2 Grundlagen (S. 11)

Vorbemerkung

Der Schwerpunkt der díagnostischen Bildgebung in der Onkologie verschiebt sich zunehmend von einer anatomischen Bildgebung (mit CT) zu einer molekularen, bzw. funktionellen Bildgebung mit PET. Beide Bildgebungsmethoden haben sich in den letzten 25 Jahren parallel entwickelt bevor sie Ende der 90er-Jahre des letzten Jahrhundert zum ersten Mal in einem Gerät kombiniert wurden.

Als diagnostische Methode birgt die PET/CT eine Reihe von Vorteilen gegenüber den Einzelmethoden, die aus der Sicht der Instrumentierung im Folgenden erläutert und aus medizinischer Sicht anhand von Fallbeispielen im Hauptteil des Buches beschrieben werden.

Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

Tracer-Prinzip
Im Gegensatz zu radiologischen bzw. morphologischen Untersuchungsmethoden, erfassen nuklearmedizinische Bildgebungsverfahren die Funktionalität des Organismus aus in-vivo-Studien mittels Emissionsmessungen. Dabei wird ein Tracer in den Körper appliziert und mittels der emittierten Strahlung, durch vorherige Kopplung eines radioaktiven Isotopes (z. B. 18F) mit dem Trägermolekül (z. B. Glukose), von außen verfolgt (Abb. 2.1).

Das Tracer-Prinzip wurde von George de Hevesy in den 20er-Jahren des 20. Jahrhunderts eingeführt [39] Die Idee basierte darauf, daß während einer Beobachtung das System (also der Patient) nicht gestört werden soll. Die biologische Funktion (Metabolismus) kann dann mittels minimaler Mengen einer Substanz (Tracer) untersucht werden, die von herkömmlichen, im Körper verfügbaren und an ausgewählten Verstoffwechslungen teilnehmenden Substanzen ununterscheidbar ist.

Dies kann durch eine radioaktive Markierung der Tracer erreicht werden. Dabei werden bestimmte Ionengruppen des ursprünglichen Moleküls im Tracer-Molekül ausgetauscht und mit radioaktiven Isotopen oder Gruppen ersetzt, ohne dabei die chemischen Eigenschaften des Moleküls zu ändern, zumindest nicht so, daß es in den ersten Verstoffwechselungsschritten im Körper nicht berücksichtigt wird.

Die emittierte Strahlung erlaubt es dann, die applizierten Tracer und damit die Orte und die Maße der Metabolisierungen in- vivo zu verfolgen und zu messen. Die Wahl und die Herstellung eines radioaktiv markierten Tracers für die diagnostische Bildgebung ist von den physiologischen und biochemischen Stoffwechselvorgängen (z. B. Blutf luss, Metabolismus, Rezeptorbindung), die es zu beobachten gilt, sowie von den Eigenschaften der Radioisotope (Halbwertzeit, Strahlenschutz) abhängig.

Der Prozess einer Tracer-Entwicklung beginnt mit der Wahl des Radioisotops (PET oder SPECT). Solche Isotope, die nicht kommerziell verfügbar sind, müssen "onsite" produziert werden.

Radioisotope und PET-Tracer

Von der Vielzahl künstlich produzierter Radioisotope haben Positronenemitter ( +) eine Reihe von Vorteilen gegenüber Photonenemittern [66]. Die Verteilung der +-Emitter kann von außen über eine Koinzidenzmessung verfolgt werden, die eine ef. zientere Messmethode als die Akquisition von einzelnen Gammastrahlen ("single photon emitter") ist.

Während der Koinzidenzmessung werden Paare von 511 keV Ver nichtungsphotonen, die nach der Emission eines Positrons entstehen, gemessen und zur Lokalisation des Radiotracers und in der Folge zur Schwächungskorrektur verwendet (Abb. 2.2). Obwohl kurzlebige Isotope, wie z. B. 15O (2 min Halbwertszeit) sowohl ein Zyklotron als auch ein Radiochemielabor in der Nähe des PET erfordern und damit eine relativ aufwändige Infrastruktur bedingen, sind diese kurzlebigen Isotope sehr wertvoll in Studien von metabolischen Prozessen, die nur einige Sekunden oder Minuten dauern und somit repetitiv kurze Messung beinhalten.