Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Synonyme
- Positron emission tomography [engl.]
Definition
- Bildgebendes, nuklearmedizinisches Verfahren, das zur Erzeugung von
Schnittbildern lebender Organismen eingesetzt werden kann und auf der
Detektion der Vernichtungsstrahlung von Positronen beruht.
Grundlagen
- Grundlage der PET ist die Messung und Darstellung der Verteilung einer
radioaktiv markierten Substanz im Organismus.
- Dabei werden, wie in der Szintigraphie, Strukturen, vor allem aber
biochemische und physiologische Vorgänge abgebildet. Es handelt sich somit
um ein Verfahren zur funktionellen Bildgebung.
- Im Gegensatz zur SPECT oder Szintigraphie verwendet die PET Radiopharmaka,
die Positronen ausstrahlen (β+-Strahlung),
z.B. 18F,
11C,
13N oder
15O.
- Ein Positron tritt nach kurzer Distanz (ca. 1 mm) in Wechselwirkung mit
einem Elektron.
- Dabei werden beide Teilchen "vernichtet", d.h. sie werden in
zwei Photonen hoher Energie umgewandelt, die sich in einem Winkel von
ziemlich genau 180° voneinander wegbewegen.
- Die entstandene Gammastrahlung trifft nun je nach Position des
Entstehungsortes im Detektorring etwas zeitversetzt an zwei Stellen des
Detektors auf.
- Als zeitlich zusammengehörend werden dabei solche γ-Quanten
angesehen, die innerhalb eines extrem kurzen Zeitfensters (< 10 ns)
detektiert werden.
- Aus dem Zeitunterschied und der Annahme des 180°-Winkels ("Line Of
Response") lässt sich die Lokalisation der ursprünglichen
Positronen-Emission relativ genau schätzen.
Aufbau
- PET-Geräte bestehen aus einem beweglichen Tisch, auf dem der Patient
während der Untersuchung liegt und dem Detektor, der ringförmig um den
Tisch angeordnet ist. Hinzu kommt die extern untergebrachte Computertechnik
zur Berechnung der fertigen Bilder bzw. Modelle.
- Der Detektorring besteht aus mehreren Tausend (> 10.000) ringförmig
angeordneten Detektoren für γ-Strahlung.
Bildgebung
- Nach der Applikation der Radiopharmaka wird der Patient, auf dem
beweglichen Tisch liegend, so im Detektorring positioniert, dass der zu
untersuchende Körperabschnitt im Zielbereich der Detektoren liegt.
- Die nun in seinem Körper durch Positron-Elektron-Vernichtung entstehenden
Gammastrahlen werden aufgezeichnet und aus der Vielzahl dieser Ereignisse
zunächst ein zweidimensionales Schnittbild und, durch Verschieben des
beobachteten Bereiches innerhalb des Detektorrings, schließlich ein
dreidimensionales Modell berechnet.
Anwendungsgebiete
- In der biologischen Forschung wird die PET allgemein zur Abbildung und
Beobachtung biochemischer Vorgänge, dem sogenannten "molecular
imaging", verwendet.
- In der Klinik findet sie meist als Ergänzung zu stärker strukturell
orientierten Verfahren (z.B. CT, MRT) ihren Einsatz. Besondere Bedeutung hat
sie in der Kardiologie, der Neurologie und der Onkologie.
Kardiologie
- In der Kardiologie wird die FDG-PET zum Nachweis chronisch
minderdurchbluteter Bereiche innerhalb des Myokards herangezogen.
Neurologie
- In der Neurologie wird die PET zur Funktionsuntersuchung des Gehirns
eingesetzt.
- Hier wird den Probanden 15O markierter Sauerstoff zur
Inhalation gegeben.
- Anschließend lässt sich die Durchblutung des Gehirns in der PET
abbilden. Höhere Durchblutung in einem Hirnareal lässt auf höhere
neuronale Aktivität schließen.
- Um die Stoffwechselaktivität des Gehirns zu beurteilen wird die
FDG-PET verwendet.
Onkologie
- In der Onkologie wird sie als FDG-PET zur Diagnose, Stadienbestimmung und
Verlaufsbeobachtung eingesetzt.
- FDG steht für 18F-Fluor-Desoxyglucose, ein radioaktiv
markiertes Glucose-Derivat, das von vielen bösartigen Tumoren
angereichert wird und das anhand des Zerfalls von 18F
aufgespürt werden kann.
- FDG wird, anders als normale Glucose, nach der Phosphorylierung
nicht weiter verstoffwechselt, so dass eine Anreicherung in der
Zelle stattfindet (metabolic trapping).
- Da Tumorzellen typischerweise eine hohe Stoffwechselaktivität
zeigen und daher viel Glucose anreichern, zeigen sie auch eine
besonders hohe FDG-Konzentration.
- Dies ist besonders für die frühe Diagnose von Krebserkrankungen
von Vorteil. Die Verteilung von FDG im Körper erlaubt jedoch auch
allgemeine Rückschlüsse auf den Glucosestoffwechsel verschiedener
(gesunder) Gewebe.
Bemerkungen
- Die Auflösung eines PET-Scanners ist höher als die einer herkömmlichen
szintigraphischen Gammakamera.
- Wegen der gerichteten Strahlung kann auf dicke Bleikollimatoren verzichtet
werden.
- Ein Problem der PET ist die schlechte Ortsauflösung (ca. 5 mm), die ohne
zusätzliche Strahlenbelastung nicht mehr gesteigert werden kann.
- Seit einigen Jahren werden daher PET-Geräte angeboten, die
zusätzlich einen Computertomographen (CT) enthalten. Der Patient wird
unmittelbar hintereinander durch beide Detektorringe (Gantries) gefahren
und die entstehenden Bilder im Computer fusioniert.
- Diese direkt aufeinanderfolgende Aufnahme von PET und CT und die
direkte Kombination ihrer Informationen wird als "Hard-Fusion"
bezeichnet.
- Die Informationen des CT werden in den fertigen Bildern meist als
schwarz-weißes Modell dargestellt, in das die Informationen der PET
farbig eingeblendet sind.
- Diese Kombinationsmethode verbindet die hohe Ortsauflösung der CT mit
den funktionellen Informationen der PET.
- Aufgrund der hohen Kosten dieser Kombinationsgeräte kann, wenn
bereits ein separates CT vorhanden ist, auch mittels Software eine
Überlagerung von PET- und CT-Daten aus separat aufgenommenen
Bildern vorgenommen werden. Man bezeichnet dies als
"Soft-Fusion". Dieses Verfahren ermöglicht auch die
Kombination mit anderen bildgebenden Verfahren, z.B. der MRT.
- Die PET gehört nicht nur zu den effektivsten, sondern auch zu den
teuersten bildgebenden Verfahren in der modernen Medizin.
- Da die verwendeten Radionuklide relativ kurzlebig sind (HWZ 18F
= 110 min, HWZ 11C = 20 min), müssen sie für eine konkrete
Untersuchung zeitnah produziert werden und können nicht sehr weit
transportiert werden. Daher muss zusätzlich zum Scanner meist ein
Teilchenbeschleuniger eingerichtet werden, was hohe Anschaffungs- und
Betriebskosten mit sich bringt.
- Der Einsatz radioaktiver Substanzen macht eine strenge Indikationsstellung
erforderlich.
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