Bildgebende Verfahren in der Nuklearmedizin
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Stabsstelle Strahlenschutz und Abteilung Medizinische Physik Bildgebende Verfahren in der Nuklearmedizin Nuklearmedizinische Verfahren stellen unter Verwendung geeigneter radioaktiver Arzneimitteln (Radiopharmaka) bestimmte Stoffwechselfunktionen dar. Dabei wird nach der Verabreichung der radioaktiv markierten Substanz die aus dem Körper austretende Strahlung mit Hilfe von Gammakameras bzw. Positronenemissionstomographen gemessen. Einzel-Photonen-Emissions-Computer-Tomographie Gammakamera Die Gammakamera ist das am häufigsten zur bildgebenden Diagnostik in der Nuklearmedizin eingesetzte Gerät. Abschirmung Elektronik Bei der Emissionstomographie (SPECT) wird die örtliche Verteilung der inkorporierten Radiopharmaka dreidimensional in Form von Schnittbildern dargestellt. Dazu werden Aufnahmen unter verschiedenen Winkelpositionen der Gammakamera gemessen und als sogenannte Projektionen gespeichert. Photomultiplier Lichtleiter Kristall Kollimator Messkopf einer Gammakamera (Prinzip) Die Energie der aus dem Patienten austretenden Gammastrahlung wird im Detektor absorbiert und in eine Lichtemission (Szintillation) umgewandelt. Mittels Photomultipliern wird dieses Licht in elektrische Signale überführt und mit Hilfe der Ortungselektronik die Position der Szintillation im Detektorkristall bestimmt. Als „Optik“ für die Abbildung werden Kollimatoren verwendet. Messung unter einer Vielzahl von Aufnahmewinkeln, dabei rotiert die Gammakamera um den Patienten Durch geeignete mathematische Verfahren werden dann aus den gemessenen Projektionen Schnittbilder durch den Körper berechnet. Ebene Kristall Kollimator Aktivitätsverteilung Prinzip der Szintigraphie Szintigramm der Schilddrüse Die räumliche Verteilung des Radiopharmakons im Patienten wird als zweidimensionale Projektion dargestellt. Diese bildliche Darstellung nennt man ein Szintigramm. Berechnete Schichten des Herzens In der Klinik für Nuklearmedizin der MHH installierte Gammakamerasysteme Stabsstelle Strahlenschutz und Abteilung Medizinische Physik Bildgebende Verfahren in der Nuklearmedizin Hybridsystem PET/CT Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Bei der Positronen-Emissions-Tomographie wird ein radioaktiv markiertes Arzneimittel benutzt, welches die Eigenschaft besitzt, Positronen auszusenden. Diese treffen nach kurzer Laufstrecke auf ein Elektron. Diese Teilchen und Antiteilchen vernichten sich gegenseitig unter Entstehung von Vernichtungsstrahlung. Es entstehen zwei Gamma-Quanten mit jeweils 511keV Energie. Kombiniert man die funktionale Information des PET mit der morphologischen Information eines Röntgen-CTs, erhält man eine wesentliche Erweiterung der diagnostische Möglichkeiten. Ȗ-Quant= 511 keV e– Positron e+ n p n p n np n n p p n Elektron Ȗ-Quant= 511 keV Die Ȗ-Quanten streben in einem Winkel von 180° auseinander und können daher mit zwei gegenüber liegenden Detektoren gemessen werden. Wird ein J-Quant in einem Detektor registriert, so wird in einem vorherbestimmten Zeitintervall (Koinzidenzzeitfenster) der zugehörige zweite Impuls von dem gegenüberliegenden Detektor erwartet. Bei PET/CT erfolgen sequentiell zwei Bildaufnahmen (CT und PET) in einem Untersuchungsablauf. Die zusätzliche anatomische Information der CT erlaubt eine wesentlich genauere Lokalisation abnormaler Speichermuster. Der Einsatz von PET/CT und SPECT/CT sind in der klinischen Routine, insbesondere in der Onkologie und der Kardiologie, nicht mehr wegzudenken. BWK 2 Detektorringe Beckenschaufel Femur Aus dem PET-Bild erhält man die Information über die räumliche und zeitliche Verteilung der Aktivitätskonzentration im Körper, und damit Informationen über zugehörigen Stoffwechselfunktionen, z.B. lässt sich durch radioaktiv markierte Glucose (FDG) der lokale Energieverbrauch (normal/abnormal) darstellen, siehe Abbildung rechts. PET PET/CT Glucosestoffwechsel (FDG, links) mit überlagerten anatomischer Information (rechts). Durch die anatomische Information ist die Zuordnung der Läsionen besser möglich. In der Klinik für Nuklearmedizin der MHH installierte PET/CT-Systeme Stabsstelle Strahlenschutz und Abteilung Medizinische Physik Nuklearmedizin: Strahlenexposition und Strahlenschutz Nuklearmedizin – Heilkunde mit radioaktiven Stoffen Strahlenschutzrecht In der Nuklearmedizin werden offene radioaktive Stoffe in der Diagnostik und Therapie eingesetzt. Beispiele sind: • Technetium-99m (Gammastrahlung) zur Diagnostik • Fluor-18 (Positronenstrahlung) zur PET-Diagnostik • Jod-131 (Beta- und Gammastrahlung) zur Schilddrüsentherapie Der Betrieb einer nuklearmedizinischen Einrichtung ist genehmigungspflichtig. Ein umfangreiches Regelwerk sichert den Schutz der Umwelt, der Mitarbeiter und der Patienten. Häufigkeit nuklearmedizinischer Untersuchungen Schilddrüse 10% Schilddrüse 39% Sonstige 7% Skelett 33% Skelett 28% Entzündung 2% Tumor 3% Magen-Darm Trakt 1% Gehirn 3% Niere 1% Lunge 3% Sonstige 4% Entzündung 1% Tumor 1% Magen-Darm Trakt 1% Gehirn 2% Herz 14% Qualitätssicherung in der Nuklearmedizin Niere 7% Lunge 6% Herz 30% Häufigkeit nuklearmedizinischer Untersuchungen sowie der daraus resultierende Beitrag zur kollektiven Dosis (Quelle: BfS). Nuklearmedizinische Einrichtungen werden regelmäßig durch die Ärztlichen Stellen überprüft. Dabei werden sowohl physikalisch-technische als auch medizinische Aspekte und die Einhaltung der diagnostischen Referenzwerte bewertet. Strahlenexposition in der Nuklearmedizin Untersuchung Mittlere effektive Dosis [mSv] Entzündungsszintigraphie 8,2 Skelettszintigraphie 4,5 Myokardszintigraphie 7,4 Tumorszintigraphie 6,5 Schilddrüsenszintigraphie 0,7 PET (mit FDG) 10 Mittlere effektive Dosis 2,7 Die Anwendung radioaktiver Stoffe führt zu einer Strahlenexposition. Durch ionisierende Strahlung wird Energie im Gewebe deponiert. Die Energiedeposition im Körper wird im Strahlenschutz als mittlere effektive Dosis in der Einheit „Millisievert“ (1 mSv) angegeben. Strahlenexposition im Vergleich Strahlung Medizinische Anwendungen - Röntgendiagnostik (90%) - Strahlentherapie (6%) - Nuklearmedizin (4%) Kerntechnische Anlagen Forschung und Technik Tschernobyl Fallout Kernwaffenversuche Mittelwert in der BRD Schwankungsbreite mSv/a 1,95 1,75 0,12 0,08 0,01 0,01 0,02 0,01 2,00 1 – über 20 Die Nuklearmedizin trägt mit 0,08 mSv/a zur zivilisatorischen Strahlenexposition bei. Im Vergleich dazu beträgt die Strahlenexposition aus natürlichen Quellen im Mittel 2,1 mSv/a und ist damit etwa um einen Faktor 25 größer. Strahlenschutz in der Nuklearmedizin Der Strahlenschutz in der Nuklearmedizin umfasst drei Bereiche: • Strahlenschutz des Patienten • Klare Indikationsstellung • Professionelle Durchführung der Untersuchung und Befundung • Interdisziplinäre Zusammenarbeit • Qualifiziertes Personal in ausreichender Anzahl • Strahlenschutz der Mitarbeiter • Bereitstellung von Schutzausrüstung • Messmitteln zur Personendosisermittlung • Personendosisüberwachung • Schulung und Unterweisung • Strahlenschutz der Umwelt • Einhaltung des baulichen Strahlenschutzes • Bereitstellen von Messmitteln • Behandlung von Reststoffen • Kontrolle von Ableitungen mit Fortluft / Abwasser • Radioökologische Bewertung im Antragsverfahren Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin 72 Jahre erfolgreiche Behandlung von Schilddrüsenerkrankungen mit Radiojod Fachkundeaktualisierungskurs 04.05.2013 12.10.1941 die erste Therapie mit Radiojod 131-Iod (ß-, HWZ: 8,02d) 31.03.1941 Morbus Basedow, w. 14J. Isotop I-130 (ß-, HWZ: 12,36 h) Arthur Roberts / Saul Hertz Robley Evans Massachusetts Hospital Massachusetts Institute of Technology General Joseph Hamilton Harvard University Radiojodtherapie von Life Magazine October 1949 Lymphknotenmetastasen John Hundale Lawrence 6 Monate später Heilung Nase Mund Magen Erste Heilung von Schilddrüsenkrebs 1943-46 Blase Radio-iodine halts thyroid cancer und heute 2013 Therapiekapseln rechts 131-Jod 7400 MBq ventral links Ganzkörperszintigraphie Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Nuklearmedizin OE 8250 Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin Radionuklid-Therapiestation Fachkundeaktualisierungskurs 04.05.2013 Eingangsbereich Schleusenbereich für Patienten Schleusenbereich für Personal Aufnahmeversorgung Wartezone freundliches Ambiente Pflegeerleichterungen Deckenlift barrierefreies Bad Applikation und Messtechnik nach DIN, StrlSchV, MPG flexible Einzelzimmer in ansprechender Gestaltung SPECT-CT für exakte Diagnostik und vieles mehr……. Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Nuklearmedizin OE 8250 Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin Schonende Tumor-Operation durch Wächterlymphknoten-Diagnostik Definition: Als Wächterlymphknoten (sentinel lymphnode (SLN)) werden Lymphknoten bezeichnet, die im Abflussgebiet der Lymphflüssigkeit eines bösartigen Tumors an erster Stelle liegen. Sind in diesen Lymphknoten Tumorzellen mit dem Lymphfluss verschleppt worden, so können sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch weitere Metastasen in der Umgebung oder in der Ferne befinden. Die Identifizierung der SLN wird hauptsächlich beim Brustkrebs (Mamma-Karzinom) und Hautkrebs (malignen Melanom) angewandt. Durchführung: Die Darstellung der SLN erfolgt im Rahmen einer Szintigrafie. Hierzu werden Partikel aus Eiweiß mit radioaktivem Technetium (Tc99m) markiert und in das Gewebe in der Nähe des Tumors gespritzt. Die Substanz verbreitet sich über denselben Lymphabflussweg wie etwaige Tumorzellen, deren Größe die Partikel haben und reichert sich in einem oder mehreren Lymphknoten an. Diese Anreicherungen werden mit szintigraphischen Aufnahmen dargestellt. Sentinel Sentinal bei Mamma -Karzinom Der oder die SLN können mit Hilfe einer Messsonde bei der anstehenden Operation aufgesucht und unter Schonung der übrigen Lymphknoten gezielt entfernt werden. Die entfernten Lymphknoten werden anschließend histologisch aufgearbeitet. Bedeutung: Sentinel Sentinel Darstellung eines Hauttumors Der Befund der SLN lässt weitere Aussagen über die Metastasierung des Tumors zu. Ist der Wächterlymphknoten nicht befallen, so kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass nachfolgende Lymphknoten ebenso wenig betroffen sind. In diesem Fall erübrigt sich also die Entfernung weiterer Lymphknoten. So können Nebenwirkungen einer Lymphknotenentfernung wie Lymphödeme vermieden werden. Lymphödeme Klinik für Nuklearmedizin Früherkennung von Nierenbeckenabgangsstenosen durch Nierenfunktions-Szintigraphie Durch eine Verengung des Harnleiters am Übergang zum Nierenbecken kommt es zu einem Aufstau von Urin im Nierenbecken. Dieser kann zu einer konsekutiven Schädigung des Nierengewebes und somit zu einer Funktionseinschränkung der Niere führen. Im Ultraschall kann die Erweiterung des Nierenbeckens dargestellt werden. Eine Aussage über die Nierenfunktion und den prozentualen Anteil des Urinabflusses über die Engstelle kann jedoch nicht getroffen werden. Die Nierenfunktionsszintigraphie ist die einzige Untersuchung, die diese Fragestellung klären kann. Patientenvorbereitung • viel trinken (10 ml pro kg Körpergewicht) • Entleerung der Harnblase vor der Untersuchung • es wird ein intravenöser Zugang gelegt, über den später die radioaktive Substanz verabreicht wird und ggf. Blut abgenommen wird •schwangere Begleitpersonen oder kleinere Geschwisterkinder sollten lieber zu Hause bleiben Aufklärung Der Arzt klärt die Eltern und Kinder über den Untersuchungsablauf, eventuelle Nebenwirkungen und die nur sehr geringe Strahlenbelastung auf. Diese entspricht ca. 0,1 mSv und ist somit vergleichbar mit einer RöntgenUntersuchung der Lunge. Die Strahlenbelastung ergibt sich ausschließlich durch die Injektion der radioaktiven Substanz, die Kameraaufnahmen verursachen keine zusätzliche Strahlenbelastung. Methodik •Lagerung auf der Untersuchungsliege, wobei die Eltern mithelfen und die ganze Zeit bei ihrem Kind bleiben können •Über den intravenösen Zugang werden 10 MBq J-123-Jodhippuran gespritzt. Unsere Kamera befindet sich unter dem Kind und nimmt über 30 min kontinuierlich Bilder auf. Die radioaktive Substanz verteilt sich über das Blut im Körper und wird über die Nieren ausgeschieden. Die Nierenfunktion zeigt an, wie viel von der radioaktiven Substanz von den Nieren gefiltert wird. Im zeitlichen Verlauf kann gezeigt werden, welcher Anteil des radioaktiv markierten Urins aus dem Nierenbecken in den Harnleiter und von dort in die Harnblase gelangt. •Sollte es zu einem Rückstau des Urins im Nierenbecken kommen, kann man den Urinabfluss durch die intravenöse Gabe eines harntreibenden Medikamentes (Furosemid) fördern. Dann wird die Untersuchung um eine viertel Stunde verlängert. •Danach wird noch ein Bild nach Entleerung der Harnblase angefertigt. •Am Untersuchungsende bespricht der Arzt mit den Eltern die Untersuchungsergebnisse. Nierenbeckenabgangsstenose links Besserung nach Operation Risikobeurteilung bei koronarer Herzerkrankung (KHK) Die “KHK” Die Behandlungsmöglichkeiten Die koronare Herzerkrankung (KHK) wird durch eine Verengung Der behandelnde Arzt muss entscheiden, ob die KHK konservativ der Herzkranzgefäße (Koronararterien) verursacht. Sie entsteht oder mit einem Eingriff („invasiv“) behandelt wird. durch Veränderungen der Gefäßwand (Arteriosklerose). Durch die Eine konservative Behandlung beinhaltet Medikamente zur Verengung kann der Herzmuskel nicht ausreichend mit Blut Verbesserung von Blutdruck, Fettstoffwechsel, und Blutgerinnung, versorgt werden. Dies führt zu Beschwerden („Angina pectoris“), sowie eine Vermeidung von Risikofaktoren (Rauchen, Übergewicht, Funktionsstörungen des Herzmuskels und schlimmstenfalls zu mangelnde Bewegung). Hierdurch kann das Fortschreiten der KHK einem Herzinfarkt (Absterben von Herzmuskel nach komplettem aufgehalten werden. Koronar-Gefäßverschluss, siehe Abbildung Æ). Eine invasive Behandlung besteht aus einer Aufdehnung der Die “nicht-invasive” Bildgebung als Wegweiser Eine invasive Behandlung der KHK ist nicht nur teuer, sondern auch mit gewissen Risiken verbunden (Risiken des Eingriffs selbst, Risiko des Gefäßverschlusses). Dieser Weg der Behandlung ist nur gerechtfertigt, wenn das Risiko der KHK des Patienten (also die Wahrscheinlichkeit einen Herzinfarkt zu erleiden oder an der KHK zu versterben) entsprechend hoch ist. Verengungen durch Herzkatheter (sog. „PTCA“), mit anschließendem Einsatz eines sog. „Stent“ um das Gefäß offen zu halten (Abbildung), Koronarintervention durch Herzkatheter: PTCA und Stenting einer “Stenose” (Verengung) oder aus einer Bypass-Operation. Es wird also ein Test benötigt, der nicht nur eine Erkennung der KHK, sondern auch eine Beurteilung des krankheitsbedingten Risikos des Patienten ermöglicht. Basierend auf den Ergebnissen dieses Tests kann dann sicher und individuell entschieden werden, wer konservativ und wer invasiv behandelt wird. Durch die reine Darstellung der Gefäßverengung (sog. „Angiographie“) kann das Risiko des Patienten nicht gut beurteilt werden. Hierzu muss untersucht werden, ob das durch die Gefäße versorgte Organ, also der Herzmuskel, beeinträchtigt wird. Dies wird durch die „Myokardperfusions-Szintigraphie“ erreicht. Die risiko-adaptierte Wahl der Behandlung verbessert das Überleben Große Studien an mehr als 10.000 Patienten haben den Nutzen der Myokardperfusions-Szintigraphie zur Wahl der Behandlung belegt. Sind weniger als ca. 10% des Herzmuskels von einer belastungsinduzierten Durchblutungsstörung betroffen, so ist das Risiko für Infarkt oder Herztod geringer bei konservativer Behandlung. Ist Die Myokardperfusions-Szintigraphie dagegen mehr Herzmuskel betroffen, so wird das Risiko durch Es wird eine schwach radioaktive Substanz in Ruhe und invasive gegenüber konservativer Behandlung gesenkt. unter (medikamentöser oder körperlicher) Belastung injiziert. Die Substanz verteilt sich entsprechend der Gewebe-Durchblutung im Herzmuskel und kann mittels Gamma-Kamera nachgewiesen werden. Bilder der Verteilung der Substanz werden genau ausgewertet, um Bereiche des Herzmuskels mit gestörter Durchblutung zu Erzeugung von Schnittbildern des Herzmuskels in 3 Ebenen erfassen. Stress Stress Ruhe Ruhe Stress Stress Ruhe Ruhe Stress Stress Ruhe Ruhe Stress Stress Untersuchung vermieden werden. Die Behandlung der KHK wird Ruhe Ruhe gleichzeitig optimiert. Unnötige Herzkatheter (und die damit verbundenen Risiken und Kosten) können somit durch eine vorgeschaltete nichtinvasive Normalbefund (keine Duchblutungsstörung): Niedrig-Risiko Patient, konservative Behandlung. Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Nuklearmedizin OE 8250 Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover Abnormaler Befund (ausgedehnte regionale Durchblutungsstörungen unter Stress, siehe Pfeile): Hoch-Risiko Patient, invasive Behandlung. Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin Früherkennung von Demenzerkrankungen Hintergrundinformation Die mit der Alterung der Bevölkerung zunehmende Prävalenz der Demenz in den entwickelten Ländern stellt ein erhebliche Herausforderung für das Gesundheitswesen dar. Weltweit geht man von derzeit etwa 30 Millionen Patienten mit der häufigsten Form, der Alzheimer Demenz, aus. Bis zum Jahr 2050 erwartet man eine Vervierfachung, was etwa einem Betroffenen von 85 entspricht. Nuklearmedizinische Verfahren können in diesem Zusammenhang wesentliche Informationen zur Frühdiagnostik und Entwicklung neuer Pharmakotherapien beitragen: •Die F-18-Fluordeoxyglukose (FDG) Positronenemissionstomographie Energiestoffwechsel und damit die funktionale Integrität (PET) ermöglicht den regional im Gehirn zu messen. Stoffwechselminderung in bestimmten Hirnregionen sind eine Frühzeichen neurodegenerativer Veränderungen im Rahmen einer Demenz. •Darüber hinaus können mit anderen radioaktiv markierten Substanzen bio-chemische Veränderungen erkannt werden. Beispielsweise Störungen im dopaminergen System bei Demenz mit Lewykörperchen (in der I-123-FP-CIT SPECT) oder Amyloidablagerungen bei der Alzheimer Demenz (i. d. C-11-PIB PET). Befundmuster: Bei der Alzheimer Demenz finden sich im Frühstadium Stoffwechselminderungen im Scheitelund Schläfenlappen (parieto-temporalen Cortex, Nr. 40, 39, 21). Im späteren Verlauf ist auch das Vorderhirn (frontaler Cortex, Nr. 6-11) betroffen. F-18-FDG PET: Frühdiagnose des Morbus Alzheimer. Patient mit Gedächtnisstörungen seit einem Jahr. Minderungen des Stoffwechsels sind in den Tomogrammen angedeutet zur erkennen und werden im statistischen Vergleich mit einem Kontrollkollektiv eindeutig nachgewiesen (Darstellung überlagert auf Kernspintomographie). Gesunde Kontrollperson F-18-FDG PET: Ausgeprägte Stoffwechselminderungen parietotemporal und frontal bei fortgeschrittenem Morbus Alzheimer. Lewykörperchen Demenz Alzheimer Demenz I-123-FP-CIT SPECT (DATSCAN): Bei klinisch manifester Demenz sichert der Nachweis einer Neurodegeneration im dopaminergen System die Diagnose eine Demenz mit Lewy-Körperchen. Dies hat Konsequenzen für die weitere Behandlung (keine Neuroleptika-Gabe.) Amyloid-Plaque-Imaging: Eine innovative Möglichkeit um die Alzheimer Demenz pathognomonischen Ablagerungen frühzeitig zu erkennen. F-18-FDG PET: Keine wesentlichen Stoffwechselminderungen bei Depression. Medizinische Hochschule Hannover Klinik für Nuklearmedizin OE 8250 Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover Obere Reihe: Alzheimer Demenz, unter Reihe: Kontrollperson Brooks et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging (2012) 39:1207–121 Klinik für Nuklearmedizin F-18-FDG-PET/CT zur Erkennung von Tumorausdehnung und Therapieansprechen Messprinzip der F-18-FDG-PET/CT Bei der F-18-FDG-PET wir intravenös ein mit dem Positronenstrahler Fluor-18 markiertes Zuckermolekül verabreicht. Sobald das Positron auf ein Elektron trifft zerstrahlen beide zu zwei Gammaquanten, die sich genau im 180㼻 Winkel voneinander wegbewegen. Das Krebserkrankungen bei denen PET im Rahmen der Strahlentherapieplanung eingesetzt wird Das PET/CT spielt eine wichtige Rolle bei der Planung der Strahlentherapie. Durch Identifikation von vitalem Tumorgewebe ist eine genauere Definition des zu bestrahlenden Volumens möglich. In dem Beispielbild rechts sind mehrere Volumen dargestellt. Das Gross Target Volume (GTV) stellt Zuckermolekül wird hauptsächlich in sehr stoffwechsel- dabei das über CT ermittelte makroskopische Tumorvolumen aktivem vitalem Tumor Gewebe aufgenommen dessen dar. Das klinische Zielvolumen (CTV) bezieht den Bereich mit genaue Lokalisation durch eine kombiniert durchgeführte CT bestimmt werden kann. Tumor- / Zielvolumina • Nicht kleinzelliges Bronchialkarzinom ein in dem noch Tumorzellen vermutet werden. Das Planungs- • Kopf-/Halstumoren durch Bewegung des Zielvolumens, die durch Atmung oder • Lymphome • Ösophaguskarzinom zielvolumen (PTV) berechnet noch einen Sicherheitsraum der Peristaltik zustande kommt. Die PET (unten rechts) ermöglicht durch Identifikation von lebendem Tumorgewebe eine genauere Definition des biologischen Zielvolumens (BTV). Scripes et al. Semin Nucl Med 2012, 42:283-288 Kopf-Hals-Tumoren Nicht kleinzelliges Bronchialkarziom 1 Eine wichtige Rolle spielt das PET/CT zur Planung der Bestrahlung bei Tumoren im Kopf- und Halsbereich. Diese wachsen infiltrieren in das Die einzige kurative Therapie beim nicht kleinzelligen Bronchial- umgebende Gewebe und metastasieren früh in die im Kopf- und Halsbereich Karzinom ist die chirurgische Resektion. Diese ist aber nur bis zum gelegenen (lokoregionären) Lymphknoten. Das PET/CT hat einen Stadium N2 möglich, i.e. zu einem Zeitpunkt zu dem noch keine entscheidenden Anteil bei der Bestimmung von Lymphknotenmetastasen, die Lymphknoten-metastasen auf der gegenüberliegen Seite des mit dem PET/CT besser identifiziert werden können als mit MRT oder CT. Mediastinums aufgetreten sind. Patienten hingegen mit Durch genaue Identifizierung der vitalen Tumor Anteile im PET/CT ist eine Lymphknotenmetastasen auf der gegenüberliegenden Seite des Verkleinerung des zu bestrahlenden Volumens möglich, wodurch umliegende Mediastinums oder Fernmetastasen profitieren nicht von einer sensible Strukturen besser geschont werden können. Operation. Mit Hilfe des PET/CTs können Lymphknotenmetastasen in Das Bild rechts zeigt ein Beispiel eines Patienten mit einem Plattenepithel-Ca. vielen Fällen sensitiver identifiziert werden als mit der CT alleine und Die Lymphknotenmetasen links am Hals (Kreuz) sind mittels dem MRT und CT ggf. kann eine weitere spezifische Abklärung mittels Biopsie erfolgen gut erkennbar. Die Lymphknotenmetastase rechts (weisser Pfeil) hingegen ist bevor ein endgültiges Therapieprocedere festgelegt wird. im CT und MRT schwer identifizierbar, während sie im PET/CT eine deutliche FDG Aufnahme zeigt. Sadick et al. Laryngo-Rhino-Otol 2012; 91(S 01): S27-S47 Nicht kleinzelliges Bronchialkarziom 2 Ein weiteres Beispiel eines Patienten mit einem nichtkleinzelligen Bronchial-Ca. Wie man in den Bildern (links) vor Therapie erkennen zeigt sich eine ausgedehnte Metastasierung in der Lunge und im Mediastinum. Der rote Pfeil markiert eine Lymphknotenmetastase auf der gegenüberliegenden Seite des Mediastinums. Damit ist keine Operation mehr möglich. Deswegen erfolgte zuerst eine Strahlentherapie und eine Chemotherapie. In den Bildern nach Therapie sieht man eine deutliche Verminderung des Glukosestoffwechsels und die Lymphknotenmetastasen sind nicht mehr nachweisbar, damit ist nun eine Indikationstellung zur Operation möglich. Dieses Bild zeigt ein Beispiel einer Patientin mit einem Bronchial-Ca. Wie man im PET/CT erkennen kann beschränken sich die Metastasen auf den rechten Thorax, damit ist Heilung der Patientin durch eine Operation noch möglich. Hodgkin-Lymphom 1 Das Hodgkin Lymphom spricht gut sowohl auf Chemotherapie als auch auf Strahlentherapie. Die Standard-Strahlendosis beträgt heute 20 Gray in den frühen Stadien bzw. 30 Gy im Falle von mittleren oder fortgeschrittenen Stadien. Momentan werden Studien (HD16-18) von der Deutschen Hodgkin Studiengruppe (GHSG) durchgeführt, die untersuchen, in wie weit die Einführung der PET zu einer Vermeidung bzw. Verminderung der Strahlentherapie beitragen kann. Hodgkin-Lymphom 2 Hier ist ein Beispiel eines Patienten mit einem Hodgkin Lymphom dargestellt. In den PET-Aufnahmen vor Therapie (links) sieht man eine starke FDGAnreicherung in den mediastinalen Lymphknoten. In den Aufnahmen nach 2 PET vor und nach Chemotherapie zur Entscheidungshilfe bzgl. Strahlentherapie (ja/nein, Ausdehnung, Dosis) Monaten Chemotherapie sieht man einen deutlich rückläufigen Hier ein zweites Beispiel einer Patientin Zuckerstoffwechsel in den mediastinalen Lymphknoten (rechts). Auf dieser mit Hodgkin Lymphom. In den Aufnahmen Grundlage fiel die Entscheidung zu einer mit 20 Gy relativ niedrig dosierten vor Therapie sieht man einen Involved-Field Strahlentherapie. ausgedehnten Befall der mediastinalen und links axillären Lymphknoten. Nach insgesamt 6 Zyklen Chemotherapie sieht man ein gutes Ansprechen der mediastinalen und axillären Lymphknoten. Allerdings zeigt sich ein neu aufgetretener Lungenherd, was für einen Progress der Erkrankung unter Therapie spricht. Damit ist hier eine hochdosis Chemotherapie mit anschließender autologer Stammzelltherapie notwendig. Zusammenfassung Die F-18-FDG PET/CT kann einen wichtigen Beitrag leisten bei der Abgrenzung des Tumorvolumens. Außerdem eignet sich die PET sehr gut zur Beurteilung eines Therapieansprechens in dem stoffwechselinaktive Anteilen, die gut auf die Therapie angesprochen haben, von stoffwechselaktiven Anteilen, die nicht gut auf die Therapie angesprochen haben, abgegrenzt werden können. Außerdem kann über die Beurteilung des Stoffwechsels auch eine Aussage über die Biologie bzw. den Phänotyp einer Tumoren getroffen, was heutzutage ein wichtigeres Kriterium für die weitere Therapieplanung / Verlaufskontrolle darstellt . Medinizinische Hochschule Hannover Klinik für Nuklearmedizin OE8250 Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover www.mh-hannover.de Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin Diagnostik von Hirntumoren mittels Aminosäure - PET Einleitung In der Hirntumordiagnostik mittels Positronenemissions-tomographie (PET) kann die Verwendung der radioaktiv markierten Aminosäuren [11C]-Methionin und O-(2[18F]-Fluorethyl)-L-Tyrosin (FET) einzigartige Informationen liefern. Sie bietet im Vergleich zur 18F-Fluordeoxyglukose(FDG)-PET aufgrund der niedrigen Aminosäure-aufnahme im normalen Hirngewebe und in Entzündungs-zellen einen guten Kontrast für die Diagnostik niedriggradig maligner Tumoren, die eine deutlich höhere Aufnahme zeigen (Abb.3). Verglichen mit der MRT zeichnet sich die PET mit radioaktiv markierten Aminosäuren durch eine realistische Widerspiegelung des biologisch aktiven Tumoranteils aus. Abb.1: Vollring - PET / CT-System Abb.2: Patientenlagerung Aufnahme und Untersuchung R Die Aufnahme der 11C-Methionin-Verteilung im ZNS sollte an einem Vollring-PET/CT-System im 3D-Modus erfolgen (Abb. 1). Die kombinierte Bildgebung erleichtert die anatomische Zuordnung pathologischer Anreicherungen, relativ geringe Aktivitätsmengen von 200–250 MBq sind ausreichend. Nach der Low-dose-CT erfolgt die Emissionsmessung nach 20–40 Min. (Abb.2). Aus Sicht des Patienten ist diese PETUntersuchung ein einfaches, nicht-invasives Verfahren, welches zudem auch mit einer vergleichsweise geringen Strahlenexposition einhergeht. Abb. 3 Resultate der Bildgebung bei einem 55-jährigen Patienten nach einmaligem Krampfanfall. Links: Kernspintomografie, T1-gewichtet nach Kontrastmittelgabe (differenzialdiagnostisch Entzündung oder Tumor möglich). Mitte und rechts: 11C-Methionin-PET bzw. PET/ CT- Überlagerung mit tumortypisch gesteigerter Aminosäureaufnahme. Histologie: Glioblastoma multiforme. Indikationen •Differenzierung vitalen Tumors von nicht neoplastischen Veränderungen •Bestimmung der Tumorausdehnung •Auswahl des günstigsten Biopsieorts •Tumor- Grading Abb. 4 Ergebnis der 11C-Methionin-PET / CT (links: CT, Mitte: PET, rechts: Überlagerung beider Modalitäten) bei einem 36-jährigen Patienten mit Zustand nach Strahlentherapie eines anaplastischen Astrozytoms mit 125I Seeds vor 8 Jahren. Nach dem MRT-Befund ist die Differenzialdiagnose zwischen einem Rezidiv und einer Strahlennekrose nicht möglich. Die PET zeigt ein umschriebenes Areal mit intensiv gesteigerter Aminosäureaufnahme, unmittelbar dorsal der noch in situ befindlichen Seeds. Nach operativer Entfernung ergab die histologische Aufarbeitung ein anaplastisches Astrozytom WHO-Grad III. •Therapieplanung •Beurteilung des Therapieansprechens Differenzierung zwischen Tumorrezidiv und Strahlennekrose Nach der Strahlentherapie maligner Hirntumoren kann die Unterscheidung zwischen einer Strahlennekrose und einem Tumorrezidiv schwierig sein, da beide Zustände mit einer Störung der Blut-Hirn-Schranke und dementsprechend einer Kontrastmittelanreicherung in CT und MRT einhergehen können. Typischerweise ist der 11C-Methionin-Uptake in Rezidivgewebe höher als bei einer Strahlennekrose (Abb.4). Therapieplanung Die Vorteile der 11C-Methionin-PET für die Planung chirurgischer oder strahlentherapeutischer Behandlungen ergeben sich im Wesentlichen aus der verbesserten Abgrenzbarkeit des Tumorvolumens, insbesondere der biologisch aktiven Anteile (Abb.5). Abb. 5 Fokussierte Entfernung malignisierter Tumoranteile bei einem 37-jährigen Patienten mit Zustand nach R1-Resektion eines Astrozytoms WHO-Grad II. Der über 2,5 Jahre langsam größenprogrediente, ausgedehnte Resttumor zeigt eine gesteigerte 11C-Methioninaufnahme frontal inferior und insulär (weiße Pfeile) – nicht aber im Bereich des Temporalpols (weiße Pfeilköpfe). Die Entfernung der Tumoranteile mit gesteigerter Aminosäureaufnahme ergab bei der histologischen Aufarbeitung ein Oligoastrozytom WHO-Grad III. Die 11CMethionin-PET ermöglichte also die Entfernung von Tumoranteilen mit gesteigertem Wachstumspotenzial. Abgebildet sind das MRT-Bild (links), das PET (Mitte) und die Überlagerung beider Modalitäten (rechts) nach CoRegistrierung mit dem bei der Operation genutzten Neuronavigationssystem. Zentrum Radiologie Klinik für Nuklearmedizin Was ist eine Leukozytenszintigraphie? Ziel: Mit Hilfe der Leukozytenszintigraphie im Körper nachgewiesen werden, Osteomyelitis oder entzündlichen häufigste Indikation ist die Abklärung ansonsten unklaren Fiebers. können Entzündungsherde wie zum Beispiel eine Gelenkerkrankungen. Die der Ursache einer klinisch Methode: Wie muss die Untersuchung vorbereitet werden? Im Rahmen dieser Untersuchung werden an zwei aufeinanderfolgenden Tagen szintigraphische Bilder des ganzen Körpers aufgenommen. Am ersten Tag soll der Patient 6 Stunden Zeit einplanen, am zweiten Tag 2 bis 3 Stunden. Abbildung 1: Gammakamera Symbia T (Firma Siemens) Markierung : Es werden etwa 45 ml Blut in einer Spritze (mit Heparin benetzt) aus einer peripheren Vene abgenommen. Die Zellmarkierung soll unter sterilen Bedingungen erfolgen. Die Spritze steht ca. 45 Min zur Sedimentierung, damit das überstehende leukozytenreiche Serum anschließend von den restlichen Blutbestandteilen durch Überführung in ein kleines Fläschchen getrennt werden kann. Durch zweimaliges Zentrifugieren und Spülen (durch Zugabe eines Phosphatpuffers -> PBS) werden die Leukozyten gewaschen und anschließend mit dem radioaktiven In-111 markiert. Die markierten Leukozyten werden mit 10 ml PBS resuspendiert und nach Durchlaufen von Qualitätskontrollen dem Patienten zurückgegeben. Bei den Qualitätskontrollen wird gemessen wie viel Aktivität die Leukozyten gebunden haben (->Markierungsausbeute) und wie viele Leukozyten sich in der Suspension befinden (-> Zellwiederfindungsrate). Abbildung 2: Blutentnahme Ruhezeit der Spritze Leukozytenrand am Flaschenboden Überführtes Serum Markierung Durchführung: 4 und 24 Stunden nach Reinjektion werden Bilder des gesamten Körpers mit der Gammakamera aufgenommen und aufgezeichnet. Diese Aufnahmen dauern jeweils etwa 15-20 Minuten. Zusätzlich werden Aufnahmen mit der Gammakamera durchgeführt, bei denen sich die Kameraköpfe langsam um die erkrankte Region des Körpers bewegen und aus allen Richtungen Bilder der Verteilung der markierten Leukozyten aufnehmen (SPECT/CT). Aus diesen Ansichten werden Bilder der aufzufindenden Leukozytenansammlungen z. B. in einem Abszess berechnet. Diese SPECT/CT-Messungen dauern etwa 30-40 Minuten, während derer der Patient natürlich möglichst ruhig liegen muss, um scharfe Bilder zu bekommen. Abbildung 3: Fragestellung Hüftproteseninfektion:Knochenszinitigraphie nach 3h und 24h & SPECT/CT Zusammenfassung: Auf den Übersichts- und SPECT-Aufnahmen wird eine Ansammlung von Leukozyten lokalisiert. So können entzündliche Prozesse erkannt und dann – falls möglich - saniert werden. PRECLINICAL MOLECULAR IMAGING Präklinische Bildgebung: Entwicklung und Übertragung neuer Methoden in die Patientenversorgung J. P. Bankstahl, F. M. Bengel Präklinische Molekulare Bildgebung, Klinik für Nuklearmedizin, Medizinische Hochschule Hannover Im Jahr 2012 wurden in der Klinik für Nuklearmedizin der Medizinischen Hochschule Hannover ein Kleintier-PET/CT- und SPECT/CT-System installiert. Ziel der präklinischen molekularen Kleintierbildgebung ist es neue Radiopharmaka, Untersuchungs- oder Operationstechniken und Medikamente im Tiermodell zu evaluieren, um diese auf die Humanmedizin zu übertragen. Die Kameras sind speziell für kleine Versuchstiere wie Mäuse und Ratten konstruiert. Um die benötigte Anzahl von Tieren im Sinne des Tierschutzes klein halten zu können, muss eine exzellente Reproduzierbarkeit durch standardisierte Studienbedingungen erreicht werden. Versuchsablauf + PET/CT (Siemens Inveon) Narkose SPECT/CT (GE eXplore speCZT) Narkoseüberwachung (EKG und Atmung) Vergleich mit klinischen Untersuchungen i.v. Injektion (Schwanzvene) Humane Untersuchungen Präklinische Untersuchungen Standardisierte Untersuchungsdurchführung Variabel in allen Parametern Humanscanner Auflösung PET: < 6 mm Auflösung SPECT: < 12 mm Spezielle Kleintierscanner Auflösung PET: < 1,5 mm Auflösung SPECT: < 1,0 mm Alle Versuche in Narkose Falls Untersuchung in Narkose: Vorbereitung und Durchführung durch Anästhesieteam EKG-Überwachung nur bei Narkose und gegateten Scans i.v. Injektionen an Armen und Händen möglich Injektionsvolumen fast unbegrenzt Permanente Überwachung von EKG und Atmung Ohne OP nur Schwanzvene zur i.v. Injektion verfügbar Injektionsvolumen bei Tieren sehr begrenzt, z.B. Maus max. 150 l Scan Blutproben für Input-Funktionen in größeren Mengen möglich Nur zugelassene Radiopharmaka Bei 25 g schwerer Maus einmalig ca. 200 l Blutabnahme Experimentelle Radiopharmaka Einverständniserklärung des Patienten Tierversuchsgenehmigung durch Behörde (LAVES) SPECT: Lungendurchblutung Zurück in Tierhaltung Rekonstruktion + Auswertung Beispiele Herz-CT CT SPECT 99mTc-HSA-SPECT/CT Maus, linker Lungenlappen transplantiert Kooperation mit N. Madrahimov, A. Knöfel, T. Rodt Aufwachbox PET: Energiestoffwechsel Überlagert Gehirn-SPECT: Dopaminrezeptordichte Kontrastmittel-verstärkter Herz-Scan, Maus Narkose Isofluran Narkose Ketamin/Xylacin 18F-FDG-PET/CT, Maus MHH Klinik für Nuklearmedizin OE 8250 Präklinische Molekulare Bildgebung Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover I-123-FP-CIT, Ratte
