Positronen-Emissions-Tomographie (RET)

Positronen-Emissions-Tomographie (RET) in der
Melanomdiagnostik: Technische Grundlagen
und diagnostische Möglichkeiten
T. Klyscz
Universitäts-Hautklinik, Liebermeisterstr. 25, 72076 Tübingen
Einleitung
In den zurückliegenden 3 Dekaden konnte
durch die technische Neu- bzw. Weiterentwicklung radiologischer und nuklearmedizinischer Techniken, wie z.B. CT, MRI,
Scintiscan, ein entscheidender Fortschritt in der
Staging-Diagnostik bei Tumor-Patienten erreicht
werden.
Trotz der eindrucksvollen Entwicklungsfortschritte versagen in bestimmten Fällen eine
Reihe
von
Verfahren
bei
speziellen
Fragestellungen, wie z.B. der Suche nach
kleinsten Früh- und Fernmetastasen bei
Patienten mit malignem Melanom, wobei die
Prognose
bei
Melanom-Patienten
in
besonderem Maße von dem Metastasierungsverhalten des Primärtumors und der frühen
Detektion eventueller Filialisierungen beeinflußt
wird.
Das
verbleibende
Problem mangelnder
diagnostischer Sensitivität und Spezifität in der
Lokalisation von Melanommetastasen außerhalb
der derzeit verfügbaren diagnostischen Fenster
etablierter Verfahren könnte durch die
Positronen-Emissions-Tomographie relativiert zu
werden. Die PET-Technologie eröffnet nämlich
die Option, biochemische Charakteristika des
Gewebes zu erfassen und auch kleine Mengen
an Tumorgewege aufgrund seines pathologisch
veränderten Glucosestoffwechsels im Organismus zu detektieren.
Historische Entwicklung
Nach der Vorhersage der Existenz von
Positronen im Jahre 1927 durch Dirac und des
erfolgreichen
Positronen-Nachweises durch
Anderson im Jahre 1932 wurde bereits im
Jahre 1959 von Anger und Rosenthal eine
erste Positronenkamera vorgestellt. Die von
Ranckowitz
1962
konzipierte ringförmige
Detektoranordnung
bildet bis heute die
technische Grundlage der Positronentomographen. Ab Mitte der 80er Jahre wurde durch
den
Einsatz
von computerunterstützten
Detektoren ein. weiterer Schritt zur besseren
Auflösung der Geräte beschritten.
Technisches Prinzip
Die mit einem Tracer primär intravenös
applizierten Positronenstrahler emittieren bei
ihrem Zerfall in ein Neutrino sowie ein Positron.
Das Positron ist als Antiteilchen zum Elektron
bei gleicher Masse jedoch positiv geladen. Das
emittierte Positron wird im Gewebe abgebremst
und fängt kurz vor Erreichen seiner Ruheposition ein Elektron ein. Aus dieser Verbindung
geht ein Positronium hervor, ein dem Wasserstoffatom vergleichbares Zweiteilchensystem.
Bei der anschließenden Annihilation werden die
beiden Massen in zwei Gammaquanten mit
einer Energie von je 511 keV umgewandelt, die
in entgegengesetzten Richtungen auseinanderfliegen. Durch eine Koinzidenzmessung zweier
einander gegenüberliegender Detektoren kann
der Punkt der Annihilation auf einer
Verbindungslinie der beiden Punkte lokalisiert
werden. Die Größe der einzelnen Detektoren
bestimmt maßgeblich die Auflösung der
Positronentomograpiien.
Die gängigen Positronenstrahler 11C, 13N, 150
und 18F werden vor ihrer Applikation so an
Biomoleküle gekoppelt, daß deren Stoffwechsel selbst nicht negativ beeinflußt wird.
Eine
Jn-vivo-Biochemie" des
lebenden
Organismus wird dadurch ermöglicht (3).
Klinische Anwendung
Die tumorspezifischen Stoffwechseländerungen
bzgl. der gesteigerten Aufnahme von
Glucoseverbindungen („anaerobe Glycolyse im
Tumorgewebe nach Warburg") lassen sich
diagnostisch durch eine Gabe von intravenös
applizierter 18F-Deoxyglucose verwerten, da es
im Tumorgewebe zu einer metabolischen
Akkumulation
der
markierten
Glucoseverbindungen mit entsprechend zum Gesamtorganismus lokal erhöhter Freisetzung von
Photonen kommt, die sich diagnostisch zur
Lokalisation des Herdes auswerten lassen.
Aufgrund erster klinischer Erfahrungen bei
Melanompatienten und in kritischer Abwägung
mit anderen - bereits klinisch etablierten
diagnostischen Verfahren - scheint die Posi-
Biomedizinische Technik · Band 40 · Ergänzungsband 1 · 1995
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tronen-Emissions-Tomographie bei der Suche
nach Melanommetastasen eine sehr hohe
Sensitivität zu besitzen, wie eigene erste
klinische Untersuchungsergebnisse
zeigen.
Beeinträchtigt wird die diagnostische Potenz
des Verfahrens durch die Tatsache, daß Herz·
und Gehirngewebe eine physiologische,
organspezifische Steigerung des Glucoseumsatzes aufweisen, die eine sichere Detektion
von Tumorgewebe in diesen Organbereichen
ebenso wie an dem harnableitenden System
der Niere und im urteren- und Blasenbereich
aufgrund der biochemischen Überlagerungsphänomene nicht ermöglicht.
Die PET-Technik könnte künftig neben ihren
bereits anerkannten Einsatzbereichen in der
coronaren und neurologisch-psychiatrischen
Diagnostik auch in der Diagnostik des
filialisierenden
malignen Melanoms eine
bedeutende Rolle spielen, da sie über
Funktionszustände und metabolische Prozesse
in Geweben Auskunft zu geben vermag, die es
z.B. ermöglichen, einen harmlosen aber klinisch
suspekten Narben- oder Gewebebereich von
einer mit anderen Methoden nicht erfaßbaren
Filialisierung zu unterscheiden. Damit stellt sie
eine wichtige komplementäre Diagnostikvariante
dar, die zur Erweiterung des
vorhandenen diagnostischen Spektrums bei den
betroffenen Patienten eine sehr wichtige Rolle
spielen kann.
Literatur
(1) Beaney, R. P., Lammertsma, A. A., Jones,
T., McKenzie, C. G., Halnan , K. E.: Positron
emission tomography for in-vivo measurements
of regional blood flow, oxygen utilisation and
blood volume in patients with breast
carcinoma. Lancet, 131-134 (1984)
(2) Newiger, H.: Entwicklung und Zukunftsperspektiven der PET-Technologie. Radiologe
32,262-265(1992}
(3) Newiger, H.: Die Positronen-EmissionsTomographie (PET) - eine neue, diagnostische
Methode.
Physikalische und technische
Voraussetzungen. Akt. Radio). 3, 140-143
(1993)
(4) Heiß, W.D.: Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Klinische Wertigkeit in Neurologie und Psychiatrie. Dt. Ärztebl. 92 (8) B372-6-378(1095)
(5) Schober, O., Meyer, G. J.: Beurteilung von
Hirntumoren mit der Positronenemissionstomographie. Radiologe 32, 282-289 (1992)
(6) Wienhard, K., Wagner, R., Heiss, W.D.: PET
- Grundlagen und Anwendungen der Positronen-Emissions-Tomographie. Springer Verlag,
Berlin, Heidelberg, New York 1989
Positronenstrahler
».Detektor
E =511 keV
Abb 1: Prinzip der Koinzidenzmessung nach Newiger 1993 (3)
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