PET - Grundlagen und Technik

 

Das Prinzip der Untersuchung beruht darauf, dass dem Patienten eine einfache Zuckerverbindung (z. B. Glucose), an die eine radioaktive signalgebende Substanz (Tracer) gekoppelt ist, eingespritzt wird. Diese Substanz verteilt sich mit dem Blutfluss im gesamten Körper und wird in stoffwechselaktive Zellen aufgenommen - je mehr Stoffwechselaktivität der Zelle desto mehr Aufnahme. Eine Zeit lang ist somit eine Unterscheidung zwischen sehr stoffwechselaktiven Zellverbänden und weniger aktiver Umgebung möglich. Mittels mehrerer um den Patienten angeordneter Detektoren wird die aus dem menschlichen Körper abgegebene radioaktive Strahlung gemessen, dem Ort des Entstehens zugeordnet und mittels eines Computers in Bildinformationen umgerechnet.

FDG eine Substanz auf Basis von Glucose
Im Gegensatz zu anderen Verfahren der nuklearmedizinischen Diagnostik, wird bei PET als radioaktive Substanz ein Positronenstrahler eingesetzt. Es handelt sich hierbei nicht um Gammastrahlung, sondern um Teilchenstrahlung. Das Positron entstannt aus dem radioaktiven Zerfall eines Nuklids. Es ist im Prinzip ein elektrisch positiv geladenes Teilchen, mit der Masse eines Elektrons. Im Positronenemissions-Tomographen werden die Positronen allerdings nur indirekt nachgewiesen, über ihre Wechselwirkungen mit anderen Teilchen. Dieser indirekte Nachweis bietet den großen Vorteil einer ungewöhnlich guten Ortsbestimmung des radioaktiven Tracers.

Ein bei der Krebsdiagnostik mit großem Erfolg eingesetzter Tracer ist das FDG, im Fachterminus F-18-Desoxyglukose,  ein schwach radioaktiver Stoff. Das verwendete Nuklid ist Fluor 18. Alle Positronenstrahler haben sehr kurze Halbwertszeiten. Damit ist gemeint, dass nach kurzer Zeit nur noch die Hälfte der ursprünglich mit dem PET nachweisbaren Substanz zur Bilddarstellung zur Verfügung steht. So ist bei Fluor 18 nach weniger als 2 Stunden nur noch die Hälfte der Nuklide strahlungsaktiv und nachweisbar. Zusätzlich wird etwa ein Drittel über den Urin ausgeschieden. Da schon nach wenigen Halbwertszeiten praktisch alle Radioaktivität zerfallen ist, endet die Strahlenbelastung meist lange bevor die Substanz selbst aus dem Körper ausgeschieden ist. 

Neben F-18 FDG gibt es noch viele andere stoffwechselaktive radioaktiv markierte Substanzen, die beim PET Verwendung finden. Neben dem bereits beschriebenen 18 F (Fluor) sind die häufigsten Nuklide: 15 O (Sauerstoff), 11 C (Kohlenstoff), 13 N (Stickstoff), 86 Y(Yttrium). All diese Stoffe gelangen nach dem gleichen Prinzip in den betreffenden Organen. Sie erhalten ein chemisches „Anhängsel“ das von dem Organ benötigt wird. So werden die radiochemischen Substanzen „Huckepack“ in den Stoffwechsel eingebunden und die funktionelle Bildgebung ermöglicht.

Der Positronen-Emissions-Tomograph
Das PET ist einem Computertomographen sehr ähnlich. Der Patient liegt gleichermaßen auf einer fahrbaren Patientenliege, die in einen Ring geschoben wird. Neben dem beschriebenen Vollring- PET gibt es auch Doppelkopf-Gammakameras, die in ähnlicher Weise funktionieren (Koinzidenzkamera). Der PET enthält zahlreiche kleine Detektoren, die radioaktive Strahlung messen können. Die Besonderheit beim Nachweis von Positronen, ist die Tatsache, dass Positronen durch Wechselwirkung mit Elektronen vom Ort des Geschehens zwei Gammastrahlen mit gleicher Energie aussenden. Diese Gammastrahlen fliegen genau entgegengesetzt auseinander. Dieses Wissen macht man sich zunutze. Nur diese, gleichzeitig auftretende Strahlung, dient für den angeschlossenen Computer dem Bildaufbau und erklärt die gute örtliche Auflösung, die bei anderen nuklearmedizinischen Aufnahmen nicht gegeben ist.

Der Vorteil: Ein krankhafter Befund kann lange bevor er mit anderen bildgebenden  Verfahren sichtbar gemacht werden kann über das Radiopharmakon aufgespürt werden. Leider ist lediglich die Anreicherung im Gewebe erkennbar, man erkennt nur grobe oder kleinere Bildpunkte. Die genaue örtliche Zuordnung innerhalb eines Organs und der Schichthöhe kann nur mit einem anderen bildgebenden Verfahren erfolgen. Daher wird PET heutzutage mit CT kombiniert.

Die Kombination von PET mit einem Computertomographen kann mit zwei verschiedenen Methoden erfolgen. Zum einen können die Bilder der Geräte mit einem Computer verarbeitet und rechnerisch überlagert, d.h. fusioniert werden. Bei dieser Methode kann das PET in der nuklearmedizinischen Abteilung, völlig getrennt vom Computertomographen aufgestellt sein. Zum anderen gibt es kombinierte, hybride Geräte. Beim PET/CT sind beide Systeme starr miteinander verbunden.

Bildfusion – die rechnerische Überlagerung von Bildern
Bei der Bildfusion handelt es sich um ein Verfahren, bei dem einzelne Bilder oder ganze Bildserien kombiniert und überlagert werden. Einerseits ist die Bildfusion mit verschiedenen Aufnahmen möglich, die aus einer Organregion stammen, z. B. Aufnahmen mit und ohne Kontrastmittel des Gehirns. Andererseits können die Bilder dabei auch aus verschiedenen Geräten stammen. Aufnahmen von PET und CT kann man über eine hochkomplexe Software im Computer „übereinander rechnen“, das ist die softwaregestützte Bildfusion. Durch die Kombination beider Verfahren lassen sich Zellbereiche mit hoher Stoffwechselaktivität präzise einer Gewebeschicht oder einem Organ zuordnen.

Hybridtechnik – die quasi zeitgleiche Untersuchung von PET und CT
Bei der Hybridtechnik handelt es sich um eine Weiterentwicklung der reinen Bildfusion von Einzelgeräten. Nuklearmediziner, die sich heutzutage entscheiden PET-Untersuchungen anzubieten, tendieren trotz mehrerer Nachteile eher zum Kauf des kombinierten Systems PET / CT als für das PET alleine. Zum einen tragen sie die hohen Kosten für die Anschaffung und den laufenden Betrieb von gleich zwei Großgeräten, zum anderen können sie aus fachärztlichen Gründen das System nur in einer Gemeinschaftspraxis mit einem Radiologen betreiben. Die Vorteile des kombinierten Systems überwiegen diese Nachteile allerdings deutlich:

  • Durch Umlagerungen des Patienten von einem Gerät auf das andere, kann der Bildeindruck verfälscht werden
  • Die Schwächungskorrekturwerte, die das CT liefert, können die Bildqualität der PET-Aufnahmen verbessern
  • Insgesamt kürzere Untersuchungsdauer gegenüber der Nutzung von getrennten Geräten und damit weniger Bewegungsunschärfe
  • Verkürzung der Zeit für die Differentialdiagnose, da anatomische und funktionelle Beurteilung in einem Untersuchungsgang meist zusammenfallen

Gegenüber den Einzeluntersuchungen hat PET/CT als kombinierte Untersuchung sogar weitere Indikationen für PET bei Therapien erschlossen: funktionsorientierte Strahlentherapieplanung, Intervention und Biopsie.

Die beiden Tomographen werden eng hintereinander montiert und starr verbunden. Es muss garantiert sein, dass sich die Aufnahmen exakt bezüglich Lage, Drehung, Größe und auch Schichtmitte – und dicke entsprechen und damit ohne weitere Manipulation überlagert werden können. Das CT wird vor der PET Untersuchung durchgeführt. Schwächungswerte, die der Computertomograph liefert, können im PET mitgenutzt werden. Es ergeben sich besser aufgelöste PET-Aufnahmen bei insgesamt verkürzter Untersuchungsdauer.

Die Kombination aus PET mit Kernspintomographie (MRT) ist derzeit in der Entwicklung. Dies würde dem Patienten einen weiteren Vorteil verschaffen: Die Reduktion der Strahlenbelastung um den Anteil, den die Computertomographie (CT) ausmacht.

Es ist zu erwarten, dass die Entwicklung von PET Radiopharmaka durch die Zunahme der installierten PET/CT – Geräte beschleunigt und damit das Spektrum der Untersuchungen deutlich erweitert werden.