Nuklearmedizin

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21. Nuklearmedizin

von Dr. Tamás Györke

Lernziel des Kapitels

Das Ziel des Kapitels ist, eine Zusammenfassung von Nuklearmedizin, als eine selbstständige medizinische Disziplin den Medizinstudenten bekannt zu machen. Die Untersuchungsmethoden, die Protokolle bei den bestimmten Erkrankungen und ihre Indikationen, und die Eigenschaften der durch nuklearmedizinische Untersuchungen erworbene Information soll klar für sie sein. Weiterhin sollen sie fähig sein, die Untersuchungsmethoden mit Radioisotop in den diagnostischen Algorithmen adäquat zu verwenden.

21.1 Einladung

Die Nuklearmedizin ist ein eigenständiges medizinisches Feld; sie nutzt offene radioaktive Isotope (Radionuklide) für diagnostische und therapeutische Zwecke. Die grundlegenden Konzepte der Nuklearmedizin wurden von dem ungarisch-stämmigen Wissenschaftler György Hevesy (1885-1966) niedergelegt, der den Nobelpreis für die Entdeckung der Tracer- und Radioisotopen-Markierungsmethode erhielt, mit der geringste Mengen und Konzentrationen eines Stoffes detektiert werden können.

21.1.1. Die diagnostische Methode der Nuklearmedizin

Bei der diagnostischen Nutzung (Isotopenuntersuchung) unterscheiden wir in vitro und in vivo Untersuchungen.
Bei der in vitro Diagnostik werden die Proben eines Patienten (Blut, Körperflüssigkeiten, Gewebe) mit Labormethoden, basierend auf Radioisotopen, wie z. B. dem Radioimmunoassay (RIA) auf verschiedene Materialien geprüft (z. B.: Tumormarker, Hormone und Medikamentenkonzentrationen). (In vitro Methoden haben mit dem Aufkommen der nicht-isotopischen Labormethoden stark an Bedeutung verloren.)
Bei den in vivo Untersuchungen werden Radiopharmaka (Radiotracer) auf verschiedene Art und Weise in den Körper des Patienten gebracht. Normalerweise wird die Gabe intravenös durchgeführt, selten oral, durch Inhalation oder durch direkte Injektion in die Gewebe. Die Radiotracer bestehen aus einem organ-, gewebe- oder funktionsspezifischem Material, welches mit dem Radioisotop verbunden ist. Das Letztere wird als Marker angesehen, dessen radioaktive Strahlung von außen detektiert wird und dabei verschiedene Verteilungsmuster im Körper zeigt.
Für die Therapie von einigen pathologischen Prozessen besteht die Möglichkeit Marker zu nutzen, die für eine längere Zeit in Geweben akkumulieren. So können die anhaftenden Radionuklide zu der Zielregion gebracht werden, an der sie ihre therapeutische Wirkung entfalten können ohne oder nur mit einer minimalen Belastung für das umgebende Gewebe (Isotopentherapie).
Der Großteil der in vivo Untersuchungen entfällt auf die Bildgebung (Szintigrafie). Da die Dynamik der Anreicherung und Ausscheidung der Radiopharmaka immer mit einem biochemischen Prozess oder einer Funktion gekoppelt ist, geben Isotopenuntersuchungen im Gegensatz zu anderen, sogenannten morphologischen, strukturellen Bildgebungen (konventionelles Röntgen, US, CT und in gewisser Weise MRT) – von Haus aus funktionelle Informationen.
Die Szintigrafie gibt, als eine dieser Methoden, ergänzende Daten zu radiologischen Untersuchungen. Auf der anderen Seite können nuklearmedizinische Techniken auch als Emissionsmethoden betrachtet werden, da sie auf der Detektion von Strahlung des Patienten basieren.
Gamma-Strahlung, einschließlich bei Positronen-Annihilationsstrahlung entstehenden Gamma-Photonen, und die charakteristische Röntgenstrahlung gehören zu der elektromagnetischen Strahlung. Diese kann zur diagnostischen Bildgebung genutzt werden, denn als eine Form der radioaktiven Strahlung zeigt sie ein hohes Durchdringungsvermögen durch den menschlichen Körper. Im Gegensatz dazu hat die korpuskulare Strahlung von Beta- und Alpha-Partikeln ein sehr geringes Durchdringungsvermögen und wird nach kurzer Strecke vom Gewebe absorbiert. Daher sind Isotope, welche Beta- und Alpha-Zerfall zeigen, für therapeutische Zwecke nützlich.

21.1.2 Isotopen-Untersuchungsmethoden

Die bildgebende Ausrüstung der Nuklearmedizin ist die Gamma-Kamera (auch Anger-, bzw. Szintillationskamera genannt) und der Positronen-Emissions-Tomografie (PET) Scanner. Die Szintigrafie detektiert einzelne Photonenradionuklide, während die PET in der Lage ist, die Positronenemission von bestimmten Isotopen zu detektieren.

Die Gamma-Kamera kann zweidimensionale, planare Bilder produzieren, während die SPECT (Single Photon Emissionscomputertomographie) in der Lage ist, Schnittbilder mitzuerfassen. Mit der SPECT kann die Verteilung des Radiotracers dreidimensional visualisiert werden. Die PET ist eine Modalität, mit der nur Schnittbilder (und deren 3D-Rekonstruktionen) produziert werden können, planare Bilder können dagegen nicht produziert werden. Für nicht-bildgebende Untersuchungen kann mit Hilfe von richtig eingestellten, mit Kollimatoren verbundenen szintigraphischen Detektoren Radioaktivität über einzelnen Organen gemessen werden (z. B.: Iodtransport der Schilddrüse, intraoperative Messung von Radionukliden mit der Gammasonde während spezieller chirurgischer Verfahren).

Die Gamma-Kamera kann ein limitiertes Gebiet (Field of view - FOV) des Patienten aufnehmen und zweidimensionale Bilder produzieren. Wird der Patient in Längsrichtung des Detektors bewegt, kann eine sogenannte Ganzkörperaufnahme in einer Bildgebung erstellt werden. Im SPECT Modus wird der Detektor um den Patienten rotiert und es entstehen Schnittbilder einer bestimmten Körperregion (die Größe entspricht dem FOV der Kamera). Neben den vielfältig einsetzbaren normalen Gamma-Kameras gibt es auch speziell für einzelne Organe optimierte Kameras (Schilddrüsenkamera, Hirn- oder Herz-SPECT-Kamera). Nadelloch-Kollimatoren unterscheiden sich von den normalerweise genutzten Parallelloch-Kollimatoren, da sie in der Lage sind, vergrößerte, hoch aufgelöste und detailreiche Bilder von kleineren Organen oder Läsionen zu erstellen (z. B. Schilddrüse, Kinderhüfte). Die Kamera im PET-Gerät kann auf einmal ein 20cm langes Segment des Körpers darstellen. Wenn der Körper in Längsrichtung bewegt wird, kann auch eine Ganzkörperuntersuchung erfolgen.
In der Nuklearmedizin wird auch zwischen statischen und dynamischen Untersuchungen unterschieden.
Bei statischen Untersuchungen kann der injizierte Radiotracer entweder in normalen Geweben, pathologischen Geweben oder in Hohlräumen des Patienten angereichert werden. Wenn eine adäquate Einwirkzeit eingehalten wird, entsteht ein Gleichgewichtszustand in der Verteilung des Radiotracers. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Bildgebung stattfindet, können Rückschlüsse auf die regionale Verteilung des Radiotracers, und somit auf die Gewebe-/Organaktivität gezogen werden.
Auf der anderen Seite können bei dynamischen Untersuchungen nicht nur Informationen über räumliche Aktivitäten gewonnen werden, sondern auch über den Verlauf bestimmter Vorgänge über die Zeit. Z. B. kann die Urinausscheidung in den Nieren dynamisch verfolgt werden, wenn passende Zeitpunkte für die Bildgebung ausgewählt werden. Sogar wenn einige funktionelle Prozesse schneller ablaufen, als dass die zeitliche Auflösung der Bildakquisition erlaubt, kann mit getriggerten Methoden versucht werden, diese Prozesse abzupassen (EKG-getriggerte, Atem-getriggerte Bildgebung), um eine Chance zu haben diese darzustellen. Allerdings muss festgehalten werden, dass die Bildakquisition bei statischen Isotopenuntersuchungen, zum Zweck der Dosisreduzierung und der Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses, mehrere Minuten dauert.
Gamma-Kameras mit multiplen Detektoren sind zu bevorzugen, da sie Bilder von besserer Qualität produzieren und/oder eine schnellere Bildgebung neben der gleichen Strahlendosis ermöglichen.

Eine spezielle Eigenschaft der Isotopenuntersuchungen und deren Bildgebung ist, dass Gamma-Kameras und PET diejenigen Regionen, die näher an den Detektoren liegen, besser abbilden. Dies liegt an der stärkeren Absorption derjenigen Gamma-Photonen, welche weiter entfernt vom Detektor (von tiefen Inneren des Körpers) emittiert werden, im Vergleich zu denen, die näher emittiert werden.
Daher müssen Knochenuntersuchungen von anteriorer und posteriorer Richtung durchgeführt werden, während Untersuchungen der Nieren typischerweise von posteriorer Richtung aufgezeichnet werden. Falls Abnormitäten festgestellt werden, sind Aufnahmen von der Seite oder von schräg notwendig, um eine räumliche Darstellung zu erreichen, oder in besonderen Fällen (z. B. bei einer komplexen anatomischen Struktur) wird eine SPECT-Untersuchung benötigt.

21.1.3 Radionuklide und Radiotracer

Für diagnostische Zwecke benötigte Radioisotope haben vorzugsweise eine kurze Halbwertszeit, eine pure Gamma- oder Röntgenstrahlung und einen chemisch einfachen Weg der Bindung von Pharmaka. Sie sollten nicht zu teuer in der Herstellung und gut erhältlich sein. Für Einzelphotonen-Untersuchungen ist das 99mTc Isotop die erste Wahl gemäß den oben genannten Anforderungen; es kann lokal im Institut für Nuklearmedizin mit einem Isotopengenerator produziert werden, hat eine Halbwertszeit von 6 Stunden und emittiert nur Gamma-Strahlung. Somit kann es in den meisten Untersuchungen mit der Gamma-Kamera als Radiotracer eingesetzt werden.
Die Charakteristika des Pharmakons bestimmen, welche Funktion es hat und welche klinische Fragestellung untersucht werden kann. Die Pharmaka sind in deren ungebundener Form erhältlich, bevor sie mit dem Isotop gemischt werden. Nach einer bestimmten Inkubationszeit ist das Produkt der Radiotracer. Neben ^99mTc werden auch andere Markerisotope wie ¹²³I, ¹³¹I, ¹¹¹In, ⁶⁷Ga und ²⁰¹Tl genutzt.
Für die teureren PET-Untersuchungen werden Positronen-emittierende Isotope genutzt. Wenn diese zerfallen, produzieren sie ein Paar hochenergetische Gamma-Photonen, welche bei der Bildgebung detektiert werden.

Die Entwicklung der PET-Untersuchung beruht auf der Tatsache, dass die Bausteine der organischen Materialien – Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff – nur Positronen emittierende radioaktive Isotope haben (¹¹C, ¹³N, ¹⁵O). Mit Hilfe dieser Isotope können markierte Tracermoleküle hergestellt werden, welche chemisch identisch zu den natürlich vorkommenden Molekülen sind. Somit können mittels PET, in einer nicht-invasiven Weise, verschiedenste physiologische/pathologische, biochemische und metabolische Prozesse in vivo analysiert werden. Ein großer Nachteil dieser Isotope ist deren kurze Halbwertszeit (2-20 Minuten) und die Notwendigkeit eines Zyklotrons zur Herstellung dieser. Trotzdem haben diese Isotope einen unschätzbaren Wert in der Wissenschaft.
Für die routinemäßigen klinischen PET-Untersuchungen ist ein Isotop mit längerer Halbwertszeit notwendig und welches in einem Umkreis von einigen hunderten Kilometern transportiert werden kann. Das 18F Isotop und speziell das mit Fluor markierte Glukoseanalog 18F-Fluor-Desoxy-Glukose (FDG), mit einer relativ langen Halbwertszeit von 110 Minuten, sind zu weit verbreiteten Radiotracern für die PET-Untersuchungen geworden. Ein weiterer Grund, FDG zu bevorzugen, ist das Phänomen der sog „metabolische Falle“. Damit ist gemeint, dass Prozesse die einen intensiven Glukosestoffwechsel besitzen, eine stärkere Anreicherung zeigen und somit auf einzelnen statischen Aufnahmen lokale Stoffwechsellevel dargestellt werden können. Dies entsteht durch den Wettbewerb von FDG mit Glukose um die Glukosekanäle, um in die Zellen zu gelangen. Intrazellulär transformiert Hexokinase FDG zu FDG-6-Phosphat, welches anders als einfache Glukose, nicht als Substrat für das nächste Enzym der Kette (Glukose-6-Phosphatase) dient und somit nicht an weiteren metabolischen Schritten teilnimmt. Daher akkumuliert FDG mit der Zeit in der Zelle. Schließlich tritt ein Gleichgewicht ein, und bei darauf justierter PET-Bildgebung (normalerweise 60 Minuten nach i.v.-Injektion) repräsentieren die lokal detektierten FDG Spiegel die Intensität des Glukosemetabolismus.
Da die meisten PET-Untersuchungen mit dem Glukosestoffwechsel des Organismus verbunden sind, werden sie am besten für Organe mit einer hohen Glukoseaktivität genutzt (Hirn, Herz) und die Änderungen im Glukosestoffwechsel weisen somit eine hohe diagnostische Relevanz auf. In den meisten malignen Geweben kann eine stark erhöhte Glukoseaktivität beobachtet werden; dies ist der Grund für die große Bedeutung der PET-Untersuchungen in der Onkologie. Die oben genannten Charakteristika sind der Grund dafür, dass weltweit FDG Radiotracer in 85 % der Fälle mit einer onkologischen Indikation genutzt werden. Neuropsychiatrische und kardiale Indikationen begründen nur einen kleinen Anteil des FDG Gebrauchs (respektive 10 % und 5 %). FDG ist auch bei entzündlichen Erkrankungen nützlich, da es in aktivierten Makrophagen akkumuliert.
Bei Verwendung geeigneter Radiopharmaka können bei PET-Untersuchungen neben dem Glukosestoffwechsel auch verschiedenste andere spezifische, biologische Funktionen untersucht werden.

21.1.4 Hybridbildgebung

Funktionelle Bildgebungen sind den morphologischen bildgebenden Methoden in der strukturellen und anatomischen Darstellung unterlegen. Trotzdem gibt es eine offensichtliche Notwendigkeit für die präzise Lokalisation von funktionellen Abnormitäten sowohl für diagnostische als auch therapeutische Zwecke.
Daher ist es wichtig, dass die Ergebnisse der funktionellen und morphologischen Bildgebung für einen Vergleich verfügbar sind. Der Vergleich ist entweder direkt (Bilder der einen Aufnahmemodalität werden mit der anderen direkt daneben verglichen) oder mit einer Software gestützten Registrierung (die Fusion von Bilderserien zwei verschiedener und unabhängig voneinander durchgeführten Untersuchungen) möglich. Mit räumlicher Registrierung meint man den Prozess, mit dem die Bildgebungen zweier Untersuchungsmodalitäten oder zweier separater Bildgebungen einer Untersuchungsmodalität, nach entsprechender Transformation, in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem registriert werden. So können zwei Untersuchungen miteinander fusioniert werden. Das entstehende Bild ist eine Echtzeit-Überlagerung der im Voraus aufgenommenen Datensätze dieser Modalitäten.
Die größte Präzision bei der Registrierung kann durch eine möglichst kleine Bewegungsdifferenz des Patienten (der Patient liegt in der gleichen Position und die Aufnahme wird zum möglichst gleichen Zeitpunkt aufgenommen) zwischen den beiden Untersuchungen erreicht werden. Diese Anforderungen werden bei den Hybridbildgebungen erfüllt, mit der Implementierung der sogenannten Hardwareregistrierung. PET-CT, SPECT-CT oder die neu aufkommenden PET-MR Untersuchungen können alle die Hardwareregistrierung anwenden. Die integrierte PET/SPECT-CT Methode repräsentiert den aktuellsten technischen Entwicklungsstand von PET- und CT-Scannern, kombiniert in einem Gerät. Es können strukturelle und metabolische Informationen gleichzeitig und identisch dargestellt werden. Die PET/SPECT und CT Komponenten im Gerät sind in axialer Richtung angebracht und bei Bewegung des Patiententisches, werden die beiden Untersuchungen nur wenige Minuten voneinander getrennt durchgeführt, was zu einer Abnahme der Bewegung oder Lageänderung des Patienten führt. Während der Auswertung können die identischen Schnitte der CT und der PET einander zugeordnet werden und die Bilder entweder einzeln oder als Fusionsbild analysiert werden. (Abb. 1)

 
Ein weiterer Vorteil der Hybridbildgebung ist, dass die CT für die Absorptionskorrektur (Attenuationskorrektur (AC)) der PET-Bilder genutzt werden kann. Photonen aus tiefer liegenden Geweben haben durch Streuung und Absorption eine geringere Chance, den Detektor zu erreichen. Die Verminderung der Signalintensität ist direkt proportional zu den lokalen Gewebedichten. Folglich entsprechen die Aktivitätskarten der PET und SPECT Kameras nicht den tatsächlichen gewebeabhängigen Verteilungen der Radiopharmaka. Reale Aktivitätsverteilungskarten können nur mit dem Wissen der Gewebedichten, mit Hilfe der aus der CT berechneten AC-Karten, berechnet werden. Für anatomische Lokalisation und Attenuationskorrektur ist eine nicht zur Diagnostik geeignete low-Dose CT-Untersuchung ausreichend.

21.1.5 Die allgemeinen Charakteristika der Isotopenuntersuchungen

Die funktionelle Information ist eine charakteristische Eigenschaft der Isotopenuntersuchungen; eine Andere basiert auf dem Marker-Prinzip, was zu einer hohen Sensitivität führt. Das bedeutet, dass pathologische Prozesse im Frühstadium entdeckt werden können. SPECT kann nanomolare Konzentrationen von Radiotracern detektieren, die PET kann pikomolare Konzentrationen von Radiopharmaka aufspüren. Die höhere Sensitivität ist dadurch bedingt, dass metabolische Veränderungen in den Geweben normalerweise einer messbaren morphologischen Veränderung vorausgehen. Somit erlauben funktionelle Untersuchungen eine frühere und präzisere Diagnostik. Ein weiterer Aspekt ist, dass in einem optimalen Fall der biologische Kontrast zwischen normaler und pathologischer Funktion sehr hoch ist. Die Signalintensität eines normalen Gewebes ist daher weit schwächer als die eines pathologischen Gewebes und führen somit zu einer leichteren Unterscheidung im Bild. Wenn ein Radiopharmakon im pathologischen Gewebe von allein akkumuliert (Tumor, Entzündungsgewebe, Rezeptor), macht es eine spezifische, nicht-invasive Gewebecharakterisierung möglich. Falls Radiotracer genutzt werden, die eine normale Funktion zeigen, stellen sich die pathologischen Prozesse im Gegensatz zu den normalen Geweben anders dar (entweder als Verstärkung oder Abschwächung), unabhängig vom Typ der Pathologie. Folglich sind diese Untersuchungen von nicht-spezifischer Natur (z. B.: Schilddrüsen-, Knochenmarks-, Leber- oder Nierenszintigrafie). (Abb. 2)

 
Ein weiterer Vorteil der Isotopenuntersuchungen ist deren nicht-invasive Natur. Die Konzentrationen der genutzten chemischen Verbindungen sind so gering, dass normalerweise keine Nebenwirkungen oder Komplikationen auftreten. Allergische Reaktionen sind selten, trotzdem ist der Gebrauch von bestimmten Proteinen (z. B.: monoklonale Antikörper) bei bekannter Hypersensitivität kontraindiziert.
Viele der Isotopenuntersuchungen liefern quantitative, numerische Daten. Regionale funktionelle Beteiligungen der Organe können in Prozent angegeben werden. Dynamische Prozesse können mit Zeit-Aktivitäts-Kurven wiedergegeben werden. Die PET kann Ergebnisse mit absoluter Quantifizierung liefern, welche in wissenschaftlichen Studien sehr hilfreich sein können. In der klinischen Routine kann die Verteilung der Radiotracer im PET auch mit dem sogenannten standardisierten Aufnahmewert (Standardized Uptake Value (SUV)) bestimmt werden. Um den SUV einer Region zu bestimmen, wird die lokale Aktivitätskonzentration des Radiopharmakons durch die totale Aktivität des injizierten Radiopharmakons und das Patientengewicht geteilt. Die so errechneten SUV Werte zeigen um welchen Faktor die Konzentration eines Markers regional größer ist, als der Wert, welcher bei einer gleichmäßigen Verteilung der gesamten injizierten Menge des Markers im Patienten erreicht würde.
Der Nachteil der Isotopenuntersuchungen im Vergleich zu den morphologischen Untersuchungsmethoden ist die niedrigere räumliche Auflösung. Charakteristischerweise hat eine planare Methode eine Auflösung um einen Zentimeter, eine SPECT eine Auflösung von 7-8 mm und eine PET kann Läsionen der Größe 5-6 mm unterscheiden. Jedoch muss man beachten, dass die Erfassungsgrenze auch von den Werten der lokalen Aktivitätsanreicherungen beeinflusst wird; wenn die untersuchte Läsion sehr intensiv Radiotracer anreichert und die umgebenden Gewebe sehr wenig, können auch kleinere Läsionen als die oben genannten detektiert werden.

Nuklearmedizinische Untersuchungen gehen alle mit einer mäßigen Strahlenexposition des Patienten einher.

Sogar im Falle von Technetium bei einer PET-Untersuchung ist die effektive Dosis nicht größer als 10mSv. Wegen der Strahlenbelastung sind die meisten Isotopenuntersuchungen in der Schwangerschaft kontraindiziert und müssen bei stillenden Frauen und Kindern mit Vorsicht eingesetzt werden. Eine Methode um die Patientendosis zu senken, wird durch eine gute Hydrierung erreicht. Die meisten Radiopharmaka werden durch die Nieren ausgeschieden, somit kann nicht-wirksame, unbrauchbare Aktivität schneller ausgeschieden werden, wenn der Patient gut hydriert ist und häufig uriniert.

21.2 Muskuloskelettales System und Knochenszintigrafie

21.2.1 Untersuchungsmethoden

Die wichtigste und am häufigsten beim muskuloskelettalen System angewendete Isotopenuntersuchung ist die Knochenszintigrafie. Während der Untersuchung werden Bestandteile des normalen Knochens, Technetium-markierte Phosphat-Analoga, verwendet. Nach i.v.-Injektion bindet der Radiotracer an die Hydroxylappatitkristalle des Knochens. Seine Aufnahme in den Knochen wird von der Knochendurchblutung und von der Osteoblastenaktivität beeinflusst. Der unnötige, nicht-gebundene Anteil des Radiotracers wird nach 2-3 Stunden über die Nieren ausgeschieden. Die Szintigrafie wird erst während dieser späten metabolischen Phase durchgeführt. Diese Methode stellt die Knochenstruktur und Areale im Knochen, in denen erhöhte oder verminderte metabolische Aktivität besteht, dar. Üblicherweise werden planare Ganzkörperaufnahmen von anterior und posterior angefertigt, zusätzlich können auch optionale laterale und schräge Messungen von den Zielläsionen angefertigt werden. (Abb. 3)

a b

Komplexere anatomische Strukturen (Wirbelsäule, Schädelbasis, Gesichts- und Beckenknochen) können mit der SPECT zufriedenstellend dargestellt werden. Zum einen ermöglicht sie eine akkurate räumliche Lokalisation der Läsionen, zum anderen kann sie mit ihrem hohen Auflösungsvermögen Läsionen, bei denen die planaren Untersuchungen negativ oder unsicher sind, differenzieren. Die SPECT-CT kann die CT-Morphologie der Läsionen anhand der pathologischen Anreicherung charakterisieren. (Abb. 4)

a b c d e

 
So ist sie in der Lage, definitive Diagnosen besser zu stellen. Durch die Anwendung von Nadelloch-Kollimatoren können detailliertere und vergrößerte Bilder von noch kleineren Strukturen (Hüftknochen von Kleinkindern und Kindern, Hand- und Fußknochen) gewonnen werden.
Im Falle von lokalen Beschwerden oder schon bekannten knöchernen Läsionen ist es nötig, eine Dreiphasenszintigrafie zu erstellen. Die Dreiphasenszintigrafie beginnt üblicherweise mit einem einminütigen Scan zum Zeitpunkt der Injektion des Isotops (Perfusionsphase). Der Scan wird im dynamischen Modus aufgenommen und erlaubt die Durchblutung der Läsion zu analysieren. Die zweite Phase (frühe Blutpoolphase) zeigt die Gewebedurchblutung. Hier wird der Scan direkt im Anschluss an die erste Phase und nach 5-10 Minuten nach Injektion durchgeführt. Bilder werden entweder von der abklärungsbedürftigen Region oder vom ganzen Körper angefertigt. Die dritte Phase (Spätphasenscan) wird auch bei gezielten regionalen Untersuchungen als Teil des Ganzkörperscans durchgeführt um ein multifokales Geschehen auszuschließen.
Die Untersuchung bedarf keiner speziellen Vorbereitung. Innerhalb von 2-3 Stunden nach Injektion werden 50 % der injizierten Aktivität über die Nieren ausgeschieden. Die Ausscheidung von unnötiger Strahlung kann durch verstärkte Flüssigkeitsaufnahme und häufige Miktion unterstützt werden, dementsprechend wird auch die unnötige Belastung der Blase und der Gonaden reduziert.
Die Knochenszintigrafie stellt Veränderungen in der metabolischen Aktivität dar, somit ist sie sehr sensitiv. Verglichen zu Röntgen-Aufnahmen kann die Szintigrafie pathologische Prozesse in einem früheren Stadium nachweisen und stellt Informationen über das gesamte Skelettsystem bereit. Die meisten der pathologischen Knochenläsionen sind unabhängig von ihrer Ätiologie mit einer erhöhten Osteoblastenaktivität assoziiert, demzufolge ist die Szintigrafie unspezifisch. Normalerweise wird auch in Läsionen, die röntgenologisch lytisch erscheinen eine erhöhte Aktivität in der Szintigrafie beobachtet. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die lytische Zone gleichzeitig von benachbarten reparativen Vorgängen (erhöhte Osteoblastenaktivität) umgeben ist. Eine Dreiphasenuntersuchung ist relevant für die endgültige Diagnose, weil maligne und entzündliche Prozesse auch in der ersten Phase der Untersuchung positiv sind. Darüber hinaus können in der ersten Phase noch relevante Informationen über begleitenden Läsionen der Weichteile und über Abnormitäten dieser, unabhängig von ossären Läsionen gesammelt werden. In einer normalen Skelettszintigrafie ist die Knochenstruktur gut sichtbar und die Stärke der Aktivitätsaufnahme ist prinzipiell proportional zum Knochenvolumen. Symmetrische Knochen zeigen eine identische Aktivitätsaufnahme. Weichteilgewebe zeigen eine nur geringe Aktivitätsaufnahme, die Nieren und die Harnblase sind von anderen Organen zu unterscheiden. Bei Kindern zeigen aktivierte Wachstumszonen in den langen Röhrenknochen und in den apophysären Regionen der flachen oder irregulären Knochen eine erhöhte Aktivität. Im Falle von entzündlichen Geschehen, können spezifische, entzündungs-sensitive Radiotracer genutzt werden (z. B.: Gallium-Szintigrafie, markierte-Leukozyten-Szintigrafie).
Bei neoplastischen Erkrankungen ist die direkte Identifikation von Läsionen durch die Anwendung von tumorspezifischen Radiopharmaka und Methoden möglich (z. B.: FDG-PET, oder PET-CT, MIBG-Szintigrafie.)

21.2.2 Knochenmetastasen

Die häufigste Indikation für die Knochenszintigrafie, ist die Beurteilung von Knochenmetastasen. (Abb. 5)

a b c d

::5. Abb.: Multiple Knochen-Metastasen. Knochenszintigraphie, anteriore (a) und posteriore (b) Ganzkörper-Die Untersuchung ist für das Staging eines malignen Prozesses und für die Verlaufsbeurteilung von Knochenmetastasen geeignet. Sie ist klinisch geeignet für Läsionen, die sich häufig als Knochenmetasten darstellen, vorwiegend im Falle des Prostata-, Mamma- und Lungenkarzinoms und des Neuroblastoms.
Sie ist dennoch nur indiziert in Fällen, bei denen die Beteiligung des Weichteilgewebes durch den Tumor so groß ist, dass man eine erhöhte Inzidenz von Knochenmetastasen annimmt; vor radikaler Operation und für die Selektion von Patienten, die von einer palliativen Radionuklidtherapie profitieren würden. Ansonsten ist die Szintigrafie bei jeglichen Primärtumoren, bei Verdacht auf Metastasen, zum Beispiel bei Knochenschmerzen, pathologischen radiologischen Befunden oder Laborergebnissen (erhöhte Serum-AP (alkalische Phosphatase) und anderen Tumormarkern) zu empfehlen. Knochenmetasten sind in den meisten Fällen in Knochen mit rotem Knochenmark lokalisiert (Schädel, Wirbelkörper, Rippen, Sternum, Beckenknochen und die proximalen Anteile der Extremitäten) und haben häufig ein vielfältiges Erscheinungsbild. Üblicherweise kann eine Aktivitätsmehrbelegung gesehen werden. Metastasen, die zu einer Abnahme der Aktivität führen, sind selten; sie können bei Tumoren der Schilddrüse, bei Renalzellkarzinomen, bei Lymphomen und beim Multiplen Myelom vorkommen. Solitäre Läsionen führen vor dem Hintergrund der unspezifischen Natur dieser Untersuchung in vielen Fällen zu differentialdiagnostischen Problemen. Zum Beispiel können degenerative Veränderungen der Wirbelsäule metastatische Aktivität nachahmen. Mehrdeutige Läsionen benötigen üblicherweise noch weitere, gezielte radiologische Untersuchungen. Eine negative Röntgenuntersuchung schließt die Möglichkeit einer Metastase nicht aus, da der Isotopenscan sensitiver ist. Demnach besteht die Möglichkeit, dass die Szintigrafie eine Metastase detektiert, während die Röntgenuntersuchung noch nicht in der Lage ist, diese Läsion zu detektieren. (Abb. 5)
Die SPECT-Untersuchung der Wirbelsäule kann bei der präzisen Lokalisation von Läsionen in einzelnen Wirbelkörpern helfen. Sie ist besonders hilfreich, da die verschiedenen pathologischen Knochenprozesse mit unterschiedlicher Häufigkeit im Wirbelkörper vorkommen. Knochenmetastasen sind häufig im dorsalen Anteil des Wirbelkörpers lokalisiert. Degenerative Veränderungen umfassen häufig den Wirbelkörperrand, so im Falle der Spondylophyten bei der Spondylose. Die Spondylarthrose ist üblicherweise in den Facettengelenken lokalisiert.
Im Falle von diffusen Metastasen des Knochenmarks (häufig beim Prostatakarzinom) kann der sogenannte Superscan entstehen. Das heißt, dass die Knochenstruktur so stark anreichern kann, dass die Hintergrundaktivität, die Aufnahme der Nieren vollständig unterdrückt wird.

21.2.3 Primäre Knochentumore

Im Falle von primären Knochentumoren kann die Dreiphasenszintigrafie helfen, die Ätiologie mehrdeutiger Knochenläsionen zu bestimmen. Gutartige Läsionen zeigen nicht die typisch erhöhte Aktivität in der frühen Phase und auch wenn es eine feststellbare Aktivität in der Spätphase geben sollte, ist diese moderat (außer bei Osteoidosteomen, Osteoblastomen, Fibröser Dysplasie, aggressiv wachsenden Knochenzysten oder Läsionen, die mit pathologischen Frakturen assoziiert sind). Maligne Tumore (Osteosarkome und Ewing-Sarkome) zeigen im Gegensatz zu den benignen Knochentumoren, eine erhöhte Blutversorgung und eine verstärkte Osteoblastenaktivität. (Abb. 6.)

 
Die Szintigrafie ist auch hilfreich um kleinste Läsionen und Knochenmetastasen, die normalweise mit malignen Tumoren assoziiert sind, zu bestimmen. Sie ist zudem hilfreich, um eine präoperative Chemotherapie und Tumorrezidive zu kontrollieren. Bei Osteosarkomen ist es aufgrund der Osteoidproduktion möglich Weichteilmetastasen (zum Beispiel Lungenmetastasen) zu detektieren. Tumorspezifische, nuklearmedizinische Untersuchungen, wie die FDG-PET sind hilfreich für das Staging und Re-Staging von Tumoren und zur Verlaufskontrolle unter Chemotherapie. Zweifelhafte Prozesse können durch die FDG-PET differenziert werden. Niedrigmaligne Sarkome zeigen keine oder eine minimale Glukoseaktivität. Hochmaligne Sarkome zeigen einen hohen Glukosestoffwechsel. Die Szintigrafie ist zu 100 % sensitiv für das Osteoidosteom. Sein Nidus zeigt einen intensiven, punktförmigen Aktivitätsanstieg in allen drei Phasen der Untersuchung. Da die Aktivitätsanreicherung in Osteoidosteomen so intensiv ist, können Isotopen- Untersuchungmethoden (intraoperative Szintigrafie oder Gammasonde) als Detektionswerkzeug während der OP genutzt werden.

21.2.4 Degenerative und entzündliche Knochen- und Gelenkerkrankungen

Die Szintigrafie ist für die frühe Diagnose der Osteomyelitis hilfreich. Die Sensitivität und Spezifität liegen bei über 90%. Die Scans sind innerhalb von 24-72 Stunden nach Auftreten der initialen Symptome positiv. Eine charakteristische, gut umschriebene, erhöhte Anreicherung ist in allen drei Phasen der Untersuchung erkennbar, dennoch kann manchmal, besonders bei Kindern, eine erniedrigte Aktivität beobachtet werden (kalte Osteomyelitis). Dieses Phänomen ist auf regionale, ischämische Änderungen zurückzuführen. Wenn es einen eindeutigen klinischen Verdacht gibt, die Szintigrafie jedoch negativ ist oder wenn es andere, vorbestehende, knöcherne Läsionen gibt (und der Scan kann zwischen einer Osteomyelitis und der vorbestehenden knöchernen Läsionen nicht differenzieren), können wir als Alternative Isotope nutzen, die in der Lage sind, einen entzündlichen Prozess direkt zu identifizieren. Es gibt kombinierte Gallium- und Knochen-Szintigrafie-Untersuchungen oder die kombinierten Untersuchungen mit markierten weißen Blutkörperchen und die Knochenmarksszintigrafie.
Im Falle einer subakuten oder chronischen Osteomyelitis sollte das radiologische Bild auf der einen Seite wegweisend sein, auf der anderen Seite ist ein Aktivitätsanstieg in den meisten Fällen in der späten Phase der Szintigrafie feststellbar. Bei infektiösen Erkrankungen der Wirbelsäule ist die Szintigrafie sensitiver für die Spondylodiszitis und Wirbelkörperosteomyelitis als die röntgenologischen Untersuchungen. Dennoch wird die Szintigrafie bei einer Osteomyelitis der langen Röhren- oder der platten Knochen erst später wegweisend, normalerweise wenn die Symptome für mehr als eine Woche persistieren. Eine ergänzende SPECT-Untersuchung ist in der Lage, Läsionen bei negativer Szintigrafie oder bei mehrdeutiger, planarer Bildgebung zu detektieren.
Obwohl die Szintigrafie üblicherweise für die Diagnostik von entzündlichen Gelenkerkrankungen nicht benötigt wird, könnte sie für die nicht-diagnostizierten Fälle genutzt werden. Wenn die klinischen Symptome auf eine Gelenkentzündung hinweisen, kann die Szintigrafie genutzt werden, um eine begleitende Knochenbeteiligung auszuschließen. Im Dreiphasen-Knochenscan zeigt artikuläres und periartikuläres Weichteilgewebe eine frühe Aktivität, während in Knochen eine diffuse, späte Aktivitätssteigerung beobachtet wird. Trotzdem kann die Untersuchung mit einem negativen Ergebnis enden, insbesondere bei transienter Synovitis. Eine gut definierte Stelle mit erhöhter Anreicherung im Knochen könnte wegweisend für einen anderen knöchernen Prozess, insbesondere für eine Osteomyelitis sein. (Abb. 7)

 
Wenn degenerative Gelenkerkrankungen in einer aktiven Phase sind, können diese auch eine erhöhte Aktivität zeigen, aber normalerweise nur in der späten metabolischen Phase und –in größeren Gelenken- nur in bestimmten Anteilen der Gelenke.
Die Lockerungen von Gelenkersatz kann mit der Szintigrafie sensitiv diagnostiziert werden. Wenn es den Verdacht auf eine septische Lockerung geben sollte, kann der Aspekt der Entzündung auch untersucht werden.
Der Dreiphasenscan zeigt eine intensive Tracer-Anreicherung bei der ossifizierenden Myositis. Die Untersuchung kann bereits wegweisend sein, wenn andere Untersuchungen noch nicht einmal Verkalkungen zeigen können. Die Szintigrafie ist dabei hilfreich, um den optimalen Zeitpunkt für die Operation zu bestimmen. Chirurgische Resektionen sollten nur durchgeführt werden, wenn die Aktivität der Läsionen nachlässt, das heißt in der frühen Phase zeigt sie keine erhöhte Aktivität, während die späte Phase bereits begonnen hat, eine weniger intensive Radiotracer-Anreicherung zu zeigen. Die Zeitplanung ist essentiell, weil zu frühe Resektionen mit einer erhöhten Rezidivrate assoziiert sind.

21.2.5 Trauma

Traumatische knöcherne Läsionen können bereits einige Stunden nach der Verletzung mit der Szintigrafie detektiert werden. Sie ist sehr hilfreich für die Diagnose von röntgenologisch okkulten Frakturen, z.B. Stressfrakturen, Skapulatraumata, Hand- und Fußfrakturen und auch Verletzungen des Kreuzbeins. Sie ist insbesondere hilfreich zur Detektion von Frakturen in Zusammenhang mit Kindesmisshandlung („battered child“).

21.2.6 Aseptische Nekrose

Die Knochenszintigrafie wird üblicherweise durchgeführt, wenn radiologische Untersuchungen negativ sind und in Fällen mit unsicherer Symptomlokalisation. Die Szintigrafie ist in der Lage, Läsionen bereits 6 Wochen bevor sie in der konventionell radiologischen Bildgebung sichtbar werden zu detektieren. Die Szintigrafie hat wie die MRT eine Sensitivität von über 90%. Die avaskuläre Nekrose zeigt sich in den meisten Fällen in Prädilektionsstellen, z. B. bei Morbus Perthes in den proximalen Femurepiphysen. Die Szintigrafie kann einen Mangel an Radiotracer-Anreicherung detektieren. Jedoch ist es notwendig, vergrößerte Bilder mit der Anwendung eines Nadellochkollimators anzufertigen, um die Bildergebnisse zu bewerten. Auf diesen Bildern kann im Vergleich zur Gegenseite in der umgebenden Wachstumszone ein Aktivitätsanstieg festgestellt werden. In der Verlaufskontrolle der Erkrankung ist als Zeichen der Revaskularisation ein allmählicher Aktivitätsanstieg zu bemerken. Er beginnt entweder von der lateralen Seite oder von der Basis der Epiphyse, von denen die erst genannte die bessere Prognose aufweist.

21.3. Neuropsychiatrie

21.3.1 Einladung

Die funktionelle Bildgebung des Gehirns stellt Informationen bereit, basierend auf biochemischen, metabolische Zeichen und Änderungen in Prozessen, sowohl bei der normalen, als auch bei der pathologischen Aktivität des menschlichen Gehirns. Funktionelle Bildgebungsmethoden - neben der MR- Spektroskopie und der funktionellen MRT- sind SPECT und PET- Untersuchungen, unter Verwendung von Radiotracern. Die PET hat verglichen mit der SPECT eine größere funktionelle Sensitivität und hat zurzeit die bessere räumliche Auflösung.

21.3.2 Funktionelle "brain mappings"

Während dieser Methode zeigt der regionale zerebrale Blutfluss (rCBF) oder der Glukosemetabolismus neuronale Aktivität an. In der rCBF-SPECT Messung werden so genannte diffusionsfähige Radiotracer verwendet. Diese passieren die Bluthirnschranke (99mTc-markiert, HMPAO–Hexamethyl-Propylen-Amin-Oxin, ECD - Etyhlcystein Dimer). Die Radiotracer-Anreicherung im Gehirngewebe ist proportional zum Blutfluss, bedingt durch Entrapment. Die einzige Energiequelle des Gehirns ist Glukose. Ihre Metabolisierung kann mittels FDG-PET aufgezeigt werden. Aufgrund des Entrapment-Mechanismus ist die FDG- Akkumulation proportional zum lokalen Glukosemetabolismus und zeigt die lokale Gehirnaktivität an. Da funktionale neuronale Aktivität, regionaler zerebraler Blutfluss und der Glukosemetabolismus sich parallel ändernde Faktoren sind, können diese Untersuchungen vaskuläre Läsionen visualisieren oder die Hirnfunktion darstellen. (Abb. 8)

 
Ein Vorteil der rCBF-SPECT-Untersuchung ist, dass die Verteilung des Radiotracers unmittelbar nach der intravenösen Injektion erscheint und nicht von einer signifikanten Umverteilung gefolgt wird. Darüber hinaus kann zum Zeitpunkt der Injektion das funktionelle Muster der Gehirnaktivität als Schnappschuss visualisiert werden, obwohl die Bildgebung erst später stattfindet. Dies ist besonders nützlich, wenn eine Sedierung vor der Bildgebung benötigt wird; das „eingefrorene“ Bild kann auch nach einigen Stunden, in späteren Phasen aufgerufen werden. Dadurch können neben der normalen Untersuchung in Ruhe, auch psychomotorische und pharmakologische Stresstests durchgeführt werden. Epilepsie-Untersuchungen erlauben präoperativ den fokalen epileptischen Herd zu detektieren. Für die Bildgebung der regionalen Beteiligung und für die Organisation von spezifischen Hirnfunktionen, sind die sogenannten Aktivitätsmethoden vorhanden. Auf diese Weise kann ein signalinduziertes Aktivitätsmuster aufgedeckt werden. Die SPECT Bildgebung kann für das präoperative Gehirnmapping bei Patienten genutzt werden, die nicht für die funktionelle MRI geeignet sind. Dadurch ist die Lokalisation von wichtigen Gehirnarealen (z.B. das Sprachzentrum) möglich. Untersuchungsmethoden zur Induktion der Vasodilatation mit Acetazolamid oder CO2 zeigen die Reservekapazität der zerebralen Arterien an. Diese werden genutzt um präoperativ Erkrankungen des Blutsystems festzustellen (Moyamoya Erkrankung).

Multimodale Bildgebung, Bilderfassung und Bildfusionstechniken kombinieren morphologische (CT, MRT) und funktionelle (SPECT, PET) Methoden. Wenn diese Techniken kombiniert werden, ergeben sie normalerweise komplementäre und komplexere Informationen über die Gehirnfunktion. Nichtdestotrotz, hat die Verfügbarkeit der Kombinationsmethode, PET-CT, einen bedeutenderen Effekt auf die Ganzkörperbildgebung als auf die Bildgebung des Zentralen Nervensystems. Nuklearmedizinische Untersuchungsmethoden können mit der CT und mit der MRT kombiniert oder untereinander kombiniert werden. (z. B. SPECT-MRT, SPECT-CT, PET-MRT, SPECT-SPECT). Die Datenerhebung wird für die Fusion oder in bestimmten Fällen für die Subtraktion von Bilddaten durchgeführt.

Im klinischen Alltag sind diese Methoden für die Untersuchung von zerebrovaskulären Erkrankungen nützlich. Eine der Hauptindikationen ist die Differentialdiagnose von Demenz, oder die frühe Diagnose von Alzheimer (möglicherweise mit FDG-PET). (Abb. 9)

Bei Alzheimer zeigen die posterioren parietotemporalen Areale typischerweise eine verringerte Anreicherung. Bei der frontotemporalen Demenz, sind die frontalen und temporalen Areale involviert. Bei der Multi-Infarkt-Demenz (vaskuläre Demenz) ist eine verminderte Perfusion/Metabolismus in den entsprechenden Arealen der versorgten Hirnregionen zu sehen. Pseudodemenz bei Depression zeigt eine normale Aktivität oder eine präfrontale Hypoperfusion.
Die präoperative Lokalisation einer Läsion mit einem Isotopen-Scan kann bei der therapieresistenten, fokalen Epilepsie nützlich sein. Zu Beginn des Krampfanfalls kann eine erhöhte Aktivität bei der epileptischen Quelle entdeckt werden. In der interiktalen Phase zeigt die epileptische Quelle eine verminderte Aktivität. Diese funktionellen Veränderungen werden am besten mit der kombinierten Anwendung von iktalen und interiktalen rCBF-SPECT Untersuchungen aufgenommen. Wenn nur eine einzelne interiktale Untersuchung beabsichtigt ist, ist die FDG-PET sensitiver als die rCBF-SPECT.
Die oben genannten Techniken sind ebenfalls für die Diagnostik des Hirntods nützlich. Jedoch ist es normalerweise ausreichend, eine planare Hirnszintigrafie mit 99mTc-DTPA (Diethylen-Triamin-Pentaessigsäure), bei der keine Darstellung der intrakraniellen Arterien und Sinus gelingt, durchzuführen.

21.3.3 Neurotransmitter-Bildgebung oder Rezeptorszintigrafie

werden für die Untersuchung der Akkumulation und Bindung von spezifischen Radiotracern genutzt. Für Letzteres gilt, Neuropharmaka zeigen verschiedene Bereiche der Neurotransmission: präsynaptische, synaptische oder postsynaptische Funktionen. Neuropharmaka treten entweder in die Synthese von Neurotransmittern ein oder sie zeigen spezifische Bindungen zu Enzymen, Rezeptoren, Transportern und Wiederaufnahme-Orten. SPECT- und PET-Untersuchungen können dopaminerge, serotonerge, cholinerge und GABA-erge Systeme des Gehirns visualisieren. Jedoch werden diese meist in einem experimentellen Aufbau untersucht.
Für die klinische Bildgebung ist die Untersuchung vom dopaminergen System verfügbar und liefert hier relevante Informationen. Das präsynaptische Dopamin-Transporter-Molekül (DAT) kann sich mit bestimmten Radiotracern (wie 123I-FP-CIT) verbinden. Die Verringerung der striatalen Akkumulation ist ein Indikator für einen nigrostriatalen degenerativen Prozess. Daher ist diese Methode in der Lage, Parkinson in einem frühen Stadium zu diagnostizieren. Sie kann ebenso genutzt werden, Parkinson auszuschließen oder von einem essentiellen Tremor abzugrenzen. Die Differenzierung von idiopathischem Parkinson und atypischem Parkinson ist mit einem postsynaptischen D2 dopaminergen Rezeptor-bindenden Radiotracer (123I-Iod-Benzamin, IBZM) möglich. Beim atypischen Parkinson zeigen die postsynaptischen Areale eine pathologische Veränderung, während dies beim idiopathischen Parkinson nicht der Fall ist.

21.3.4 Neuroonkologie

In der Neuroonkologie gibt es PET-Radiotracer, welche eine erhöhte Aufnahme in Tumoren (metabolische Tracer und Tracer von Metaboliten der Aminosäuren) aufweisen, ergänzende Informationen, welche mit anderen Methoden nicht zu ersetzen sind. FDG Radiopharmaka spüren einen erhöhten Glukosemetabolismus auf und deren Aufnahmelevel sind proportional zum Malignitätsgrad. Im Fall von heterogenen Tumoren kann FDG sogar zeigen, welche Regionen des Tumors größere Aktivität zeigen und somit auf die Regionen größerer Malignität zielen. Jedoch kann eine physiologisch hohe Aufnahme von Tracern der grauen Substanz ein differenzialdiagnotisches Problem darstellen. Falsch positive Ergebnisse können ebenso durch inflammatorische Prozesse nach Therapie auftreten.
Mit FDG erscheinen niedriggradige Tumoren hypometabolisch (deren Aktivitäts-Aufnahme übertrifft nicht das Level der weißen Substanz). Hochgradige Tumoren sind hypermetabolisch, deren FDG-Aufnahme kann die Akkumulation in der grauen Substanz übertreffen. Radiotracer, die einen erhöhten Aminosäuretransport in malignen Neoplasmen zeigen können (11C-Methionin, 18F-Ethyl-Tyrosin: FET), zeigen nur einen minimalen Anstieg in normalem zerebralem Gewebe. Dies sind nützliche Indikatoren für niedriggradige Tumoren. Sie reichern sich auch weniger in inflammatorischen Prozessen an, daher können sie sensitiv eingesetzt werden und präzis die Ausdehnung des überlebensfähigen Gewebes lokalisieren.
PET-Untersuchungen spielen unterschiedliche Rollen in der Diagnostik von Hirntumoren (Festlegen des Grades, Führen der stereotaktischen Biopsie), bei der Abschätzung der Prognose (je intensiver die FDG-Aufnahme, desto schlechter das Outcome), bei der Planung der Therapie (Bestimmung der Tumorausdehnung), bei der Nachsorge der Erkrankung (die Effektivität der Therapie kann anhand der funktionellen Änderungen beurteilt werden, niedriggradige Gliome können sich anaplastisch transformieren, was nicht-invasiv diagnostiziert werden kann).
Die PET hat eine herausragende Rolle in der Detektion von Residualtumoren oder der Bildgebung von Rezidiven nach Resektion und/oder Bestrahlung. In der PET kann zwischen Nekrose nach Bestrahlung und Tumorrezidiv unterschieden werden, worin die meisten anderen Untersuchungsmethoden weniger verlässlich sind.

21.3.5 Liquorszintigrafie

Bei der Liquorszintigrafie werden Radiopharmaka in den Subarachnoidalraum injiziert (99mTc-DTPA). Diese wird für die Untersuchung von verschiedenen Liquorzirkulations- und –absorbtionsstörungen genutzt. Sie kann ebenso den Verdacht auf eine traumatische Liquorfistel bestätigen.

21.4 Nuklearmedizin in der onkologischen Diagnostik

21.4.1 Direkte Methoden

Nuklearmedizinische Methoden, welche Tumoren direkt visualisieren, haben eine herausragende Rolle in der Karzinom-Bildgebung. Die applizierten Radiotracer werden von malignen Prozessen aufgenommen. Die wichtigste Rolle und eine einzigartige Fähigkeit der FDG-PET und der PET-CT ist der Informationsgewinn über vitales Tumorgewebe. Diese Eigenschaft kann von anderen nicht-invasiven Methoden nicht erreicht werden.

21.4.1.1 PET

Der häufigste klinische Einsatz der FDG-PET ist der Ganzkörperscan bei onkologischer Indikation. Die Mehrheit der malignen Tumoren haben einen höheren Energieumsatz und zeigen einen erhöhten Glukosestoffwechsel, folglich eine erhöhte Aufnahme von FDG. Der Malignitätsgrad ist normalerweise proportional zur Aufnahmerate. Diese Methode ist in der onkologischen Diagnostik nützlich, da sie zwischen benignen und malignen Läsionen differenzieren kann. Die Ganzkörper-PET- Bildgebung kann mit einer Untersuchung sowohl den Primärtumor mit lokalen Lymphknotenmetastasen als auch entfernte Metastasen erfassen (Staging). (Abb. 10)

a b c d

 
Beim Staging von malignen Erkrankungen ist die FDG-PET bedeutsam, da sie eine größere Sensitivität und Spezifität als die morphologischen Bildgebungsmethoden hat.
Dies ist von größter Wichtigkeit bei der Bildgebung von Lymphknotenmetastasen. Die morphologischen Methoden benutzen die Größe als das einzig belastbare Kriterium für die Differenzierung einer Lymphknotenmetastase. Die FDG-PET detektiert die metabolischen Änderungen in der metastatischen Läsion, unabhängig von der aktuellen Größe. So können auch Metastasen in normal großen Lymphknoten nachgewiesen werden. Größere Lymphknoten, die nicht-metastatischer Natur sind, sondern aus anderen Gründen abnormale Größe zeigen, können ebenso differenziert werden. (Abb. 11)

 
Das ist eine große Hilfe bei der Bestimmung von Läsionen zur Biopsie, bei der Planung der Chirurgie oder der Bestrahlungsvolumina. Basierend auf einer breiten Datenlage der wissenschaftlichen Literatur, führen onkologische PET Untersuchungen zu einer relevanten Modifikation des Stagings in etwa 30% der untersuchten onkologischen Erkrankungen. Daher können die Ergebnisse einer PET die Therapie eines Patienten signifikant verändern.
Diese Veränderung führt in 2/3 der Fälle zu einem Restaging der Erkrankung auf ein höheres Level (Upstaging), in 1/3 der Fälle zu einer niedrigeren Einstufung (Downstaging).
Entsprechend verlässlicher internationaler Studien, hat sich der Einsatz der PET in vielen Fällen als kosteneffektiv herausgestellt. Ein Upstaging kann bedeuten, dass weitere, unnötige und teure Behandlungsoptionen vermeidbar werden. Ein Downstaging hilft bei der Therapieentscheidung, speziell indem verschiedene andere und möglicherweise teurere Therapieoptionen herausgefiltert werden.
In den meisten Fällen kann die reale Kosteneffektivität einzigen Untersuchung nicht abgeschätzt werden. Jedoch ist es wichtig in Betracht zu ziehen, dass eine falsche Diagnose zu unnötigen und gefährlichen Interventionen führen kann. Aber mit einer verlässlichen diagnostischen Methode kann eine effektive Therapie ausgesucht werden, welche einen Einfluss auf die Genesung des Patienten und dessen Lebensqualität haben kann.
Die PET ist für die Nachuntersuchung von Patienten und für die Beurteilung der Therapieeffektivität geeignet. Im Vergleich mit den morphologischen Bildgebungsmethoden kann die Therapieeffizienz besser beurteilt werden und die Therapieantwort nach der Initialtherapie kann früher überprüft werden. Dies basiert auf der Tatsache, dass die Untersuchung die funktionellen Änderungen des Tumors misst, welche den morphologischen/strukturellen Änderungen (Größe) des Tumors vorauseilen.
Mit den funktionellen Methoden können Residualtumore oder Tumorrezidive (Restaging) früher diagnostiziert oder ausgeschlossen werden, gerade wenn andere Methoden unsicher sind. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob posttherapeutische residuale Gewebsmasse vitales Tumorgewebe enthält, oder ob es sich um Narbengewebe handelt.
In den frühen Phasen der onkologischen Therapie (die sogenannte Interimsphase) scheint die PET in der Lage zu sein, Patienten, die gut auf die Therapie ansprechen, von denen, die weniger gut ansprechen, zu unterscheiden. (Abb. 12)

a b c d e f

 
Bei therapieresistenten Fällen würde sie wertvolle Informationen liefern, und nicht-ansprechende Patienten würden uneffektiven, aber teuren und toxischen Behandlungen nicht weiter ausgesetzt. Deren Option wäre entweder der frühe Therapieabbruch oder der Wechsel zu einer anderen Behandlung. Zusätzlich kann die Intensität der FDG-Aufnahme und der Grad der frühen Therapieantwort für eine Abschätzung der Tumorprognose herangezogen werden. Abschließend, kann die PET wegen ihrer hohen Sensitivität auch in der Lage sein, okkulte Tumoren zu erkennen (Carcinoma of unknown primary – CUP).
Unter Berücksichtigung der Prinzipien der evidenzbasierten Medizin kann die PET, die sich als kosteneffektiv bewiesen hat und in der Lage ist, Informationen bereitzustellen, welche relevante therapeutische Konsequenzen haben - auch wenn es geringe nationale Unterschiede zwischen den Ländern gibt - routinemäßig für eine Liste von malignen Erkrankungen indiziert sein.
Die PET-Bildgebung hat eine erwiesene Effektivität bei den folgenden Karzinomtypen:

• in der Differentialdiagnose des solitären pulmonalen Rundherds,
• Staging und Restaging des Bronchialkarzinoms,
• bei Lymphomen,
• Kolorektale Karzinomen,
• Ösophaguskarzinomen,
• Kopf-und Halstumoren,
• Malignen Melanomen,
• Mammakarzinomen und für das Zervixkarzinom.

Für das Restaging von Schilddrüsenkarzinomen ist es nützlich, wenn der Tumor entdifferenziert ist, z.B. wenn er keine Iodid-Isotope anreichert.
Dennoch kann die FDG-PET zu falsch negativen Ergebnissen führen, wenn der Tumor zu klein ist und/oder wenn sein Glukosemetabolismus gar nicht oder nur geringgradig erhöht ist (z. B.: bei gut differenzierten neuroendokrinen Tumoren, bronchoalveolären Karzinome, vielen Formen von Nieren- und Prostatakarzinomen und hepatozellulären Karzinomen).
Da FDG kein tumorspezifischer Marker ist, müssen bei der Verwendung einige falsch positive Ergebnisse berücksichtigt werden. Diese treten üblicherweise bei Prozessen mit erhöhtem Metabolismus oder Ausscheidung von Glukose auf. Bestimmte inflammatorische Prozesse - frühe postoperative und postradiogene Phänomene, aktiviertes braunes Fettgewebe, Urinausscheidung über die Nieren und im Harntrakt, unspezifische Darmaktivität, Knochenmarkshyperplasie nach Chemotherapie und besonders bei jungen Patienten, die Thymushyperplasie - können zu falsch positiven Ergebnissen führen.

21.4.1.1.1 PET-CT

Die schnelle Verbreitung der klinisch verfügbaren PET-CT-Systeme dauert seit Beginn des dritten Jahrtausends an. Alleinige PET-Geräte werden heutzutage nicht mehr zum Verkauf angeboten. Die integrierten PET-CT sind sensitiver und spezifischer als die Anwendung der einzelnen Modalität. Der wichtigste Effekt der PET-CT verglichen zur PET allein ist, dass verschiedene Läsionen in der PET präziser lokalisiert werden können. Mit der Darstellung von morphologischen Daten macht die Differenzierung von verschiedenen benignen und physiologischen Prozessen von malignen Läsionen diese Methode zuverlässiger. All dies führt zu einer Reduktion der Anzahl an unsicheren und falsch negativen Ergebnissen bei Zunahme der Spezifität. Darüber hinaus hilft die funktionelle Information in der PET Bildgebung bei der Charakterisierung von mehrdeutigen Läsionen in der CT (im Falle von Lymphknoten). Der zunehmende Effekt der PET hinsichtlich der Bedeutung der CT-Untersuchung erscheint offensichtlich, weil der PET-Radiotracer als ein neuer Typ von „Kontrastmittel“ mit einer hohen funktionellen Sensitivität und Spezifität betrachtet werden kann. In einigen Fällen, wie in disseminierten pulmonalen metastatischen Läsionen, kann die CT die Sensitivität der PET-CT erhöhen, wenn die Größe der Läsion zu klein ist um in der PET allein detektiert werden zu können. Daher ist weitgehend akzeptiert, dass für das Tumor-Staging die PET-CT weitaus sensitiver als die CT oder PET allein ist (oder sogar, wenn die beiden Methoden nebeneinander analysiert werden).
Es ist ebenso ein aufstrebender Trend, dass die PET-CT-Untersuchung, mit der Möglichkeit der Ganzkörper-Bildgebung und der funktionellen sowie strukturellen Information, am Anfang des diagnostischen Algorithmus stehen sollte. Eine adäquate Diagnose könnte schneller erreicht werden, der Gebrauch anderer Methoden würde unnötig und Untersuchungskosten könnten reduziert werden. Es ist weiterhin diagnostisch wertvoll, wenn das intravenöse dynamische Kontrastmittel-CT als Teil der PET-CT-Untersuchung durchgeführt wird. Trotzdem würde dieses Vorgehen die Strahlendosis des Patienten für jede dieser Untersuchungen senken.
Bei onkologischen PET-Untersuchungen können neben FDG auch andere Radiopharmaka genutzt werden:
Perfusionstracer;
Markierte Aminosäuren, welche den Aminosäurentransport abbilden;
Nukleotide, welche die Tumorproliferation darstellen;
Markiertes Cholin, welches Informationen über die Zellmembransynthese liefert;
DOPA oder Somatostatin Analoga für die Untersuchung von neuroendokrinen Tumoren;
und spezielle Tracer, welche die Versorgung des Tumors mit Sauerstoff
oder die Hypoxie darstellen.

21.4.1.2 Iod-szintigrafie

Die Iod-Ganzkörperszintigrafie wird normalerweise im Falle eines Iod-aufnehmenden, gut differenzierten Schilddrüsentumors genutzt. Sie kann Tumorrezidive oder Metastasen aufdecken.

21.4.1.3 Receptor Szintigraphie

Die Rezeptorszintigrafie ist ebenso eine direkte und sehr spezifische Technik.

21.4.1.3.1 Adrenerg-Rezeptor Szintigraphie

Neuroektodermale Tumoren, welche reich an adrenergen Rezeptoren sind (Neuroblastome bei Kindern, Phäochromozytome bei Erwachsenen), können mit Radiotracern, die Analoga von Noradrenalin und in den sekretorischen Granula von Katecholamin produzierenden Zellen konzentriert sind, erreicht werden (Metaiodobenzylguanidin, MIBG). Die radioaktive Markierung wird mit dem 123I Isotop durchgeführt, seltener mit dem 131I Isotop. Bei einem Phäochromozytom ist diese Methode für die präoperative Lokalisation hilfreich, was normalerweise bei ektopischen oder multiplen Tumoren (verschiedene MEN-Syndrome) nötig ist, oder wenn es maligne ist und Metastasen besitzt. Für die Neuroblastome hat die MIBG Szintigrafie im Prinzip eine 100%-ige Spezifität, während die Sensitivität geringer ist, da es Tumore gibt, die kein MIBG aufnehmen. Die Untersuchung ist für die Detektion von lokalen Rezidiven und entfernten Metastasen nützlich, dementsprechend ist sie wichtig für das Tumorstaging und die Früherkennung. Darüber hinaus zeigt sie die Therapieeffektivität.

21.4.1.3.2. Somatostatin-Rezeptor Szintigraphie

Viele Tumoren exprimieren Somatostatin-Rezeptoren, speziell die verschiedenen Typen der neuroendokrinen Tumoren (z.B. Karzinoide, Meningeome, Medulloblastome und Neuroblastome). Diese können mit Somatostatin-Analoga-Peptiden, meistens mit Pentetreotid, einem mit 111In-Isotop markierten Peptid (OctreoScan), untersucht werden. Diese Untersuchung ist hauptsächlich bei Karzinoiden und GEP- (gastroenteropankreatischen) Tumoren (Gastrinom, Insulinom, Glukagonom, VIPom) signifikant. Obwohl GEP-Tumoren ein massives Klinikum aufweisen, sind sie häufig sehr klein und die Erkennung ist mit anderen Methoden schwierig. Deswegen ist die Somatostatin-Rezeptor-Szintigrafie die Methode der Wahl. Wenn das Karzinoid gut differenziert ist, kann sie die Läsion und mögliche Metastasen erkennen. Weiterhin ist sie nützlich bei der Therapieüberwachung und im Falle einer Lebertransplantation zum Ausschluss extrahepatischer Metastasen. (Abb. 13)

a b c

 
Pharmaka, die an diese Rezeptoren binden, oder deren Analoga können auch mit Beta-emittierenden Radionukliden markiert werden. Daher kann sogar eine Radioisotopentherapie erfolgen. Im Falle einer Radiotherapie sollte immer eine diagnostische Untersuchung vorausgehen, um zu untersuchen, ob eine Läsion Pharmakonaufnahme zeigt und somit der Radioisotopentherapie zugänglich ist.

21.4.2 Indirekte Methoden

Unter den indirekten Methoden (welche sowohl die normale Funktion als auch deren Abnormitäten zeigen) kann die Szintigrafie mit Pharmaka durchgeführt werden, die zum Beispiel mit der Bilirubin Extraktion (HIDA, BrIDA) konkurrieren (hepatobiliäre Szintigrafie), oder mit Kolloiden, welche in die Kuppfer’schen Zellen aufgenommen werden (für die statische Leberszintigrafie). Diese Techniken können beide den benignen Ursprung von fokalen Leberläsionen beweisen.
Die Knochenszintigrafie ist bei der Bildgebung von Knochenmetastasen maligner Tumoren hilfreich. Die Knochenmarksszintigrafie ist eine weniger signifikante Methode; trotzdem kann sie auch für die Diagnose von Knochenmetastasen genutzt werden.
Eine Dreiphasen-Szintigrafie (Blut-Pool Phase) kann in der Diagnostik der Leberhämangiome eingesetzt werden.

21.4.3 Radiologisch-geführte Chirurgie

Okkulte, nicht tastbare Läsionen, welche chirurgisch entfernt werden sollen, können mit Radioisotopen markiert und während der OP mit einer tragbaren Gammakamera lokalisiert werden. Radiotracer sind entweder in der Läsion angereichert (z.B. Chirurgie der Nebenschilddrüse, Wächterlymphknoten-Lokalisierung) oder werden direkt in eine Läsion injiziert, z.B. kann nicht-palpabler Brustkrebs mit der Radiologisch-geführten Lokalisierung okkulter Läsionen (ROLL) als eine Alternative zur Technik der radiologischen Drahtmarkierung lokalisiert werden.

21.5 Urogenitalsystem

21.5.1 Einladung

Die Nierenszintigrafie und die Bildgebung des Harntrakts haben eine hohe Signifikanz, denn z.B. kann die Szintigrafie die seitengetrennten Nierenfunktion numerisch (Prozent) ausdrücken, was mit anderen Methoden nicht messbar ist.

21.5.2 Dynamische Renale Szintigrafie (Renografie)

Während dieser Untersuchung werden Technetium-markierte Radiopharmaka genutzt, welche von den Nieren schnell ausgeschieden werden, entweder durch
glomeruläre Filtration (DTPA= Diethyl-Triamin-Essigsäure),
oder durch tubuläre Sekretion (MAG-3= Mercaptoacetyltriglycin, EC= Ethyldicystein).
Normalerweise werden wegen der dorsalen Lage der Nieren, Messungen von posterior durchgeführt. Im Falle einer transplantierten oder nach ventral verlagerten Niere, wird die Bildgebung von einer anterioren Richtung durchgeführt. Eine Serie von Aufnahmen wird nach intravenöser Injektion der Radiopharmaka durchgeführt. Die Bildgebung wird mindestens 20 Minuten lang durchgeführt, so dass auch die Exkretion dargestellt werden kann. In dieser Serie kann die intensive Ausscheidung des Nierenparenchyms gut beobachtet werden, dann, in einer transitorischen Periode, kann das Sammelsystem dargestellt werden und danach, parallel zur Entleerung der Nieren, die Füllung der Blase. Auf diesen Bildern kann die sogenannte ROI (Region of interest) Technik angewandt werden, um die Projektionen der Niere zu beschreiben und dann die Zeit-Aktivitäts-Kurven (Renogramme) zu berechnen. Das Renogramm besteht normalerweise aus drei Phasen:
in der Ersten liegt ein steiler Anstieg aufgrund des Blutflusses vor;
in der zweiten Phase verlangsamt sich der Anstieg, die parenchymale Funktion dominiert;
dann, in der dritten Phase, verkleinert sich die Kurve, während des Auswaschens vom Pyelon, exponentiell.

Mit der Hilfe spezieller Auswertesoftware kann die relative renale Beteiligung jeder Niere in Prozent der Gesamtfunktion bestimmt werden. (Abb. 14)

a b

 
Die dynamische renale Szintigrafie ist bei der Bestimmung von akuten anurischen Zuständen nützlich (prärenal, renal oder postrenal).
Im Falle von einseitigen Nierenerkrankungen, ist es wichtig zu bestimmen, wie groß der relative funktionelle Beitrag der geschädigten Niere ist. Wenn eine chirurgische Intervention geplant ist, ist es ebenso wertvoll den funktionellen Status der kontralateralen Niere zu kennen.
Obstruktive Uropathien sind eine wichtige Indikationsgruppe für eine renale Szintigrafie. Die Untersuchung kann beantworten, ob die Uropathie eine Nephropathie hervorgerufen hat, z.B. ob es sekundäre Parenchymläsionen gibt. Weiterhin ist es möglich zu sehen, ob es eine echte Obstruktion gibt oder eine Stenose hinter der Dilatation des Sammelsystems steckt, welche eine Intervention benötigen, um eine Progression vorzubeugen. In diesen Fällen ist, bei intakter Funktion des Parenchyms, die Exkretion der Niere behindert oder stark verzögert.
Obstruktive und nicht-obstruktive Dilatationen werden durch Gabe von Diuretika differenziert (diuretische Renographie). Wenn keine Obstruktion vorliegt, wird durch die Diuretika eine schnelle Auswaschung des zurückgehaltenen Urins aus dem Sammelsystem ausgelöst, was bei einer echten Obstruktion nicht der Fall ist. (Abb. 15)

a b

 
Der erste Fall wird als funktionelles Problem aufgefasst, letzteres als organische Abnormität.
Um eine renovaskuläre Ursache für die arterielle Hypertonie (die Existenz eines Renin-gesteuerten Prozesses), nachzuweisen wird der Captopril-Test durchgeführt. Im Falle einer persistierenden Nierenarterienstenose ist die Produktion von Renin erhöht, was mit Hilfe vom Angiotensin Converting Enzyme (ACE) konsequent zu einer Erhöhung des Vasokonstriktors, Angiotensin II, führt. In den Glomeruli verengt Angiotensin II die efferenten Gefäße mehr als die afferenten. Folglich erhöht dieser Effekt den glomerulären Druck und kompensiert die verminderte GFR, welche durch die Nierenarterienstenose hervorgerufen wird. Captopril (ACE-Hemmer) stoppt diese Kette. Daher zeigt die Niere mit einer Arterienstenose nicht den Angiotensineffekt und ihre Funktion nimmt ab.
Bei einer transplantierten Niere kann die dynamische Nierenszintigrafie ein wertvolles Werkzeug sein, verschiedende Komplikationen (gestörte Blutversorgung, Abstoßung, Beeinträchtigung der Urinausscheidung, Urinleckage) in einem frühen Stadium zu erkennen. Die Szintigrafie ist ebenso bei der Differenzierung von tubulärer Nekrose bei einer Abstoßungsreaktion und der Nachsorge der Nierenfunktion nützlich.

21.5.3 Statische Nierenszintigrafie

Mit dem Gebrauch von 99mTc-DMSA (Technetium-99m-Dimercaptosuccinatsäure), einem Radiopharmakon, welches von der Niere ausgeschieden wird (proximale Tubuli) und das in den Tubuli für eine längere Zeit verbleibt, kann eine statische Bildgebung durchgeführt werden. Die Bildgebung wird nach einer bestimmten Einwirkzeit (3-4 Stunden nach i.v. Injektion) durchgeführt, um die regionale Nierenfunktion in sehr detaillierter Darstellung aufzuzeichnen.
Dies ist vorwiegend in der Diagnostik der Pyelonephritis nützlich. In unklaren Fällen kann sie eine akute Entzündungsreaktion nachweisen. Bei chronischen Prozessen kann die statische Nierenszintigrafie sehr sensitiv Narbengewebe identifizieren (chronische Pyelonephritis, Reflux-Nephropathie). Die oben genannten Läsionen zeigen sich als weniger aktiv. Da die Untersuchung nicht spezifisch ist, ist die detaillierte Morphologie der Läsion ebenso notwendig, welche normalerweise mit einer Ultraschall (US)- Untersuchung dargestellt wird. Die US- Untersuchung hilft bei der Differenzierung einer Pyelonephritis von Läsionen mit einem Masseneffekt, welche sich ebenso als ein Aktivitätsdefekt in der Szintigrafie zeigt. (Abb. 16)

16. Abb.: Statische Nierenszintigrafie. Planare Aufnahmen, posteriore und rechts hinten Schräge Sicht. Definierter Schaden an der rechten Nierenparenchym und Narbenbildung.

Mit multiangulären statischen Bildgebungen können die Abnormitäten der Nierenform, –größe und –position dargestellt werden. Speziell in Fällen von Nierenfehllagen (z.B. Dystopie) kann die relative Beteiligung der Niere an der Gesamtfunktion besser berechnet werden als bei dynamischen Untersuchungen. Das liegt daran, dass bei statischen Untersuchungen die mittlere Zählrate der anterioren und posterioren Bildgebungen zur Berechnung hinzugezogen wird.

21.5.4 Radionuklid-Zystografie

Die Radionuklid-Zystografie kann bei Kindern für die Diagnose eines vesikoureteralen Refluxes (VUR) und auch für die Messung des Harnverhalts genutzt werden.
Im Falle einer direkten Zystografie wird, genau wie bei der Miktionszystografie, das Isotop durch einen Katheter in die Blase gebracht.
Die indirekte Methode ist weiter verbreitet und hat den Vorteil, dass kein Katheter gelegt werden muss. Der VUR kann bei physiologischen Bedingungen überwacht werden; am Ende einer Nierenszintigrafie, wenn die Nieren komplett entleert sind, wird der Patient gebeten zu urinieren, während eine dynamische Aufnahme von der Gamma- Kamera aufgezeichnet wird. Der Prozess wird mit hoher Frequenzrate als Bilderserie aufgezeichnet. Wenn ein VUR vorliegt, kann während der Miktion Aktivität im Ureter und dem Nierenkelchsystem festgestellt werden. (Abb. 17) Diese Methode ist für die Verlaufskontrolle im Falle eines früher festgestelltem VUR nützlich.

21.6 Gastroenterologie

21.6.1 Die bildgebende Verfahren für die Leber und Cholesystem

Es gibt drei Bildgebungen für die Leber.

21.6.1.1 Kolloid Leber-Milz- Szintigrafie (statische Leberszintigraphie)

Während der Kolloid Leber-Milz- Szintigrafie wird ein Technetium-markiertes Kolloid genutzt, welches von den Elementen des RES und den Kuppfer’schen Zellen aufgenommen wird. Bei der Bildgebung zeigen sich die meisten soliden Läsionen der Leber, ausgenommen der fokalen nodulären Hyperplasie und der regenerativen Knoten bei der Zirrhose, als gut umschriebene Aktivitätsdefekte.

21.6.1.2 Choleszintigrafie

Die Choleszintigrafie ist eine Methode, die hepatozelluläre Funktion, die Gallesekretion und die biliäre Ausscheidung zu beurteilen. Der Radiotracer ist das 99mTc-markierte Iminodiacetat (IDA), welches dem Bilirubin ähnelt und von den Hepatozyten sezerniert wird. Während der Cholezystografie werden für eine Stunde dynamische Bilderserien von der Leber und der Abdominalregion angefertigt. Dies zeigt die Ausscheidung des Radiopharmakons aus der Leber, in das Gallengangssytem, in die Gallenblase und schließlich seine duodenale Sekretion. Diese Untersuchung ist exzellent zur Darstellung der Gallenblasenentleerung. (Abb. 18)

 
Für die Identifikation einer biliären Obstruktion, ist dies die sensitivste Methode. Im Falle einer Obstruktion, erscheint eine Retention des Radiopharmakons proximal der Verengung. Der duodenogastrale Reflux der Galle kann mit dieser Methode nur unter physiologischen Bedingungen nachgewiesen werden. Die Methode ist ebenso sensitiv für die Diagnose von postoperativen biliären Fisteln.
Falls eine parenchymale Lebererkrankung vorbesteht, sinkt die Exkretion des Radiotracers und der intrahepatische Transport ist verzögert.
Die biliäre Atresie bei Kindern kann ebenso ausgeschlossen oder nachgewiesen werden durch die Anwesenheit oder völlige Abwesenheit intestinaler Aktivität.

21.6.1.3 Die fokale noduläre Hyperplasie (FNH)

Isotopen- Untersuchungen sind ebenso für die Detektion von fokalen Leberläsionen vorhanden, zum Beispiel für die fokale noduläre Hyperplasie (FNH). In der Mehrzahl der FNH sind die Kuppfer’schen Zellen aktiv, somit ist in der statischen Leberszintigrafie (SPECT) die Aktivität des markierten Kolloids in der Läsion erhöht, welches charakteristisch für die Läsion ist. Während der Cholezystografie ist ein charakteristisches Bild zu sehen; eine Dreiphasen-Untersuchung mit einem Perfusionsscan der Leber wird benötigt. Während der Perfusionsphase ist eine Masse mit arterieller Versorgung sichtbar, dann wird der Radiotracer in der FNH sezerniert, doch aufgrund des Fehlens von normalen Gallengängen in der Läsion, scheint die Aktivität in der Läsion gefangen zu sein. (Abb. 19) Dennoch können gut differenzierte HCC und Hepatoblastome ein sehr ähnliches Auftreten haben.

a b c d e

21.6.1.4 Die Dreiphasen-Blutpool-Szintigrafie

Die Dreiphasen-Blutpool-Szintigrafie ist eine spezifische Untersuchung für kavernöse Hämangiome. Die Blutpool-Szintigrafie kann in zwei Techniken durchgeführt werden. Bei der ersten werden rote Blutkörperchen (RBC) in vivo markiert (in den Blutgefäßen) und bei der zweiten wird eine in vitro Markierung in zwei Schritten durchgeführt. Der erste Schritt der in vitro Technik ist die Sensitivierung von RBC mit einer inaktiven Komponente, dann werden sie mit 99mTc-Pertechnetat markiert.
In der Perfusionsphase kann beim kavernösen Hämangiom eine verringerte Aktivität festgestellt werden, verursacht durch seine reduzierte Blutversorgung. Darauffolgend, in der frühen Durchblutungsphase, persistiert weiterhin diese Reduktion der Aktivität, denn das markierte Blut kann nur schrittweise die kavernösen Räume des Hämangioms auffüllen und dessen Verdünnung mit nicht- markiertem Blut nimmt einige Zeit in Anspruch. In der späten Phase (nach etwa 2 Stunden nach Beginn der Untersuchung) zeigt sich die Läsion mit einer höheren Blutmenge als das umgebende Parenchym. (Abb. 20)

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21.6.2 Die gastrointestinalen Blutungen

Die Blutpool-Szintigrafie wird ebenso für die Lokalisation von gastrointestinalen Blutungen genutzt. Im Falle einer aktiven Blutung, treten die RBCs im intestinalen Lumen aus. Bei typischen Fällen zeigt sich die Hämorrhagie als ein gut abgegrenzter Aktivitätspool, welcher sich der Peristaltik folgend, über die Zeit in verschiedenen Lokalisationen, bei gleichzeitiger Größenzunahme, zeigt. Die Untersuchung ist nur dann sensitiv, wenn die Blutungsrate gleich oder größer als 0,1-0,4 ml/Minute ist.

21.6.2.1 Meckel-Divertikel

Bei Kindern können GI-Blutungen auch von ektopischer Magenmukosa im Meckel-Divertikel ausgehen. Die Mukosa des Divertikels kann mit einer 99mTc-Pertechnetat-Szintigrafie identifiziert werden. Das Isotop akkumuliert in normaler und ektopischer Mukosa und die ektopische Mukosa zeigt sich als umschriebene Aktivitätssteigerung außerhalb des Magens. (Abb. 21)

21.6.3 Die entzündlichen Darmerkrankungen

Diese Erkrankungen können ebenso mit Hilfe der Szintigrafie in ihrer Ausdehnung und in ihrer Aktivität dargestellt werden. Bei diesen Erkrankungen werden zur Bildgebung mit Isotopen markierte weiße Blutkörperchen genutzt. Der Vorteil dieser Technik ist, dass sie im Gegensatz zu anderen Techniken komplett nicht-invasiv ist.

21.6.4 Die Motilitäts-Untersuchungen des GI-Trakts

Diese Methoden (des Ösophagus, des Magens, des Dünn- und Dickdarms) werden mit funktionellen Isotopenuntersuchungen durchgeführt. Die mit radioaktiven Isotopen markierten Flüssigkeiten, semi-feste und feste Nahrung wird oral aufgenommen. Der größte Vorteil ist die hohe Sensitivität und die physiologischen Bedingungen, was bedeutet, dass die Ergebnisse quantifiziert werden können. Der gastroösophageale Reflux kann gut mit dieser oral aufgenommenen Nahrung dargestellt werden. Die Szintigrafie ist wegen ihrer nicht-invasiven Weise und der niedrigen Strahlenbelastung besonders nützlich bei Kindern.

21.7 Endokrinologie

21.7.1 Schilddrüsenszintigrafie

Die Schilddrüsenszintigrafie wird mit 99mTc-Pertechnetat durchgeführt. Die Untersuchung kann die regionale Schilddrüsenaktivität darstellen und das Pharmakon wird von den Iodpumpen der Drüse aufgenommen. Pertechnetat nimmt im Gegensatz zu Iod nicht an den Schritten der Hormonproduktion teil und entleert die Schilddrüse rapide. (Abb. 22)

 
Die Untersuchung kann die Form, die Größe, die Lokalisation und die Aktivität der Lappen darstellen, außerdem kann sie ektopes Schilddrüsengewebe zeigen. Knoten der Schilddrüse werden gewöhnlich durch Palpation oder US identifiziert, wohingegen deren Aktivität mit der Szintigrafie dargestellt wird. Bei geringer oder gar keiner Aktivität eines Knoten wird dieser als „kalter“ Knoten angesehen. Bei ähnlicher Aktivität im Vergleich zu normalem Schilddrüsengewebe wird von einem „warmen“ Knoten gesprochen, bei einer gesteigerten Aktivität von „heißen“ Knoten. Karzinome der Schilddrüse treten als kalte Knoten auf, jedoch ist die Untersuchung unspezifisch. Andere Läsionen verursachen ebenso kalte Knoten, wie die Kolloidknoten, die fokale Thyreoiditis oder eine Blutung. (Abb. 23)

 
(Es muss hier festgehalten werden, dass durch die geringe räumliche Auflösung, Knoten mit einer Größe unter 1 cm regelmäßig nicht dargestellt werden.) Die Szintigrafie ist bei der Differenzialdiagnose einer Hyperthyreose sehr wertvoll. Autonome Adenome können, wenn sie sich als heiße Knoten darstellen, leicht identifiziert werden. Dabei ist das normale Schilddrüsengewebe supprimiert und zeigt eine verringerte Aufnahme von Radiopharmaka. (Abb. 24)

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Differenzierte – Iod-aufnehmende - Tumorrezidive und Metastasen des Schilddrüsenkarzinoms (papilläre und follikuläre Karzinome) können mit einer Ganzkörper-Iod-Szintigrafie unter Nutzung von 131I-NaI aufgedeckt werden.

21.7.2 Nebenschilddrüsenszintigrafie

Das Nebenschilddrüsenadenom ist die typische Ursache des primären Hyperparathyreoidismus. Die stoffwechselaktive Läsion kann präoperativ lokalisiert werden, was mit Verbreitung der minimalinvasiven (endoskopischen) chirurgischen Methoden an Bedeutung gewinnt. Die stärkere und überproduzierende Drüse zeigt keine Affinität zu einem spezifischen Radiopharmakon. Wegen der erhöhten zellulären Dichte und dem gesteigerten Metabolismus, können Adenome mit sogenannten Perfusions-Radiotracern wie 201Tl-Chlorid oder 99mTc-Sestamibi (normalerweise in der kardialen Szintigrafie genutzt) identifiziert werden. Nebenschilddrüsenadenome sind entweder am Hals oder in 6-10% der Fälle im oberen Mediastinum als ektope Adenome lokalisiert.
Es ist etwas problematisch, dass die hyperzelluläre Schilddrüse ebenso Radiotracer akkumuliert. Jedoch wird Sestamibi eher schnell ausgewaschen. Die Differenzierung zu Adenomen der Schilddrüse wird mit einem Zwei-Phasen (Auswasch) Sestamibi Scan durchgeführt. Auf den frühen Bildern zeigen sowohl das Adenom als auch die Schilddrüse erhöhte Aktivität, während in der späten Phase die Aktivität der Schilddrüse im Vergleich zum Adenom verringert ist. (Abb. 25)

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Eine andere genutzte Methode ist die Subtraktionsmethode, bei der die Schilddrüse mit ^99mTc-Pertechnetat dargestellt wird (so wie bei den Schilddrüsenscans) und im nächsten Schritt wird dieses Bild vom Scan, welcher mit dem Perfusions-Radiotracer durchgeführt wurde, subtrahiert. Die präzise Lokalisierung ist mittels SPECT oder sogar SPECT-CT möglich.

21.7.3 Nebennierenrinden-Szintigrafie

Mit Radioisotopen markierten Cholesterolderivate werden für die Bildgebung der Nebennierenrinde genutzt. Die Methode wird bei der Differentialdiagnose von hormonüberproduzierenden Syndromen und bei der Charakterisierung von Inzidentalomen genutzt.

21.7.4 Tumorsuchung in dem Nebennierenmark

Phäochromozytome, aus dem Nebennierenmark stammend, und hormonproduzierende Neuroendokrine Tumore (Karzinoid, GEP Tumore) werden mit Adrenerg- und Somatostatin-Rezeptor-Szintigrafiemethoden, welche schon im onkologischen Abschnitt behandelt wurden (s. o.), untersucht.

21.8 Diagnostik von Entzündungsprozessen mit Isotopen

Die Gallium-Szintigrafie, die Leukozyten-Szintigrafie und die FDG-PET Untersuchungen sind die am häufigsten genutzten Techniken zur Charakterisierung von entzündlichen Erkrankungen. Die Gallium- (67Ga-Citrat) Anreicherung ist das Ergebnis eines komplexen Prozesses in dem entzündeten Gewebe. (Erhöhte Aktivität kann ebenso in bestimmten Tumoren entdeckt werden, wie z.B. bei Lymphomen, bei denen die Untersuchung vor der Ära der FDG-PET einen hohen diagnostischen Wert hatte.) Die Markierung von weißen Blutkörperchen kann in vitro ablaufen. Aus den weißen Blutkörperchen des Patienten wird im Labor eine Leukozytensuspension hergestellt, welche für den Markierungsprozess entweder mit 99mTc-HMPAO (Hexamethyl-Propylen-Amin-Oxim), oder seltener mit 111In-Oxim gemischt wird. Am Ende werden die hergestellten Blutzellen dem Patienten reinjiziert. Während der in vivo Markierung werden Technetium-markierte monoklonale, antigranulozytäre Antikörper, oder deren Fragmente reinjiziert (Immunszintigrafie). Die Markierung der Granulozyten geschieht in den Blutgefäßen. (Abb. 26)

 
(Das genutzte Antigen für den Markierungsprozess wird in allen Elementen der Granulozytenkette exprimiert, einschließlich der Promyelozyten. Daher kann die in vivo Methode auch zur Visualisierung des Knochenmarks genutzt werden.) Angesichts der Tatsache, dass aktivierte Leukozyten und Makrophagen FDG akkumulieren, kann die FDG-PET ebenso sensitiv entzündliche Prozesse darstellen.
Die Leukozytenszintigrafie wird auch gerne für akute und subakute Stadien von entzündlichen Prozessen, welche normalerweise von bakteriellen Infektionen hervorgerufen werden, genutzt. Bei chronischen und nicht-bakteriellen Entzündungen – besonders Prozesse der Brust, der Lunge -, ist die bevorzugte Untersuchungsmethode die Galliumszintigrafie. Die FDG-PET ist eine Technik, welche in Fällen von Fieber unklarer Genese (FUO – fever of unknown origin) bevorzugt wird. Sie ist ebenso wichtig für die Detektion einer Wirbelkörperosteomyelitis und ist sowohl für die Identifikation von inflammatorischen Prozessen an vaskulären Prothesen, als auch für die Untersuchung der Großgefäßvaskulitis nützlich. (Abb. 27)

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Die FDG-PET ist auch in der Lage, Hodgkin und aggressive non-Hodgkin Lymphome, kolorektale Karzinome und Sarkome als die Ursache für tumorbedingtes Fieber zu erkennen. Die FDG-PET kann potentiell andere Bildgebungsmethoden bei Fällen von FUO-Syndromen ersetzen, weil sie im Vergleich zur Leukozytenszintigrafie eine breitere Auswahl von Patienten untersuchen kann.

21.9 Isotopentherapie

Die Nuklearmedizin beinhaltet therapeutische Prozeduren, welche mit offenen Isotopen durchgeführt werden. Das Hauptprinzip ist, dass nach lokaler Injektion oder systemischer Zuführung (i.v. oder per os) die beta-emittierenden, mit Isotopen markierten Pharmaka einen selektiven radiotherapeutischen Effekt hervorrufen. Sie werden in den Zielläsionen angereichert und durch die lokal wirkende Strahlung ist der Schaden auf die umgebenden Gewebe minimiert. Ihr Vorteil ist, dass sie fast keine Nebenwirkungen haben und der Effekt langlebig ist. Die am meisten genutzten Isotope sind ¹³¹I, ⁹⁰Y, ¹⁵³Sm, ⁸⁹Sr und ¹⁸⁶Re.
Klinisch sind die am weitesten verbreiteten Methoden:
Radioiodtherapie von benignen und malignen Schilddrüsenerkrankungen;
Palliative Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen mit Knochen-affinen Pharmaka;
Strahlen-Synovektomie durch Injektion von metallischen Kolloiden in den Gelenkspalt bei chronischen entzündlichen Gelenkerkrankungen;
Palliative Therapie von neuroektodermalen und neuroendokrinen Tumoren mit ¹³¹I-MIBG oder anderen mit Isotopen markierten Somatostatinanaloga;
Radioimmuntherapie (markierte monoklonale Antikörper) vorwiegend von B-Zell-Lymphomen.

Aussage des Kapitels:

Die Methoden der Nuklearmedizin beruhen auf der Tracer-Technik mit Radioisotopen. Die Mehrheit der diagnostischen Untersuchungen sind bildgebende Verfahren, bei denen Radiopharmaka in den Organismus gebracht werden, und die Strahlung des Radiotracers mittels der geeigneten bildgebenden Ausrüstung (Gamma-Kamera, PET, bzw. Geräte zur Hybridbildgebung) detektiert wird. Die nuklearmedizinischen Untersuchungen leisten funktionelle Informationen, die meistens allein, und im Rest der Fälle als Ergänzung zum Ergebnis der anderen morphologischen Bildgebungen nutzbar sind.