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La tomografia ad emissione di positroni (PET) ha oggi trovato largo uso in oncologia mentre continua a essere impiegata anche per specifiche indicazioni neurologiche. Usa traccianti radioattivi e visualizza il loro decadimento che libera positroni (elettroni positivi). I positroni si scontrano nel tessuto e liberano così radiazioni elettromagnetiche gamma. Le radiazioni gamma sono registrate ed elettronicamente elaborate per comporre immagini che ne indicano l'origine nel cervello. La PET è perciò in grado di visualizzare quale regione cerebrale accumuli la sonda molecolare (tracciante) impiegata. Così è possibile, ad es. con l'uso di glucosio radioattivo (18F-FDG), visualizzare regioni cerebrali che hanno un metabolismo particolarmente attivo in un determinato momento (fisiologicamente durante l'esecuzione di un particolare compito, o patologicamente nel caso di focolai epilettici o tumori). Altrimenti si può rilevare una perdita di attività legata ad es. a processi neurodegenerativi come la malattia di Alzheimer.
Nel 2014 sono stati introdotti traccianti in grado di visualizzare la proteina amiloide che si deposita nella corteccia cerebrale nella malattia di Alzheimer. L'esame di PET-amiloide può essere usata come aiuto diagnostico in casi di demenza con caratteristiche cliniche non chiare. E' finora disponibile solo in pochi centri e di utilità clinica limitata in quanto un certo accumulo di amiloide si trova anche nell'invecchiamento normale e da solo non permette di formulare o escludere una diagnosi.
Tipica immagine di un esame FDG-PET che rappresenta l'attività metabolica cerebrale. La corteccia cerebrale e il cervelletto mostrano un'attività elevata (rosso), mentre le strutture profonde sono meno attive (verde e blu).
La SPECT (tomografia computerizzata ad emissione di fotoni singoli) è una tecnologia simile alla PET ma più semplice e meno costosa. Usa composti radioattivi che emettono direttamente radiazioni gamma.
Nella diagnosi della malattia di Parkinson e altri parkinsonismi (ad es. atrofia multisistemica o demenza a corpi di Lewy) trova impiego la SPECT con Ioflupane (DaTscan), un tracciante che permette di visualizzare i trasportatori presinaptici della dopamina nei nuclei della base e in questo modo, nel caso di una loro perdita, indica una patologia causata dalla perdita di neuroni che producono dopamina. E' utile sopratutto per confermare la presenza di parkinsonismo in casi clinicamente incerti o precoci e di distinguere ad es. tra la malattia di Parkinson e un tremore essenziale atipico o una sintomatologia indotta da farmaci neurolettici non dovute alla perdita di neuroni. Non consente di distinguere da solo tra i diversi tipi di parkinsonismo e non aumenta la precisione diagnostica nei casi di una malattia di Parkinson già tipica su base clinica.
Un altro tipo di SPECT utilizza traccianti (99mTc-HMPAO) che evidenziano la perfusione cerebrale ridotta in disturbi cognitivi di tipo neurodegenerativo. Può essere impiegata per confermare un processo neurodegenerativo in disturbi cognitivi di causa incerta o per distinguere ad es. tra una pseudodemenza depressiva e una demenza degenerativa. Come la SPECT con Ioflupane non è in grado da sola di fornire una diagnosi, ma va sempre interpretata nel contesto della sintomatologia clinica e di altri esami diagnostici.