Tıp alanındaki gelişmelere her gun bir yenisi ekleniyor. Hastalıkların teşhisi ve tedavisi icin surekli yeni yontemler geliştiriliyor. Molekuler biyoloji ve genetik muhendisliği, hastalıkları hucre, hatta molekul duzeyinde inceliyor. Artık modern tıbbın ilgi alanı hucre, genler ve DNA. Bu modern anlayış teşhis yontemlerine de yansıdı. Bir cok hastalığın kesin teşhisinde tek başına hastanın muayenesi ya da bir rotgen filmi yeterli olmuyor.
Gunumuzde ses dalgalarını kullanan ultrasonografi, ya da X ışınlarını kullanan komputerize tomografi ile insanların icin gormek mumkun. Hatta X ışınlarını kullanmadan dokulardaki magnetik rezonansı kullanan MR tetkiki ile insanın icerisi neredeyse her acıdan goruntulenebiliyor. Bu goruntuleme teknikleri genellikle gozle gorulebilen yapısal değişiklikleri ortaya koyuyor. Yani hucre duzeyindeki yapısal değişiklikleri ya da işlevsel farklılıkları gostermiyor. Orneğin Alzheimer hastalığında hastanın beyin tomografisinde belirgin bir değişiklik izlenmiyor. Cekilen bir kalp grafisinde ya da anjiografide kalp kasında hucre duzeyinde meydana gelen hasar anlaşılamıyor. Yapılan ameliyatın kalbe ne derece fayda sağladığı yine bu tetkiklerle anlaşılamıyor. Bu nedenle, bazı hastalıkların teşhisinde ve tedavisinde hucre duzeyinde inceleme ve hucresel duzeyde işlevlerin goruntulenebilmesi onemli.

Modern goruntuleme tekniklerinin amacı, vucuda hic bir hasar vermeden ya da mumkun olan en az zararı vererek en detaylı goruntuleri elde etmek. Son yıllarda geliştirilen ve "Pozitron Emisyon Tomografisi" (PET) olarak adlandırılan bir goruntuleme yontemi organların sadece şekillerini ortaya koymakla kalmıyor, işlevsel değişiklikleri de gosteriyor. Bu teknik ilk olarak 1970'lerin başlannda geliştirildi, ancak tıp alanındaki kullanımı 90'lı yıllarda başladı. Bu teknikle, herhangi bir organın calışmasındaki bozukluk hucre duzeyinde tespit edilebiliyor. PET tetkiki sırasında insan vucuduna damar yoluyla verildiğinde hedef organa giderek hucrelere bağlanan ya da hucrelerin icerisine giren bazı kimyasal maddeler kullanılıyor. Bu kimyasallar hucrelerin yuzeyinde ya da icerisinde bulunan molekullere benzer yapıya sahip. Ancak vucuda verildikten sonra dışarıdan takip edilebilmesi icin cok az miktarda radyoaktivite taşıyan bazı atomlarla işaretleniyor. Bu radyoaktif atomlar bozunmaya uğradıkca meydana gelen enerji vucut dışarısında bulunan bir tarayıcı ile olculuyor. Algılanan bu enerji sinyalleri organın uc boyutlu şeklini cıkartıyor. Tabi PET'in tek başarısı bu değil. PET vucuda verilen maddenin hareketini de surekli izleyebildiği icin organın calışması ile ilgili de onemli bilgiler veriyor. Orneğin damardan verilen radyoaktif atomla işaretli bir şeker molekulu ile beynin fonksiyonlarını goruntulemek olası, ya da işaretli şekerle kalp kasındaki hucrelerin yaşayıp yaşamadığını anlamak da PET ile mumkun. Vucuda verilen ilacları da işaretleyerek izlemek mumkun. Boylece ilacın vucut ya da belirli bir organ uzerindeki etkisi izlenebiliyor. Kısaca, PET ile vucuttaki bir cok biyokimyasal olay izlenebiliyor.


PET Tekniğinde Goruntulemenin Mekanizması
PET tekniği, goruntulenmek istenilen organa yollanacak olan radyoaktif işaretli molekulleri kullanıyor. Teşhis icin kulanılan molekuller şeker, amonyak, dopamin ya da istenilen herhangi bir yapıda olabiliyor. Onemli olan bu molekulun hedeflenen organdaki hucrelere yapışması ya da bu hucrelerdeki biyokimyasal reaksiyonlara katılması. Boylece hedef organın yapısı ve fonksiyonu belirlenebiliyor. Vucuda verilen molekul, karbon ya da oksijen gibi vucutta doğal olarak bulunan radyoaktif atomlardan biriyle işaretleniyor. Bu radyoaktivite vucuda zarar vermeyecek kadar az miktarda. Radyoaktif bozunma sonrasında dışarı verilen pozitron ve elektrondan acığa cıkan enerji vucut dışındaki hassas aletlerle olculuyor.

Vucuda verilen molekulleri işaretlemek icin genellikle Fluorine-18, Karbon-11, Nitrojen-13 gibi atomlar kullanılıyor. Bu atomlar kısa yarılanma omrune sahip ve vucuda girdikten sonra cekirdekleri bozunmaya uğrayarak daha durağan hale geliyorlar. Bu bozunma sırasında cekirdekteki protonlar parcalanarak notrona donuşuyor. Bu donuşum sırasında artı yuklu pozitron ve notrino acığa cıkıyor. Notrino, hicbir elektrik yuku olmayan ve neredeyse kutlesiz, maddeyle cok az etkileşen bir oluşum. Bu parcalanma sonrası notrino, ortamı hicbir iz bırakmaksızın terk ediyor. Pozitron ise, kinetik enerjisini kaybedene kadar ortamda hareket ediyor. Tum kinetik enerjisini kaybeden pozitron, bir elektronla yan yana geldiğindeyse bu iki parcacık birbirlerini yok edip enerjiye donuşuyor. Pozitron ve elektronu birleşmesi ile meydana gelen enerji, birbirinden 180° acıyla hareket eden iki foton'un oluşmasına yol acıyor. Her iki foton birbirine eşit miktarda enerjiye (511 keV) sahip. Bu enerjili fotonlar tum vucut dokularını aşarak dışarı cıkıyor ve hassas PET cihazı tarafında algılanıyor. Hastayı cepecevre saran PET cihazı bu fotonları cok kısa aralıklarla tespit ederek uc boyutlu goruntu oluşturuyor. Tabii bu goruntu durağan bir goruntu olmakla kalmıyor. Vucuda verilen işaretli maddenin her gittiği yeri tespit ederek dinamik bir goruntu de sağlıyor. Tabii bu yontemin cok az da olsa yanılma payı var. Hucrelerin yerlerini belirlerken her 80 cm'lik alanda 2mm kadar sapma gorulebiliyor. Fotonları daha hassas olarak olcen, cozunurluğu daha guclu cihazlann geliştirilmesiyle cok daha keskin ve doğru goruntuler elde edilebilecek.

a) Florin-18 gibi pozitron yayan bir element bozunduğunda, pozitron cevredeki dokuda bulunan elektronlarla etkileşime girerek hızla enerji yitirir. Pozitron, neredeyse hareketsiz kaldığında bir elektronla etkileşir ve iki parcacık birbirlerin yok eder. Elektron ve pozitronun kutleleri zıt yonlerde, 511 keV enerjide yayınlanan iki fotona donuşur.

b) Bir PET tarayıcıda elektron ve pozitronun birbirlerini yok etmesinden kaynaklanan fotonlar hastayı cepecere saran bir detektorler dizgesince saptanır. Gecerli bir "olay" iki detektorun fotonları en fazla 1-2 nanosaniye (1 nanosaniye= saniyenin milyarda biri) farkla belirlenmesi halinde gercekleşir. Işıyan parcacıkların 3 boyutlu dağılımını belirlemek, cok değişik acılardan olcum gerektirir. Bu nedenle tarayıcıların coğu halka bicimli tasarlanır.


Pozitron ve Kaynağı
Pozitron bir anti-madde elektronu. Elektronla aynı kutleye sahip ama tam tersi bir elektrik yuku var. Elektronun elektrik yuku -1'ken pozitronunki +1. PET işleminde kullanılan pozitron kaynağı, bozunmaya uğrayan radyoaktif atom cekirdekleri. Bir atomu proton bombardımanına tutarak kararsız, bozunmaya hazır atom cekirdekleri oluşturulabiliyor. Hedef materyal proton bombardımanına tutulunca, proton cekirdek icerisine giriyor ve bir notron dışarı cıkıyor. Orneğin, oksijene gore ekstra iki tane daha notronu olan O-18 izotopu proton bombardımanına tutulunca, proton cekirdek icinde kalıyor ve bir notron dışarı cıkıyor. Atom cekirdeğindeki proton sayısı değişince, oksijen atomu florin'e donuşuyor. Bu reaksiyon şu şekilde ozetlenebilir: "O-18 + proton => 18-F + notron". Aynı şekilde, nitrojen atomu karbon atomuna donuşturulebiliyor: "14-N + proton => 11-C + alpha" (alfa parcacığı 2 proton ve 2 notrondan oluşuyor). Bu yontemle oluşturulan atom cekirdekleri bozunarak pozitron acığa cıkartmaya yatkın. Bu atomların bozunma sureleri, yani yarılanma omurleri birkac saniyeden binlerce yıla kadar değişiyor.

PET Tekniğinin Tıpta Kullanım Alanları
PET, insan vucudundaki metabolik olayları, hucre aktivitesini olcebilen bir teknik. Ultrasonografi, tomografi ve magnetik rezonans (MR) gibi goruntuleme teknikleri anatomik detayları gosterebiliyor; ama organların ve hucrelerin calışmasına ilişkin bilgi vermiyor. Ancak bir cok hastalıkta henuz organlarda gozle gorulebilen bir değişiklik olmadan hucre duzeyinde işlevsel bozukluklar oluyor. Bu değişiklikleri tespit etmek hastalıkların erken teşhisi icin de cok onemli. Bazı hastalıklarda ise hicbir zaman organın yapısında gozle gorunen bir değişiklik olmuyor. Orneğin, Alzheimer, epilepsi (sara) gibi hastalıklarda beyinde anatomik bir değişiklik goruntulenemiyor. Bu hastalıklarda bozukluklar hucre duzeyinde ve ultrason, CT gibi tetkiklerde anormallik gorulmuyor. PET, organlarda anatomik değişiklik olmasa dahi, meydana gelen biyokimyasal olayları izleyip hucrelerin calışmasıyla ilgili bilgi verebiliyor. PET terkniği en sık olarak kalp ve damar hastalıklarının, beyni ve sinir sistemini etkileyen metabolik hastalıkların, ve tumorlerin erken teşhisinde kullanılıyor. Bu hastalıkların teşhisinde bilinen klasik goruntuleme yontemleri her zaman yeterli olmuyor.

PET tekniğinde en sık kullanılan madde "florin-18"le (F-18) işaretlenen flurodeksiglukoz (FDG). FDG, vucuttaki glukoza benzer yapıda bir şeker ve dolaşıma karıştıktan sonra şeker kullanan organlara giderek hucrelerin icine giriyor. Orneğin, hasarlı ya da olu kalp hucreleri normal kalp hucreleri gibi glukozu kullanamıyor. Boylece PET, işaretli şekeri saptayarak normal ve anormal kalp hucrelerini ayırt ediyor. Kalp damarlarının değiştirilmesi, yani by-pass ameliyatı oncesi yapılan ve kalp damarlarının yapısını ortaya koyan "koroner anjiografi" tekniği, sadece damarların tıkalı olup olmadığını gosterebiliyor. Ancak, tıkalı damar bolgesindeki kalp kas hucrelerinin yaşayıp yaşamadığını gosteremiyor. Bu bolgedeki kalp hucreleri oluyse yapılan by-pass ameliyatı cok fazla bir fayda sağlamıyor. PET tekniği kullanıldığındaysa buradaki kalp hucrelerinin ne derece iyi calıştığı gosteriliyor ve boylece by-pass ameliyatının hastaya ne derece fayda sağlayacağı ameliyat oncesi anlaşılabiliyor.

PET yontemi kanser hastalıklarının teşhisinde de kullanılıyor. Kontrolsuz ve aşırı buyume ozelliği gosteren kanser hucreleri, normal hucrelere gore daha fazla şeker tuketiyor. PET ile biyokimyasal acıdan normalden sapma gosteren kanser hucrelerini saptamak mumkun. Herhangi bir hucre yumağının iyi ya da kotu huylu olup olmadığı PET ile anlaşılabiliyor. Ultrasonografi ya da komputerize tomografi (CT) gibi diğer tanı yontemleriyle, tumorler ancak belirli bir buyukluğe geldiğinde tespit edilirken PET hucre duzeyindeki değişiklikleri de tespit ediyor. Bu nedenle tumorlerin sadece teşhisinde değil, yayılımını gostermede de yararlı. Orneğin, meme kanserinde koltuk altı lenf bezelerinin de tutulup tutulmadığının anlaşılması PET ile mumkun.

PET, ceşitli beyin hastalıklarının teşhisinde ve nedeninin aydınlatılmasında da kullanılıyor. Vucuda verilen işaretli şeker ya da dopamin adlı molekul ile beyin fonksiyonlarını incelemek mumkun. Dopamin, normal olarak beyin hucrelerinde bulunan ve hucreler arası iletişimde rol oynayan bir molekul. Bu molekulun eksikliği ya da fazlalığında ceşitli hastalıklar meydana geliyor. Orneğin Parkinson hastalığında bu madde beyinde yetersiz miktarda. Bu maddeyi vererek beynin hastalıklı ve sağlıklı bolgelerini goruntulemek mumkun. Epilepsi hastalığının teşhisinde de PET yararlı. PET sayesinde beyindeki hangi hucrelerin epilepsiye sebep olduğu anlaşılabiliyor.


a) Normal beyin, b) Epilepsi nobetleri ilacla kontrol altına alınamayan 9 yaşındaki bir cocuğun beyninin
PET goruntusu. PET beynin epilepsiden sorumlu bolgesini gosteriyor. Bu bolgenin ameliyatla
cıkartılmasından sonra cocuk bir daha epilepsi nobeti gecirmiyor.

Vucutta normal olarak bulunan ve hucre ici kimyasal olaylarda kullanılan sayısız molekulu işaretleyip onları PET ile izlemek mumkun. Bu sayede normal gorev yapan hucreler sağlıksız hucrelerden ayırt edilebiliyor. Klasik goruntuleme yontemleriyle saptanamayan hastalıklar goruntulenebiliyor. Bu teknik sayesinde ceşitli ilacların etki mekanizması, faydalı olup olmadığı da PET ile belirlenebiliyor. Orneğin, bir kanser hastasına verilen kemoterapinin kanser hucrelerini oldurup oldurmediği, yani tedavinin etkinliği cok kısa sure icerisinde anlaşılıyor.

PET teknolojisinin geliştirilmesine paralel olarak cok daha detaylı goruntuler elde edilebilecek. Halen dunyada 600'den fazla PET cihazı teşhis ve tedavide doktorlara yardımcı. Onumudeki yıllarda hastalıların teşhisinde, mekanizmalarının ortaya konulmasında ve tedavilerin etkinliğinin anlaşılmasında PET'in cok onemli bir yeri olacağı anlaşılıyor.

Doc. Dr. Ferda Şenel Doktor Sami Ulus Cocuk Hastanesi
Bilim ve Teknik, Ekim 2002