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NUKLEARMEDIZIN

Nuklearmedizin umfasst die Diagnostik und Therapie mit offenen Radionukliden. Der Organismus kann radioaktive Isotope von natürlich vorkommenden Elementen nicht unterscheiden und verstoffwechselt diese ebenso. Nach Verabreichung von radioaktiven Isotopen kann daher die räumliche Verteilung und der zeitliche Verlauf einzelner Substanzen mit einer Gammakamera dargestellt werden. So können Stoffwechselvorgänge sichtbar gemacht werden.

Die wichtigste Anwendung nuklearmedizinischer Methoden war lange Zeit die Diagnostik und Therapie von Schilddrüsenerkrankungen. Von Nuklearmedizinern wird heute in Österreich das gesamte Spektrum der Diagnostik und konservativen Therapie der Schilddrüsenerkrankungen abgedeckt.

 

 

 

 

Ausgewählte

Beiträge:

 

Gastrointestinale Blutungsszintigraphie

 

 

Szintigraphie der Lunge

 

 

Diagnostik der Osteomyelitis

 

 

GRUNDLAGEN DER NUKLEARMEDIZIN

Seit über 50 Jahren werden nuklearmedizinische Methoden zu Diagnostik und Therapie verwendet. Die beiden Grundprinzipien der Nuklearmedizin sind, dass (1) der Organismus verschiedene Isotope eines Elements bei Stoffwechselvorgängen nicht unterscheiden kann und (2)  die radioaktiven Substanzen in so geringer Menge angewendet werden, dass es dadurch zu keiner Beeinflussung der Stoffwechselvorgänge kommt. Zur Diagnostik werden kurzlebige radioaktive Isotope allein oder an ein Pharmakon gekoppelt dem Patienten verabreicht und anschliessend mit einer Gammakamera die räumliche Verteilung im zeitlichen Verlauf dargestellt. So können Stoffwechselvorgänge sichtbar gemacht werden werden. Die nuklearmedizinische Funktionsdiagnostik beruht daher auf einem ganz anderen Prinzip als die radiologischen bildgebenden Verfahren, welche die reine Morphologie darstellen und prinzipiell ja auch bei Toten durchgeführt werden können. Bei nuklearmedizinischer Therapie werden höherenergetische Radiopharmaka als bei diagnostischen Methoden verabreicht, die im betreffenden Organ akkumulieren und dieses von innen bestrahlen. Die Strahlenbelastung bei diagnostischen nuklearmedizinischen Verfahren ist meist geringer oder vergleichbar mit einer Computertomographie.

Verwendete Isotope

Zur konventionellen nuklearmedizinischen Diagnostik werden meist Isotope mit kurzer Halbwertszeit (Stunden bis Tage) verwendet, die Gammastrahlen abgeben. Gammastrahlen bedingen eine niedrige Strahlenbelastung und können mit einer Gammakamera detektiert werden. Das am häufigsten verwendete Isotop ist Technetium-99m (Tc-99m). Es hat sehr günstige physikalische Eigenschaften: Tc-99m kann aus einem Generator einfach eluiert werden, der an allen nuklearmedizinischen Zentren stets vorrätig ist, hat eine niedrigenergetische Gammastrahlung und eine kurze Halbwertszeit von 6 Stunden. Tc-99m kann an zahlreiche Substanzen gebunden werden. Weitere zur nuklearmedizinischen Diagnostik verwendete Isotope sind unter anderem Jod-123, Thallium-201 und Indium-111, vereinzelt auch Jod-131. Neben den konventionellen Gammastrahlern gewinnt in letzter Zeit die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) immer mehr Bedeutung. Im Gegensatz zu konventionellen Gammastrahlern ist das Charakteristikum der Positronenstrahler eine Strahlung, die in einem 180° Winkel in entgegengestzte Richtungen abgegeben wird. Dadurch ist eine viel bessere räumliche Auflösung möglich. Der wichtigste Positronenstrahler ist Fluor-18, der eine Halbwertszeit von knapp 2 Stunden hat und in einem Zyklotron hergestellt werden muss. Andere Positronenstrahler wie Kohlenstoff-11, Ammoniak N-13, oder radioaktives Wasser H2O-15 haben noch viel kürzere Halbwertszeiten und bleiben nur speziellen Zentren vorbehalten.

Einzelne nuklearmedizinische Untersuchungen werden unmittelbar nach Applikation durchgeführt, je nach Untersuchung kann die Zeit  zwischen Applikation des Radiopharmakons und Durchführung der Aufnahmen allerdings auch mehrere Tage betragen.

Wichtige nuklearmedizinische Messgeräte

Gammakameras

Die wesentlichen Bestandteile einer Gammakamera sind der Szintillationskristall, mit dem die radioaktive Strahlung detektiert wird und der im sogenannten Kamerakopf untergeracht ist und ein Computersystem, das die räumliche Verteilung bzw. den zeitlichen Verlauf der gemessenen Strahlung auswertet. Der schematische Aufbau einer Gammakamera ist in Abbildung 1 dargestellt. Mit einer Gammakamera kann die räumliche Verteilung in einer statischen Aufnahme bzw. der zeitliche Verlauf in dynamischen Aufnahmen dargestellt werden (z. B. jede Minute ein Bild; Auwertung der Akkumulation in einer gewissen Region mit einer Zeitaktivitätskurve). Eine Gammakamera kann einen oder mehrere Detektorköpfe haben (Ein-, Zwei- bzw. Dreikopfkamera). Neben planaren Bildern, die die Verteilung der Aktivität aus einer Ebene darstellen, können die Köpfe der Kamera auch um den Patienten rotieren. Anschliessend wird durch ein Computerprogramm die räumliche Verteilung dreidimensional rekonstruiert und kann aus drei Schnittebenen betrachtet werden: SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography).    

Abb.: Gammakamera

PET-Scanner und Koinzidenzkameras

Mit PET Scannern können Positronenstrahler (meist der radioaktive Zucker Fluor-18-Desoxyglucose, FDG) dargestellt werden. Bedingt durch die physikalischen Grundlagen (Strahlung in entgegengestzte Richtung im Winkel von 180° ist die räumliche Auflösung viel besser und es können kleinere Strukturen dargestellt werden. Neben den PET Ring-Scannern, die aus einem Ring von Detektoren bestehen, werden auch Koinzidenzkameras verwendet, bei denen sich die Detektoren nur in zwei oder drei rotierenden Köpfen befinden.

Nuklearmedizinische Scanner mit Transmission und Bildfusion

Seit kurzem sind Geräte am Markt, die in die nuklearmedizinische Kamera eine hochwertige Transmissionsquelle bzw. einen Computertomographen eingebaut haben. Mit diesen Scannern können pathologische Herde exakt räumlich zugeordnet werden.

Andere Messgeräte

Gamma-Sonden werden in erster Linie dazu verwendet, um nach peritumoraler Gabe von Tc99m markiertem Kolloid intraoperativ den "Wächterlymphknoten" aufzuspüren. Gamma- bzw. Betacounter werden zur Bestimmung von Radioaktivität in Messproben (z. B. Blut oder Serum) verwendet und mit Uptake Messplätzen wird der Prozentsatz der applizierten Aktivität der in einem Organ zu einem bestimmten Zeitpunkt enthalten ist, gemessen.

Strahlenexposition bei nuklearmedizinischen Untersuchungen

Die Strahlenexposition bei nuklearmedizinischen Untersuchungen ist in den letzten Jahren immer weiter zurückgegangen. Auf der einen Seite wurden neue Radiopharmaka entwickelt, auf der anderen Seite wurde die Kameratechnik immer weiter optimiert. Die Strahlenexposition bedingt durch eine Schilddrüsenszintigraphie liegt bei 2 mSv (sprich: Millisievert); dies entspricht ungefähr der Dosis, die ein Österreicher im Lauf eines Jahres aus der Umgebung aufnimmt. Die meisten nuklearmedizinischen diagnostischen Methoden bedingen Strahlendosen, die deutlich unter der einer Computertomographie liegen, die 10-20 mSv verursacht.    

Bei nuklearmedizinischer Therapie (wo meist die höherenergetischen Betastrahler verwendet werden) ist die dadurch bedingte Dosis höher. Allerdings betrifft diese vor allem das jeweilige Zielorgan wie die Synovia bei der Radiosynoviothese oder die Schilddrüse bei der Radiojodtherapie.

Häufige nuklearmedizinische Methoden

Mit Hilfe von kinetischen Untersuchungen wird der zeitliche Ablauf der Verteilung einer Substanz im Körper und die Ausscheidung radioaktiver Stoffe erfasst. Die Stärke der statischen Szintigraphie ist die Differenzierung zwischen funktionell aktivem und inaktivem Gewebe, die durch räumlich besser auflösende, aber nur die Morphologie wiedergebenden bildgebenden Methoden wie Ultraschall, Röntgenverfahren oder Kernspintomographie meist nicht erhalten werden kann.

Die Abbildungen zeigen szintigraphische Bilder verschiedener nuklearmedizinischer Untersuchungen

Bild einer disseminierten Knochenmetastasierung bei Prostatskarzinom (Skelettszintigraphie): Es zeigen sich multiple Areale mit fokal gesteigertem Knochenstoffwechsel.
Lungenembolie (Inhalations / Perfusionsszintigraphie): Die Inhalationsszintigraphie zeigt eine unauffälige Aerosolverteilung (oben), in der Perfusionsszintigraphie hingegen finden sich multiple subsegmentale und segmentale Perfusionsdefekte über beiden Lungen (unten).   
„Kalter“ Schilddrüsenknoten (Schilddrüsenszintigraphie): Der 4 cm große solide Knoten links (Pfeil) ist funktionslos.  
Infektion der Knie-Endoprothese (Szintigraphie mit markierten Antikörpern gegen Granulozyten): In Projektion auf den Prothesenansatz zeigt sich ein bandförmiges Areal mit abnorm gesteigerter granulozytärer Infiltration (Pfeile).
SPECT Aufnahme des Gehirns 20 Stunden nach Applikation von 123-Jod BetaCIT: Die Dopamintransporter im Striatum stellen sich regelrecht dar. So kann ein Morbus Parkinson von einem essentiellen Tremor unterschieden werden.  

Abbildung 7: Sentinel-Node Szintigraphie bei einem Patienten mit Tonsillenkarzinom: Nach peritumoraler Injektion von Tc99m markiertem Kolloid wird der Lymphabfluss des Tumors dargestellt.

Zur besseren räumlichen Orientierung wird eine Bildfusion aus Transmissionsbildern (linke Spalte) uns SPECT-Aufnahmen (mittlere Spalte) durchgeführt. In den fusionierten Bildern (rechte Spalte) erkennt man den peritumoral applizierten Tracer (Pfeilspitzen); der erste Lymphknoten im Lymphabfluss des Tumors („Wächterlymphknoten“) zeigt sich im Bereich der Nodi lymphatici parotidei profundi (lange Pfeile, rotes Fadenkreuz). Dieser kann intraoperativ mit einer Sonde aufgespürt werden.

Einen guten Überblick über die einzelnen nuklearmedizinischen Methoden bieten die Guidelines der Österreichischen Gesellschaft für Nuklearmedizin oder die Guidelines der amerikanischen Society of Nuclear Medicine.

 

In den unten angeführten Artikeln werden verschiedene nuklearmedizinischen Methoden vorgestellt und gezeigt, bei welchen speziellen Fragestellungen diese hilfreich sind. Die Liste wird ständig erweitert:

    Gastrointestinale Blutungsszintigraphie

    Inhalations / Perfusionsszintigraphie der Lunge 

    Nuklearmedizinische Diagnostik der Osteomyelitis

 

 

 

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