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.