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Radiologie 6. September 2006

Die Stärken von PET und SPECT

PET und SPECT sind derzeit die einzigen Verfahren, bei denen die molekulare Bildgebung bereits eine klinische Anwendung erfährt. Als Verfahren, das eine bessere Quantifizierung und bessere Abbildungsqualität aufweist, besitzt PET gegenüber SPECT einige Vorteile.

Bildgebende nuklearmedizinische Verfahren zielen im Gegensatz zu den meisten anderen radiologischen Methoden nicht primär auf die Darstellung anatomischer Strukturen ab. So entspricht die Bildintensität in der Skelettszintigraphie nicht der Knochenmasse, sondern der Aktivität der Umbauvorgänge an der Knochenoberfläche, und das Lungenszintigramm – je nach verwendeter Untersuchungssubstanz – dem Grad der Lungendurchblutung bzw. der Güte der Ventilation in einzelnen Lungenarealen. Dieses grundlegende Prinzip in der Nuklearmedizin, nämlich die Sichtbarmachung von Organfunktionen und Stoffwechselvorgängen durch radioaktive Biomarker, hat zu einer Zahl von mehreren Tausend radiomarkierten Substanzen geführt und als eigenen Wissenszweig die Radiochemie bzw. Radio­pharmazie begründet. Sie bilden eine ideale Grundlage für die Molekulare Bildgebung und sind Vorbild für die Entwicklung von Biomarkern für die molekulare Bildgebung mittels MRI und optischen Verfahren.

Einsatz von Radionukliden und Radiopharmaka

Die Einzel-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT) und die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) sind die heute gängigen bildgebenden Verfahren in der Nu­klearmedizin. Dabei kommen unterschiedliche Radionuklide und damit auch unterschiedliche Ra-diopharmaka zur Anwendung. Auch messtechnisch und apparativ bestehen wesentliche Unterschiede. Die PET ist noch sensitiver als die SPECT und erlaubt überdies eine Quantifizierung der im Körper gemessenen Verteilung der Bio­marker, z.B. als Organkonzentration oder Stoffwechselumsatz. Beide Verfahren sind für den Nachweis von Biomarkern um mehr als 1 Million Mal so empfindlich wie die MRI, weisen jedoch gegenüber anderen radiologischen Verfahren den Nachteil einer deutlich schlechteren Detailerkennbarkeit auf.

PET-Forschung und klinische Anwendung

Die PET findet bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten Einsatz in der Forschung. Ihre klinische Anwendung erfolgt seit über zehn Jahren, wobei zuerst kardiologische und jetzt onkologische Fragestellungen dominieren. Die bereits erwähnte Besonderheit der PET, regionale Stoffwechselvorgänge nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ erfassen zu lassen, hat es ermöglicht, sie in der Grundlagenforschung effizient einzusetzen.

Einsatz „markierter“ Glukose

Der Durchbruch der PET von einer primär forschungsorientierten Technik zur klinischen Anwendung wurde vor allem durch den Einsatz von mit F18 markierter Glukose (18F-FDG) initiiert. 18F-FDG reichert sich in einer Vielzahl von Karzinomen an und eignet sich dadurch hervorragend zum primären Tumornachweis, aber auch zum Nachweis von Rezidiven und dem Ansprechen des Tumors auf therapeutische Maßnahmen. Die Ganzkörper-Szintigraphie mit 18F-FDG PET hat sich bei vielen onkologischen Fragestellungen als Methode der ersten Wahl erwiesen. 18F-FDG findet jedoch auch in der Kardiologie und Neurologie für klinische Fragestellungen Anwendung. Limitierende Faktoren für die klinische Anwendung der PET waren die begrenzte Verfügbarkeit und die hohen Kosten der Methode. Mit der fortschreitenden technischen Entwicklung und der Bereitstellung von PET-Radiopharmaka durch kommerzielle Anbieter sind diese Probleme deutlich geringer geworden. So wurde die PET in den letzten Jahren zur am raschesten wachsenden bildgebenden Methode. Ein weiterer Impuls für die breitere klinische Anwendung ist die Verfügbarkeit von Kombinationsgeräten, die die optimalen Eigenschaften für die funktionelle bzw. molekulare Bildgebung von PET mit den Vorteilen der hervorragenden morphologischen Bildgebung des CT verbinden. Diese PET/CT-Geräte stellen heute den State of the Art der Bildgebung auf diesem Gebiet dar. Die exakte anatomische Zuordnung von pathologischen bzw. auf eine Pathologie verdächtigen Verteilungen des Biomarkers in der PET führt nach der Literatur in ca. 20 Prozent zu einem diagnostischen Zugewinn gegenüber reinen PET-Scannern. Erste Prototypen von PET und MR-Kombinationsgeräten wurden vor kurzem entwickelt. Eine besondere Schwierigkeit dieser Kombination ist, den die Messtechnik der PET störenden Einfluss des Magnetfeldes von MR-Geräten zu beherrschen.

Spezifische Biomarker sind von überragender Bedeutung

Die Verfügbarkeit spezifischer Biomarker (in der Nuklearmedizin als Radiopharmaka bezeichnet) für physiologische und pathophysiologische Prozesse ist von überragender Bedeutung für Verfahren, die im Rahmen der Molekularen Bildgebung eingesetzt werden. Eine Vielzahl von biologischen Molekülen wie Antikörper, Enzyme, Hormone, rezeptoraffine Substanzen, Moleküle des Energiestoffwechsels, Aminosäuren, Purine etc. wurden bereits mit für die PET geeigneten Positronenstrahlern markiert. Derzeit werden in der PET jedoch nahezu ausschließlich mit den Radionukliden 18F oder 11C markierte Substanzen eingesetzt. Mit 11C markierte biologische Moleküle, ­z.B. Aminosäuren oder Acetat, sind in ihren chemisch-biologischen Eigenschaften völlig mit den natürlichen Analoga ident. Da 11C aber sehr kurzlebig ist (physikalische Halbwertszeit 20 Minuten), erfordert der Einsatz die Produktion des Radionuklids und die Markierung der gewünschten Substanz vor Ort und somit die Verfügbarkeit eines Zyklotrons und einer Radiochemie im Krankenhaus. Die PET mit 11C markierten Substanzen ist daher nur wenigen Großkrankenhäusern bzw. Forschungseinrichtungen vorbehalten.

Radionuklide in der Tumordiagnostik

Mit dem Radionuklid 18F markierte Substanzen werden zunehmend von kommerziellen Herstellern angeboten. Neben der mit 18F markierten Desoxyglukose 18F-FDG werden bereits auch andere F18-markierte Substanzen wie Tyrosin (18F-FET), Thymidin (18F- FLT), Phenylalanin (18F-DOPA) oder Cholin (18F-Cholin) angeboten und klinisch eingesetzt. So eignet sich 18F-FET zur Diagnostik bei Hirntumoren, 18F-DOPA beim Morbus Parkinson, aber auch bei neuroendokrinen Tumoren, 18F-Cholin bei Prostata- und Blasenkarzinom und 18F-FLT erscheint als Proliferationsmarker besonders zur Therapiekontrolle bei Tumoren geeignet. Nach wie vor betrifft die überwiegende Zahl der klinischen Anwendungen der PET die Gabe von 18F-FDG. 18F-FDG PET ist derzeit noch die einzige PET-Anwendung, für die ausreichend klinische Studien vorliegen, um ihren hohen klinischen Stellenwert bei einer Vielzahl von klinischen Fragestellungen als gesichert gelten zu lassen. Dementsprechend finden sich in Empfehlungen nationaler und internationaler Gesellschaften klare Richtlinien für ihren Einsatz im Vergleich zu anderen radiologischen Verfahren, so auch in der „Orientierungshilfe Radiologie“, die in Österreich durch eine große Zahl an Fachgesellschaften konsensuell erstellt wurde.

Molekulare Bildgebung mit PET im Vergleich

PET und SPECT sind derzeit die einzigen Verfahren, bei denen die molekulare Bildgebung bereits eine klinische Anwendung erfährt. Als Verfahren, das eine bessere Quantifizierung und bessere Abbildungsqualität aufweist, besitzt PET gegenüber SPECT einige Vorteile. Der Nachteil einer geringeren Zahl von für die PET geeigneten Radionukliden dürfte in den nächsten Jahren durch die Verfügbarkeit von Positronenstrahlern wie Cu64, Ga68 oder J124 zumindest zum Teil überwunden werden. Trotzdem wird die SPECT – schon aus Kostengründen – teilweise ihren Platz in der nuklearmedizinischen Bild-gebung als zweites Verfahren neben der PET behalten.

MRI weniger sensitiv

Im Vergleich zur PET weist die MRI aus grundlegenden physikalischen Gründen eine deutlich niedrigere Sensitivität auf, was ihre Anwendung in der molekularen Bildgebung jedenfalls limitiert. Auch die Möglichkeit zur Quantifizierung von Stoffwechseldaten mit der MRI ist im Vergleich zur PET wesentlich geringer. Ihre wesentlich besseren Abbildungseigenschaften und die Unabhängigkeit von Strahlenbelastung und radioaktivem Zerfall der Biomarker werden jedoch in Fällen, wo die Sensitivität der MRI ausreicht, diese Methode der PET den Vorzug geben lassen.

Grenzen optischer Verfahren

Optische bildgebende Verfahren sind ähnlich bzw. noch etwas sensitiver als die PET. Durch die geringe Durchdringungsfähigkeit der Strahlung sind dem Einsatz dieser Methode jedoch natürliche Grenzen gesetzt, obwohl sie in der Abbildungsqualität der nuklearmedizinischen Bildgebung ähnlich ist. Sie dürfte in erster Linie als experimentelles präklinisches Verfahren zum Einsatz kommen.

Prof. DDr. Kurt Kletter, Univ.-Klinik für Nuklearmedizin, AKH Wien

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