Az agykutatási technikákat ismertető sorozatunk előző részében a funkcionális mágneses rezonancia eljárást (fMRI) mutattuk be, mely - mint írtuk - azon a megfigyelésen alapszik, miszerint az egyes agyterületek aktivitása és vérellátása között összefüggés áll fenn. Ugyanezen az elven nyugszik a pozitron emissziós tomográfia (PET) is, azonban a véráram változásának követésére ez esetben egy egészen eltérő módszert alkalmazunk. Az fMRI esetében a vérben található paramágneses tulajdonságú deoxihemoglobin koncentrációját követtük, a PET-nél azonban speciális pozitron sugárzó vegyületeket használunk, melyeket kívülről juttatunk be a vizsgált személy véráramába.


Az fMRI és a PET módszereket összehasonlítva a legszembetűnőbb különbség éppen ez, vagyis hogy a PET esetében kívülről bevitt vegyületet kell alkalmaznunk a detektáláshoz. Mint majd látni fogjuk, ez egyrészt előny, másrészt hátrány is. Előbb nézzük meg azonban, miért van szükség erre a megoldásra.

A PET módszer hátterében az áll, hogy egyes elemek spontán bomlása során pozitronok szabadulnak fel. A kisugárzott pozitron (vagyis antielektron, tehát antianyag) nem sokáig húzza a normál anyagból felépülő térben. Amint egy elektronnal találkozik, az annihilációnak nevezett folyamat során mindketten megsemmisülnek és a megsemmisülés helyszínén két azonos energiájú (511 keV-os) gamma foton keletkezik, amelyek egymással ellentétes irányban eltávoznak. Ezt a két gamma fotont detektálja azután a vizsgált személy körül gyűrű alakban elhelyezkedő PET-scanner.


A pozitron bomlást produkáló elemek azonban meglehetősen instabilak, gyorsan elbomlanak, emiatt a természetben gyakorlatilag nem fordulnak elő. Vagyis ha ilyen vegyületeket szeretnénk használni jelforrásként az agyban, akkor azokat nekünk kell oda bejuttatni. A gyakorlatban erre a célra elsősorban a ¹⁸F, ¹⁵O, ¹³N és ¹¹C izotópokat használják. Kutatási célokra ezek közül is leginkább a ¹⁵O-val jelölt H₂O-t, amit intravénásan beadva a véráramlás lokális mértéke követhető. Ezen a módon tehát körülbelül ugyanazt a folyamatot figyelhetjük meg, mint a már tárgyalt fMRI-vel, itt az ideje hát, hogy megvizsgáljuk a kettő közötti különbségeket. A gyakorlati alkamazás szempontjából a leglényegesebb különbség, hogy a PET módszernél alkalmazott jelforrások olyan instabilak (a ¹⁵O felezési ideje mindössze 2 perc), hogy ezeket a helyszínen kell előállítani, ami egy ciklotron felszerelését és kezelését, tehát további jelentős költségeket jelent. További hátránya a PET-nek, hogy még a szintén meglehetősen rossz, 1 mm körüli térbeli felbontással rendelkező fMRI-nél is gyengébben képes a jelforrás lokalizációjára. A bomlás során felszabaduló pozitronok ugyanis néhány mm-t is megtesznek az agyszövetben, mielőtt beleütköznének egy elektronba, azaz a PET térbeli felbontása ennél jobb elvileg sem lehet.

Miért érdemes akkor mégis PET-et alkalmazni az fMRI helyett? Ha a célunk az, hogy egyes agyterületek normál agyműködés során létrejövő aktivitás változását kövessük, akkor a PET az esetek nagy részében valóban nem alternatívája az fMRI-nek. Létezik ugyanakkor egy hatalmas előnye is. Az fMRI esetében ugyanis egyetlen folyamatot, a deoxihemoglobin koncentráció változását tudjuk követni. A PET-nél azonban bármilyen folyamatot monitorozhatunk, ha annak valamely szereplőjét egy pozitron forrással meg tudjuk jelölni. Tegyük fel például, hogy meg szeretnénk tudni, hogyan oszlik el egy bizonyos gyógyszer az agyban. Ehhez nem kell mást tennünk, mint elkészíteni a gyógyszer hatóanyagának jelölt változatát, beadni a betegnek, majd feltérképezni, honnan kapjuk a PET jelet. Hasonlóan, ha mondjuk egy adott betegség esetében fellépő metabolikus zavarokat akarunk vizsgálni, akkor a metabolikus útvonalakban kulcsszerepet játszó glükóz jelzett formáját (a klinikai gyakorlatban többnyire ¹⁸F-FDG-t) kell beadnunk. Az fMRI-vel összehasonlítva tehát a PET némileg kedvezőtlenebb paraméterekkel rendelkezik és jóval drágább annál, de több, eltérő hátterű folyamat követésére képes.


A PET-ről szólva végül meg kell említenünk annak kisöccsét, a single-photon emission computer tomographyt (SPECT). A SPECT gyakorlatilag egy egyszerűsített PET-nek tekinthető, amelyben nem egy bomlásból származó pozitron kelti a detektálandó gamma fotonokat, hanem azok közvetlenül egy gamma sugárzó forrásból (többnyire ⁹⁹Tc vagy ¹²³I) származnak. A SPECT igen rossz térbeli felbontása és a felhasznált izotópok bioinkompatibilis volta (az oxigénnel ellentétben a jód csak igen korlátozottan fordul elő a szervezetben, technécium pedig egyáltalán nem) ellenére a SPECT sokszor mégis a PET alternatíváját jelentheti lényegesen alacsonyabb árának köszönhetően.