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Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München Technische Universität München
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Klinikum rechts der Isar
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S. I. Ziegler
Nuclear Medical Applications
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Klinikum rechts der Isar
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
2
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Mechanisms of Tracer Imaging
3
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
4
normal result autonomous adenoma
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5
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
6
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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)
7
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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)
8
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FDG PET of a Normal Person
Brain
Kidney
Bladder
9
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48 year old patient
malignant lymphoma
PET: Example FDG-PET
10
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FDG PET Gastric Carcinoma Responder
before CTx day14 3 months after CTx
Response prediction
11
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Klinikum rechts der Isar
before CTx Day 14
Response-Vorhersage
FDG PET Gastric Carcinoma Non-Responder
3 months after CTx
12
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Klinikum rechts der Isar
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
13
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[18F]FDG-PET versus [11C]MET-PET
astocytoma, recurrence
14
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Klinikum rechts der Isar
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
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MR/PET Simultaneous Acquisition
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Bed Position 1
Bed Position 2
Bed Position 3
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Clinical Example: Cervical Lymphoma
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MR/PET Munich (TUM/LMU), funded by the DFG
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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
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Liver imaging in HCC with MR-PET
DWI b 400 DWI ADC map
T2w fatsat MR-PET fusion MIP
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Hybrid MR-PET in neurooncology
Courtesy Drzezga A, 2011
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
[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
21
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Klinikum rechts der Isar
[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
22
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
Drzezga et al., Nuklearmedizin TUM 2001
O-15 Water Activation Study
Activation of sensory and motor areas by itching
23
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München Technische Universität München
axial slices, normal result, caudal view
FDG Normal result (slice images)
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Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
transversal example slices, landmarks
ACPC-Linie
Automated definition of stereotactic axis
and landmarks (Neurostat, Univ. of Michigan, USA)
25
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
right left
surface projection
Deviation from normal result
Metabolism in Brain (Normal Person)
26
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
right left
100%
0%
5
0
Typical Alzheimer‘s Disease
surface projection
difference to normal result
27
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Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
right left
100%
0%
5
0
Early Alzheimer‘s Disease surface projection
Difference to normal result
28
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
100%
0%
axial slices, caudal view
Frontal Dementia
29
Arrows: Hypometabolism
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
100%
0%
Arrows: Hypometabolism
5
0
difference to normal result
Frontal Dementia surface projection
30
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
Nuclear cardiology
metabolism/myocardium vitality
pump function
Myocardial
perfusion experimental
methods:
- innervation
- cell-death
- gen expression
31
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
Myocardium: Slice Images short axis vertical long axis horizontal long axis
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Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
ECG-triggered myocardial perfusion
scintigraphy
Measurement of perfusion and function
ED
ES
automatic contour detection 3D-Movie
34
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Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
hibernating
myocardium Scar
NH3
FDG
Myocardial Viability Diagnosis
35
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Klinikum rechts der Isar Technische Universität München
Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik
Klinikum rechts der Isar
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
36