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脳陽電子放出断層撮影（PET）は、脳代謝と脳全体における外因性放射性標識化学物質の分布を測定するために用いられる陽電子放出断層撮影（PET）の一種である。PETは、血流に注入された放射性標識された代謝活性化学物質からの放出を測定する。脳PETからの放出データはコンピュータ処理され、脳全体における化学物質の分布の多次元画像が作成される。[ 1 ]： 57
使用される陽電子放出放射性同位体は通常サイクロトロンで製造され、化学物質はこれらの放射性原子で標識されます。臨床で使用される放射性同位体は通常、18F（フッ化物）、11C（炭素）、および15O（酸素）です。放射性トレーサーまたは放射性リガンドと呼ばれる標識化合物は、血流に注入され、最終的に血液循環によって脳に到達します。PETスキャナの検出器は、化合物が脳のさまざまな領域で電荷を帯びるときに放射能を検出します。コンピュータは、検出器によって収集されたデータを使用して、時間の経過に伴う脳内の放射性トレーサーの分布を示す多次元（通常は3次元体積または4次元時間変化）画像を作成します。特に有用なのは、神経伝達物質活動のさまざまな側面をマッピングするために使用される幅広いリガンドであり、 PETトレーサーとして最も一般的に使用されているのは、FDGなどの標識されたグルコースです。[ 2 ] [ 3 ]
PETスキャンの最大の利点は、さまざまな化合物を用いて、活動中の脳組織における血流、酸素、グルコース代謝を示すことができる点です。これらの測定値は、脳のさまざまな領域における脳活動量を反映し、脳の働きについてより深く理解することを可能にします。PETスキャンは、登場当初、解像度と完了速度（最短30秒）の点で、他のすべての代謝イメージング法よりも優れていました。解像度の向上により、特定のタスクによって活性化される脳領域について、より詳細な研究が可能になりました。PETスキャンの最大の欠点は、放射能が急速に減衰するため、短時間のタスクのモニタリングに限定されることです。[ 1 ]： 60
機能的磁気共鳴画像法（fMRI）が広く普及する以前は、PETスキャンが機能的（構造的ではない）脳画像法として好まれており、現在でも神経科学に大きく貢献し続けている。PETスキャンは、頭蓋内腫瘍、動静脈奇形、その他の外科的に治療可能な疾患の治療のためのPET誘導定位手術および放射線手術にも有用である。 [ 5 ]
PETスキャンは脳疾患の診断にも用いられます。特に、脳腫瘍、脳卒中、神経変性疾患（アルツハイマー病やパーキンソン病など）は脳代謝に大きな変化をもたらし、それがPETスキャンで検出可能な変化を引き起こすため、PETスキャンは診断に有効です。PETは、特定の認知症の初期段階（アルツハイマー病やピック病など）において最も有用であると考えられます。初期段階では、脳の損傷が広範囲に及び、脳容積や大まかな構造にほとんど変化をもたらさないため、CTや標準的なMRI画像では、加齢に伴って（すべての人ではないが）起こる「正常」な範囲の皮質萎縮と確実に区別できるほどの変化が見られないからです。この正常範囲の皮質萎縮は、臨床的な認知症を引き起こしません。
PETは多発性硬化症やその他の後天性脱髄症候群にも積極的に使用されていますが、診断ではなく主に病因の研究に用いられています。ミクログリア活性に対する特異的な放射性リガンドが使用されます。現在、18 kDaトランスロケータータンパク質（TSPO）が広く使用されています。[ 6 ]また、PET-CTを組み合わせた検査が行われることもあります。[ 7 ]
酸素15を用いたPETイメージングは、脳への血流を間接的に測定する。この方法では、放射能信号の増加は血流の増加を示し、それは脳活動の増加と相関すると考えられる。酸素15は半減期が2分と短いため、このような用途には医療用サイクロトロンから直接配管する必要があるが、これは容易ではない。
18F-FDGを用いたPETイメージングは、脳が通常、グルコースを急速に消費するという事実を利用しています。標準的な18F-FDG PETによる脳の検査では、局所的なグルコース利用量を測定し、神経病理学的診断に利用できます。
ヒト脳内の神経凝集体の非侵襲的生体内PETイメージングのための多数の新規プローブの開発により、アミロイドPETイメージングは臨床使用の段階にまで達しました。[ 3 ]アミロイドイメージングは、アミロイドプラークに結合する放射性トレーサーとPETスキャンを組み合わせて使用します。このスキャンにより、認知症発症前のアミロイド分布の詳細な画像が得られます。[ 8 ]最も初期のアミロイドイメージングプローブには、カリフォルニア大学ロサンゼルス校で開発された2-(1-{6-[(2-[ 18F ]フルオロエチル)(メチル)アミノ]-2-ナフチル}エチリデン)マロノニトリル([ 18F ]FDDNP) [ 12 ]と、ピッツバーグ大学で開発されたN-メチル-[ 11C ]2-(4'-メチルアミノフェニル)-6-ヒドロキシベンゾチアゾール[ 13 ] (ピッツバーグ化合物Bと呼ばれる)が含まれます。これらのアミロイドイメージングプローブは、アルツハイマー病の臨床診断に役立つアミロイドプラークの可視化を可能にし、また、新しい抗アミロイド療法の開発にも役立ちます。[ 11C ]PMP（N-[ 11C ]メチルピペリジン-4-イルプロピオネート）は、アセチルコリンエステラーゼの基質として作用し、アセチルコリン作動性神経伝達物質系の活性を決定するためにPETイメージングで使用される新しい放射性医薬品です。AD患者の死後検査では、アセチルコリンエステラーゼのレベルが低下していることが示されています。[ 11C ]PMPは、脳内のアセチルコリンエステラーゼ活性をマッピングするために使用され、ADの生前診断を可能にし、AD治療のモニタリングに役立つ可能性があります。[ 14 ] Avid Radiopharmaceuticals社は、PETスキャンを用いてアミロイドプラークを検出するために、より長く持続する放射性核種フッ素18を使用するフロルベタピルと呼ばれる化合物を開発し、商品化しました。 [ 15 ]
2024年には、アルツハイマー病の2番目の特徴である神経原線維変化のタウタンパク質を検出するために使用される別のPETスキャントレーサーであるフロルタウシピル（18F）が米国とヨーロッパで承認されました。[ 16 ]
In 2019 Catana et al.[17] published an overview article about the "Development of Dedicated Brain PET Imaging Devices: Recent Advances and Future Perspectives". Various companies worldwide are working on developing a dedicated brain PET system either for pure research and/or clinical routine use. One of these companies is Positrigo which is working on the NeuroLF system.
One main challenge for developing new PET tracers for neuroimaging is that these tracers must cross the blood-brain barrier. Commonly, small molecules which are fat soluble have been used as they can pass the blood-brain barrier through lipid mediated passive diffusion.
However, as pharmaceutics move towards large biomolecules for therapies, new research has also focused on using biomolecules, such as antibodies, for PET tracers. These new larger PET tracers have increased difficulty passing the BBB as they are too large to passively diffuse across. Therefore, recent research is investigating methods to carry biomolecules across the BBB using endogenous transport systems including carrier-mediated transporters such as glucose and amino acid carriers, receptor-mediated transcytosis for insulin or transferrin.[18]