in beeld kan worden gebracht.

Het aantrekkelijke van een diagnostische tracer als Co is

dat eenendezelfde chemische stof geschikt is voor zowel

PET (55Co) als SPET (57Co). Bijkomend voordeel is dat de

tracer eenvoudig is te produceren (55Co) of commercieel

verkrijgbaar (57Co) als ‘radiochemical’. Bovendien

bestaat er voor Co een in-vitro model dat het Co-opna-

memechanisme in de hersenen – althans in theorie – kan

verklaren. Opname-experimenten in neuronen, gliacellen

en leukocyten benadrukken zowel overeenkomst als ver-

schil tussen Co en Ca. Het transport van Co en Ca is

onderling competitief en gebaseerd op receptorgestuurde

Ca-kanalen in de celmembraan. Het bewijzen van het

werkelijke Co-opnamemechanisme in de klinische prak-

tijk is uitgesproken moeilijk, zo niet onmogelijk; dit

mechanisme bestaat waarschijnlijk uit zowel een intra-

als een extravasculaire bijdrage. De intravasculaire Co-

depositie wordt bepaald door bloeddoorstroming en

bloedvolume. De extravasculaire bijdrage bestaat uit

Co-instroom via receptorgestuurde Ca-kanalen in de

hersencel, neerslag van eiwitgebonden Co via een bescha-

digde bloed-hersenbarriere, en infiltratie van Co-gela-

belde leukocyten. Beide soorten bijdrage zijn

tijdafhankelijk en verscheidene mechanismen kunnen

tegelijkertijd werkzaam zijn. Het nettoresultaat is een

relatief trage Co-opname zonder uitwas, het vermogen

van Co om een intacte bloed-hersenbarriere te passeren

en Co-opname bij celverval en ontsteking met een mini-

male opname in gezond hersenweefsel.

Bij (S)PET beeldvorming moet onvermijdelijk gebruik

worden gemaakt van radioactieve tracers. De vraag die

zich hierbij direct voordoet, is of de toegediende dosis Co-

tracer niet een (te) hoge stralingsbelasting vormt voor

patient en omgeving. Van belang hierbij is zowel de soort

radioactieve tracer als de duur van het verblijf van de

tracer in het lichaam van de patient. In geval van Co

wordt de tracer met een halfwaardetijd van 36 uur uit

het lichaam verwijderd (voornamelijk via urine en ontlas-

ting); dat wil zeggen dat 36 uur na intraveneuze toediening

van de tracer, de helft van de toegediende hoeveelheid Co

het lichaam reeds verlaten heeft. Stralingsbelasting wordt

uitgedrukt als effectieve stralingsdosis (milliSievert [mSv])

per toegediende activiteit (milliCurie [mCi]; MegaBecque-

rel [MBq]) van de tracer. Het streven is dat een vrijwilliger

die deelneemt aan een (S)PET-onderzoek, hierbij niet meer

dan een stralingsdosis van 5 mSv ontvangt, wat overeen-

komt met ongeveer 2 maal de jaardosis straling ten

gevolge van ‘natuurlijke bronnen’ (kosmische straling,

zeewater, rotsen, maar ook bouwmaterialen en derge-

lijke). De 55Co effectieve stralingsdosis bedraagt 0.22

Neuropraxis (maart 1999) 3:1–5

DOI 10.1007/BF03070943

13

mSv MBq-1 (8.0 mSv per mCi); de 57Co stralingsdosis 0.34

mSv MBq-1 (12.4 mSv per mCi).

Multiple Sclerose (MS)

MS is een auto-immuunontsteking van het centrale

zenuwstelsel (CZS) waarbij multifocale demyelisatie en

axonaal verval een centrale rol spelen. MS kent vier soor-

ten ziektebeloop waarbij elk beloop gekenmerkt is door

een wisselende bijdrage van ontsteking en celverval aan

de etiologie. De ernst van de ziekte kan worden uitge-

drukt in klinische schalen zoals de Kurtzke’s Expanded

Disability Status Scale (EDSS) en Scripp’s Neurological

Rating Scale (NRS). Centraal in het ziekteproces staan T-

lymfocyten die geactiveerd worden in het perifere bloed

en zich na activatie begeven naar het CZS alwaar dit

resulteert in een steriele ontsteking. Het cytokine g-inter-feron (g IFN) activeert calcium-influx in ‘pre-activated’ T-

lymfocyten, die zich op hun beurt vermeerderen en infil-

treren in het CZS. Afgezien van Co dat accumuleert in

degenererende zenuwcellen, zou Co ook kunnen accu-

muleren in gIFN-geactiveerde T-lymfocyten waardoor

deze Co-gelabelde T-lymfocyten een belangrijk onder-

deel kunnen uitmaken van het opnamemechanisme van

Co in MS. MRI is de gouden standaard in de beeldvorming

van MS. Het gebrek aan verband tussen het klinisch

beloop bij MS en MRI-bevindingen is echter een groot

probleem (de ‘klinisch-radiologische paradox’). Ten

gevolge van problemen in het bepalen van blijvende ver-

anderingen in het klinisch beeld bij MS en gebrek aan

specificiteit van MRI, bestaat de behoefte aan aanvullende

beeldvormende technieken. Beeldfusie van Co-PET en PET

met behulp van het softwarepakket Statistical Parametic

Mapping (SPM) kan mogelijk deze kloof overbruggen.

Een semi-automatische techniek kan worden gebruikt

om het aantal MS-letsels in het brein te tellen.

Het verspreidingspatroon van MS-letsels in de grijze en

de witte stof van de hersenen werd ondermeer bestudeerd

in een patient met secundair-progressief (SP) MS. Na een

aanvankelijk wisselend ziektebeloop, ontwikkelde deze

patient een traag-progressieve verslechtering die na vele

jaren uiteindelijk leidde tot ernstige blijvende invaliditeit

(gekluisterd aan bed). In de tijd opeenvolgende MRI-scans

toonden een geleidelijke toename van het aantal en de

grootte van de zogenaamde ‘black holes’ (littekens in de

hersenen die overblijven na een actieve ontsteking). Ook

een klinische schaal om de ernst van de lichamelijke

uitval in beeld te brengen (EDSS) toonde duidelijk ver-

slechtering naarmate de ziekteduur vorderde. Opmerke-

lijk was de voortschrijdende klinische achteruitgang van

de patient, terwijl de laatste MRI-scans min of meer onver-

anderd bleven; een mogelijke verklaring hiervoor is

betrokkenheid van het ruggenmerg. Een Co-PET-scan

bij deze patient (gefuseerd op een MRI-scan na contrast-

toediening) toont aan dat de littekens aan de rand moge-

lijk nog steeds actief zijn en dat er foci in zowel de grijze

als de witte stof zijn die Co opnemen, terwijl ze niet te

zien zijn op de MRI-scan (met of zonder contrast) (figuur

1). Het gemiddeld aantal Co-aankleurende foci per

‘snede’ in het brein bleek bovendien te correleren met

de toename in EDSS-score per jaar.

Figuur 1. MRI-foto (A),beeldfusie van Co-PET en MRI-foto (B) en MRI-foto nacontrasttoediening (C) van eenSP-MS-patient met typischeperiventriculaire letsels op MRI

(A), Co-PET letsels zowelperiventriculair als corticaal (B)en geen tekenen vancontrastaankleuring (C). Co-PET letsels kunnen feitelijksamenvallen (gele pijlen) of Co-PET letsels kunnen de rand vaneen MRI-letsel markeren (rodepijl). Sommige van de Co-PETletsels (voornamelijk in demiddellijn) zijn aspecifiek enberusten op Co in bloed(vaten).

2 Neuropraxis (maart 1999) 3:1–5

13

Traumatisch hersenletsel

Traumatisch hersenletsel kan worden ingedeeld op grond

van het verdelingspatroon van de laesies, het beloop in de

tijd en het mechanisme van het trauma. Diffuse axonale

schade en ischemische hersenschade zijn de meest voor-

komende mechanismen van hersenbeschadiging (afgezien

van de primaire mechanische beschadiging) en wordt ook

wel secundaire hersenletsel genoemd. Ca vervult een cen-

trale rol in secundaire hersenschade, die zowel neuroche-

misch als klinisch van belang is. Bij traumatisch

hersenletsel zijn CT en MRI de gouden standaard voor

beeldvorming; PET en SPET hebben beide een voorspellende

waarde voor het klinische beloop. SPET is waarschijnlijk

meer van nut dan PET gezien de logistieke problemen rond

PET en het spoedeisende karakter van dit soort traumatisch

letsel. Een traumatisch hersenletsel wordt doorgaans

beoordeeld met behulp van de Glasgow Coma Scale

(GCS), CT-scan of een MRI-scan. Na dergelijke letsels is het

beschadigde brein gekarakteriseerd door calcium-gemedi-

eerde neuronale schade en steriele ontsteking. PET of SPET

met kobalt als calciumtracer maakt het mogelijk deze

calcium-gemedieerde schade in beeld te brengen. Een

patient werd na een verkeersongeval met hersenletsel

opgenomen met een GCS-score van 11 (normaal 15) en

geheugenverlies gedurende negen dagen aansluitend aan

het ongeval.De op de dag van ziekenhuisopname verrichte

CT-scan en EEG tonen beide een letsel links-temporaal in het

brein. Binnen twee weken na het ongeval werd een Co-PET

verricht, die het letsel links-temporaal onomstotelijk aan-

toont (figuur 2). Ook een MRI-scan, verricht vier weken na

het ongeval, bevestigt het letsel, suggestief voor weefsel-

verlies. Het EEG bleef gestoord bij deze patient gedurende

een follow-up periode vanmeer dan een jaar enuiteindelijk

bleef de patient klagen over hoofdpijn, concentratie- en

geheugenstoornissen. Deze casus toont aan dat Co-PET

bevindingen stroken met andere modaliteiten (EEG, CT en

MRI) in geval van structureel letsel. Bij afwezigheid van

afwijkingen op CT en MRI, blijkt Co-(S)PET eveneens schade

in het brein te kunnen aantonen die strookt met EEG en

neuropsychologische bevindingen: functioneel letsel.

Primaire hersentumoren

Primaire hersentumoren worden ingedeeld aan de hand

van het celtype, graad van kwaadaardigheid en klinische

prognose. Zowel CT als MRI hebben grote waarde bij

Figuur 2. Co-PET foto van hetbrein van een trauma capitispatient, twee weken na hetongeval. Er is een duidelijksignaal parieto-temporaal in delinker hemisfeer, hetgeen goedovereenkomt met bevindingenop CT, MRI en EEG.

Neuropraxis (maart 1999) 3:1–5 3

13

diagnostiek, maar zijn niet in staat te differentieren tus-

sen tumor versus oedeem of tumorregressie versus

tumorprogressie. Meer recente technieken omvatten

ondermeer MR-spectroscopie en optische beeldvormende

modaliteiten (‘doorlichting van de hersenen’ bij pasgebo-

renen). Zowel PET als SPET zijn van grote waarde bij de

additionele beeldvorming voor wat betreft graad van

kwaadaardigheid, oedeem versus viabel tumorweefsel

en bestralingseffect versus tumor recidief. Een patient

met een primaire hersentumor werd bestudeerd met Co-

PET (figuur 3a) en CT (figuur 3b), waarbij Co mogelijk het

ischemische tumorweefsel visualiseert dat zich bevindt op

de overgang tussen centrale necrose en het vitale tumor-

weefsel. Histopathologische diagnose werd verkregen

door bioptneming van de tumor. Co-PET toont de her-

sentumor in volle omvang, waarbij er met name een zeker

ringvormig signaal ontstaat dat zich bevindt rondom de

necrotische kern en mogelijk het perinecrotisch ischemi-

sche weefsel betreft. Zowel het necrotische als het vitale

tumorweefsel toont slechts baseline Co-opname. Op deze

wijze is onderscheid te maken binnen de tumor tussen

eilandjes met vitaal tumorweefsel, haarden met necrose

en perinecrotisch weefsel. Hiermee is het nemen van een

stereotactisch biopt te vereenvoudigen, omdat het biopt

genomen moet worden uit de haarden met representatief

vitaal tumorweefsel.

Besluit

Het gebruik van een relatief simpele en goedkope tracer

als Co heeft mogelijk een meerwaarde bij vooral MS en

traumatisch hersenletsel. Bij MS is waarschijnlijk Co-PET

de meest geındiceerde modaliteit gezien de hoge resolutie

van PET, de mogelijkheid van beeldfusie met de gouden

standaard MRI en het feit dat beeldvorming van MS

meestal plaatsvindt in gespecialiseerde centra waar dit

soort geavanceerde apparatuur metterdaad voorhanden

is. Het voordeel van de complementaire informatie van

zowel Co-PET en MRI maakt in de toekomst wellicht bepa-

ling van de actieve letsels mogelijk. Bij traumatisch her-

senletsel lijkt Co-SPET de meest verstandige keuze, gezien

de behoefte aan logistieke eenvoud bij dit soort acute

aandoeningen en het feit dat een SPET-camera tegenwoor-

dig in de meeste (kleine) ziekenhuizen aanwezig is. Het

aantonen van focale Co-opstapeling in het brein na

Figuur 3a. Co-PET foto vandezelfde patient waarop tweenecrotische centra (donker;pijl) zijn te zien, omgeven doorischemisch tumorweefsel(intense kleur) dat hetgrensgebied vormt tussenvitale tumor (base-line Co-opname) en necrose (zwart).

4 Neuropraxis (maart 1999) 3:1–5

13

hersenletsel, kan de klinische en neuropsychiatrische dia-

gnostiek ondersteunen en draagt mogelijk bij aan het

beter inschatten van de vroeg- en laattijdige gevolgen

van het hersentrauma voor de patient.

Literatuur

Hugo M.L. Jansen (1998) Clinical applications of Cobalt-radionu-clides in neuro-imaging Academisch proefschrift, Rijksuniver-siteit Groningen

Figuur 3b. CT foto (boven:blanco; onder: na contrast) vaneen patient met eenkwaadaardige hersentumor(B-cel lymfoom) bifrontaal. Detumor is omgeven dooroedeem (donkere tekeningrondom tumor op blanco CT)en sterke contrast-aankleuring(witte kleuring van tumor opcontrast-CT). De tumor bleekdeels centrale necrose te tonen(niet te zien op deze foto).

Neuropraxis (maart 1999) 3:1–5 5

13