Download - Nuclear Medical Applications
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Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
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S. I. Ziegler
Nuclear Medical Applications
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Radiopharmaceuticals
• Selection of the pharmaceutical according to the organ-
specific question
• Labelling of pharmaceuticals with radioactive isotopes
External detection possible
• Radiopharmaceuticals must not affect the metabolism
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Mechanisms of Tracer Imaging
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Mechanism Example
Distribution in a body compartment Blood pool scintigraphy, cystography
Leaking from the vascular
compartment
Gastrointestinal bleeding
Passive diffusion Distribution in the tissue along a concentration
gradient
Capillaries blocking Lung perfusion scintigraphy (Tracer Ø > 20 µm)
Adsorption Skeleton scintigraphy (Tc-99m-diphosponates on the
surface of hydroxylapatite)
Active transport Thyroid scintigraphy, MIBG-scintigraphy, FDG - and
AS-PET
Metabolic trapping FDG in cell because of selective blocking of glucose
Phagocytosis Liver, spleen and bone marrow scintigraphy Ø < 10µm
Receptor bond Selective binding of ligands and receptors e.g. in
tumours and brain
Antigen- antibody reaction Radioimmunoscintigraphy
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Thyroid Scintigraphy with Tc-99m Pertechnetate
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normal result autonomous adenoma
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131I – Scintigraphy
metastatic
thyroid carcinoma
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Basics of skeletal scintigraphy
• Binding of technetium-phosphate
complexes or fluorides to new built
bone matrix
• Examination of regional bone
conversion (“metabolism“)
skeletal metastases of a prostate carcinoma
-
HO P C P OH
O
OH
- -
O
OH
- -
H
OH
- -
-
HDP
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Typical Questions for Imaging
• Does a malignant tumor exist?
(differential diagnosis)
• How far has the disease spread?
(staging)
• Is the initiated therapy effective?
(therapy control)
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O
18 F
CH2OH
OH
hexokinase
GLUT-3
GLUT-5
O
HOCH 2
OH
OH
OH
18 F
GLUT-2,4,7
OH OH
G6-phosphate-
isomerase X
X
CH2OPO32-
GLUT-1
FDG-uptake depends on:
1. GLUT-expression
2. hexokinase-expression
tumor cell
[18F]FDG (2-[18F]Fluoro-2-Deoxy-Glucose)
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FDG PET of a Normal Person
Brain
Kidney
Bladder
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48 year old patient
malignant lymphoma
PET: Example FDG-PET
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FDG PET Gastric Carcinoma Responder
before CTx day14 3 months after CTx
Response prediction
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before CTx Day 14
Response-Vorhersage
FDG PET Gastric Carcinoma Non-Responder
3 months after CTx
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protein synthesis
amino acid transporter
tumor cell
transferase
protein degradation
proteins
NH 3 +
COO -
11 C H 3
S
O 18
F NH 3 +
COO -
X
[11C]Methionin / [18F]F-Ethyl-Tyrosine
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[18F]FDG-PET versus [11C]MET-PET
astocytoma, recurrence
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Comparison of methionine and the
amino acid analog FET
SUV 0 5 SUV 0 4
MRT (T1-Gd) MET-PET FET-PET
Residual tumor after partial resection of a glioblastoma
Weber, Wester et al. Eur J Nucl Med (2000) 15
MR/PET Simultaneous Acquisition
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Bed Position 1
Bed Position 2
Bed Position 3
Clinical Example: Cervical Lymphoma
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MR/PET Munich (TUM/LMU), funded by the DFG
Hybrid PET/MR imaging in oncology: treatment planning in patients with liver metastases
• increasingly aggressive treatment of localized liver metastases (partial liver resection, thermoablation, SIRT,…)
• only beneficial for the patient when metastases are limited to liver and exact extent of disease in the liver is known
• MRI for liver imaging, PET to rule out distant metastases
Liver imaging in HCC with MR-PET
DWI b 400 DWI ADC map
T2w fatsat MR-PET fusion MIP
Hybrid MR-PET in neurooncology
Courtesy Drzezga A, 2011
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[F-18] fluoro-deoxyglucose (FDG) glucose metabolism
[O-15] water blood flow
[F-18] fluoroethyl-Tyrosine (FET) amino acid transport
[C-11] methionin amino acid transport and metabolism
[F-18] feoxy-fluoro-thymidin (FLT) proliferation
[F-18] fluoromisonidazol (FMISO) hypoxia
PET Substances for Oncology
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[O-15] water blood flow dementia, ischemia, stroke
[O-15] butanol blood flow
[F-18] FDG glucose metabolism
[F-18] FDOPA presynaptic
dopamine function
parkinson disease
[C-11] methionin amino acid transport
and metabolism
brain tumors
[C-11] flumazenil benzodiazepine-
receptor imaging
epilepsia
PET Substances for Neurology
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Drzezga et al., Nuklearmedizin TUM 2001
O-15 Water Activation Study
Activation of sensory and motor areas by itching
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axial slices, normal result, caudal view
FDG Normal result (slice images)
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transversal example slices, landmarks
ACPC-Linie
Automated definition of stereotactic axis
and landmarks (Neurostat, Univ. of Michigan, USA)
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right left
surface projection
Deviation from normal result
Metabolism in Brain (Normal Person)
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right left
100%
0%
5
0
Typical Alzheimer‘s Disease
surface projection
difference to normal result
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right left
100%
0%
5
0
Early Alzheimer‘s Disease surface projection
Difference to normal result
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100%
0%
axial slices, caudal view
Frontal Dementia
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Arrows: Hypometabolism
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100%
0%
Arrows: Hypometabolism
5
0
difference to normal result
Frontal Dementia surface projection
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Nuclear cardiology
metabolism/myocardium vitality
pump function
Myocardial
perfusion experimental
methods:
- innervation
- cell-death
- gen expression
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Myocardium: Slice Images short axis vertical long axis horizontal long axis
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ECG-triggered myocardial perfusion
scintigraphy
Measurement of perfusion and function
ED
ES
automatic contour detection 3D-Movie
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hibernating
myocardium Scar
NH3
FDG
Myocardial Viability Diagnosis
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Radiation Exposure
Study Effective radiation
dose (mSv)
PET
18F-FDG (370 MBq) 7.0
13N-NH3 rest/stress (2 x 550 MBq) 2.2
82Rb rest/stress (2 x 740 MBq) 5.0
H215O rest/stress (2 x 740 MBq) 1.4
Transmission 68Ge rod source 0.06 – 0.13
Multislice CT
Calcium scoring 1.5 – 6.2
CT angiography 6.7 – 13.0
CT-based PET attenuation correction 0.23 – 5.66
Whole body CT 14
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