inhaltsverzeichnis -...
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Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung................................................................................................................3 2. PET und SPECT......................................................................................................4 2.1 Allg. Prinzip beider bildgebender Methoden...........................................................4 2.1.1 Grundlagen................................................................................................4 2.1.2 Gammakamera..........................................................................................6 2.2 Herstellung der Radionuklide.................................................................................9 2.2.1 Zyklotron....................................................................................................9 2.2.2 Generator.................................................................................................11 2.3 Aufbau PET...........................................................................................................13 2.4 Aufbau SPECT......................................................................................................14 2.5 Vergleich beider Bildgebungsmethoden................................................................15 3. Radiopharmaka......................................................................................................16 3.1 Herstellung.............................................................................................................16 3.1.1 Grundlagen...............................................................................................16 3.1.2 Synthese...................................................................................................16 3.1.3 Komplexverbindungen..............................................................................19 3.2 Wichtigste Radiopharmaka der Hirnuntersuchung und ihre Molekularstruktur.....20 3.2.1 Radiopharmaka für die Blutfluss-Wiederspiegelung..................................20 3.2.2 Radiopharmaka für den Funktionsnachweis der chemischen
Synapsen..................................................................................................21 3.2.3 Radiopharmaka für die Glucosemetabolismus-Wiederspiegelung...........22 3.3 Wechselwirkung im Körper....................................................................................24 3.3.1 Perfusion...................................................................................................24 3.3.2 Synapsen..................................................................................................25 3.3.3 Tumor........................................................................................................27 4. Untersuchung eines Patienten..............................................................................29 4.1 Allgemein................................................................................................................29 4.1.1 Vorbereitung des Patienten........................................................................29 4.1.2 Qualitätskontrolle der verwendeten Radiopharmaka.................................30 4.1.3 Hauptuntersuchung mit Bildgebung...........................................................30 4.1.4 Bildüberarbeitung.......................................................................................31 4.1.5 Datenanalyse.............................................................................................32 4.2 Fallbeispiele...........................................................................................................33 5. Zusammenfassung................................................................................................36 6. Quellen....................................................................................................................37 6.1 Literaturverzeichnis........................................................................................37 6.2 Internetquellen...............................................................................................38 6.3 Bildverweise...................................................................................................39 6.4 Tabellenverzeichnis.......................................................................................42 7. Erklärung der Selbstständigkeit...........................................................................43 8. Anhang....................................................................................................................44
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1. Einleitung
424.250 Menschen in Deutschland an Krebs, 209.576
Menschen starben an ihrer bösartigen Erkrankung (Gesellschaft der
epidemiologischen Krebsregister in Deutschland e.V. in Zusammenarbeit mit dem
Robert-Koch-Institut). Durch das Auftreten einer Krebskrankheit gehen Männern und
Frauen im Mittel acht Jahre ihrer ferneren Lebenserwartung verloren. Krebs zählt
damit nach wie vor zu den häufigsten Todesursachen in Deutschland und weltweit. In
der Bekämpfung dieser Krankheit spielen heute die ständig verbesserten Therapie-,
aber vor allen Dingen auch exaktere Diagnoseverfahren eine entscheidende Rolle.
Nur eine genaue Kenntnis der Erkrankung, der Lage und Ausdehnung des Tumors
und vor allen Dingen des Stadiums ermöglicht es dem behandelnden Arzt, aus den
zur Verfügung stehenden Therapiemöglichkeiten die optimale(n)
(siehe Int.1)
Heutzutage lassen sich aufgrund der enormen Technikverbesserungen nicht nur
Tumore, sondern auch viele andere Krankheiten erforschen und behandeln. Dazu
kommt, dass der Anwendungsbereich immer größer wird, Diagnoseverfahren finden
in der Onkologie, Kardiologie und Neurologie großen Bedarf.
Diese Facharbeit befasst sich nun mit den Diagnoseverfahren der Neurologie,
welche in der heutigen Zeit und Dank des gegenwärtigen Fortschritts der Medizin
unverzichtbar und nicht mehr aus dem Alltag der diagnostischen Arbeit in Praxen und
Krankenhäusern wegzudenken sind.
Die unbekannten am Gehirn mithilfe
zunächst erklärt, um dann einen Überblick und Einblick
in die komplexe Materie zu verschaffen.
Der Begriff der molekularen Bildgebung bezeichnet -vivo-Charakterisierung
und das Messen biologischer Prozesse
(siehe Lit.8,S.3). Unt -
Vorgänge, die sich in einem lebendigen Organismus ereignen. Für diese Art der
Bildgebung werden Geräte wie das PET und das SPECT verwendet.
Radiopharmaka (=Tracer) sind radioaktiv markierte biologische Moleküle, welche in
den Körper eingeschleust und dort in den Stoffwechsel aufgenommen werden. Im
Verlauf der Arbeit wird auf die einzelnen Bereiche eingegangen und diese
veranschaulicht.
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2. PET und SPECT PET und SPECT sind Bildgebungsverfahren, die dreidimensionale Bilder erzeugen,
welche den Stoffwechsel im menschlichen Organismus mit Hilfe von radioaktiven
Stoffen wiederspiegeln.
2.1 Allg. Prinzip beider bildgebender Methoden 2.1.1 Grundlagen Bei der Untersuchung werden dem Patienten radioaktiv markierte Substanzen
(Radiopharmaka) in den Körper geschleust, und zwar durch Injektion in die Blutbahn,
Schlucken in den Margen-Darm-Trakt oder Inhalieren in die Lunge. Ein
Radiopharmakon besteht aus zwei miteinander verbundenen Molekülteilen, einem
nicht radioaktiven Transportmolekül (vgl. Kapitel 3.1) und einem radioaktiven Molekül
(vgl. Kapitel 2.2). Der radioaktive Molekülteil besteht aus einem angereicherten
Atomkern (= Nuklid). Da dieser Zustand instabil ist, sendet das Molekül beim Zerfall
Strahlen aus, um in einen stabilen Zustand zu gelangen. (vgl. Lit.5,S.2)
-Strahler mit einer relativ niedrigen Energie und einer
kurzen Halbwertszeit verwendet, um Schäden von gesunden Zellen so gering wie
möglich zu halten.
In Tabelle 1 findet man die meistverwendeten Nuklide in der Nuklearmedizin, ihre
Halbwertszeit und Strahlungsart.
Nuklid Halbwertszeit Strahlungsart 11C 20,4 Minuten ß+
13N 10,0 Minuten ß+
15O 2,05 Minuten ß+
18F 109,6 Minuten ß+
99mTc 6 Stunden 123I 13 Stunden Tab.1: Nuklide, ihre Halbwertszeit und Strahlungsart Bei den Radionukliden handelt es sich entweder um direkte Gammastrahler (100-250
keV) oder indirekte, die Positronenstrahler (551 keV). Bei den Positronenstrahlern
wurde das Protonen-/Neutronenverhältnis verändert, und somit wird das Molekül
instabil. In der Nuklearmedizin werden Atomkerne mit Neutronenmangel, bzw.
Protonenüberschuss verwendet, welche deshalb +) ausstrahlen. Trifft
jetzt ein Positron auf ein Elektron, entsteht so das sehr kurzlebige Positronium, das
sich unter Abstrahlung von -Quanten (=Photonen) vernichtet. Dieser Vorgang
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-Quanten haben je eine Energie von
551 keV, das entspricht der Umwandlungsenergie des Positrons und des Elektrons in
ein Photon. Die zwei Photonen fliegen aufgrund des Energie- und
Impulserhaltungssatzes in einem Winkel von 180° auseinander (Abb.1).
Für die Diagnostik sollten Isotope verwendet werden, die möglichst wenig zusätzlich
-Strahlen aussenden, um die Strahlenbelastung für den Patienten gering zu halten.
(vgl. Lit.7,S.8; Lit.15,S.14; Lit.5,S.2/3)
Abb.1: Zerstrahlung eines Positrons Die Energieteilchen - Strahlen) werden nun von einem Detektor einer
Gammakamera eingefangen, und ein Scanner registriert die einzelnen Photonen.
Schließlich errechnet ein angeschlossener Computer den Ursprungspunkt des
Zerfalls aus, genannt Bildrekonstruktion (Abb2). Dadurch kann ein dreidimensionales
Bild eines Körperteils oder sogar des ganzen Körpers erstellt werden, welches
Aufschluss über den Stoffwechsel des Organismus gibt. (vgl. Lit.11,S.29, Int.2)
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Abb.2: Prinzipielles Verarbeitungsschema des PET 2.1.2 Gammakamera Die Gammakamera funktioniert vom Prinzip her genauso wie ein Szintillator.
Sie besteht aus einem Detektorring (Abb. 3, rechts), wobei bei den modernen
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Quanten einzufangen und somit eine bessere Auflösung zu erlangen.
Ein Detektorring besteht aus 120- 320 Detektorblöcken (Abb.3, links, Abb. 4, links,
mitte). Ein Detektorblock besteht aus mehreren Einzelkristallen (zwischen 16 und 36
Kristallen pro Block). Ein Kristall ist zwischen 6-8mm breit, bzw. hoch und 20-30mm
lang. (Abb. 4, rechts). (vgl. Int.3)
Abb.3: Schema des Detektorsystems eines PET Scanners
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Abb.4: Blockdetektor eines Positronentomographen Es gibt verschiedenen Materialen, die für die Szintillationskristalle verwendet werden
können, meist werden jedoch NaI(Tl)-Kristalle benutzt, da diese sehr sensibel -
Strahlen reagieren.
Material Form NaI (Tl) Kristallin CsI (Na) Kristallin CaWO4 Kristallin ZnS (Ag) Pulver p-Terphenyl in Toluol Flüssig p-Terphenyl in Polystyrol Plastisch
Tab. 2: szintillierende Stoffe Im Ganzen besteht ein Detektorring aus ca. 10.000 Kristallen, welche die
ausgestrahlten Photonen einfangen und in registrierbare Lichtblitze umwandeln. Die
Lichtblitze werden zum Photomutiplier gesendet und dort in elektrische Signale
umgewandelt, welche schließlich der Computer verarbeitet und damit ein
dreidimensionales Bild erstellen kann. (Abb.5).
Die komplette Apparatur ist mit einem Bleigehäuse (Detektorgehäuse) umgeben, um
ungewollte Strahlungen von außen, welche das Messergebnis verfälschen könnten,
abzuschirmen. (vgl. Lit.7,S.16; Lit.8,S.20/21; Int.5)
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Abb.5: Szintillationszähler
Vor dem Szintillator ist eine Blei-Kollimatorblende angebracht (Abb.6/7), die
Photonen nur aus einer bestimmten Richtung durchlässt. Es können nur senkrecht
auftreffende Strahlen bis zum Kristall durchdringen und somit im Messgerät
verarbeitet werden. Schräg einfallende Photonen werden absorbiert und nicht
registriert, da hier der Computer den Ursprungsort nicht errechnen kann.
(vgl. Lit.9,S.28)
Abb.6: Funktionsprinzip mit Szintillationskristall Abb. 7: Funktionsprinzip einer Kollimatorblende
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2.2 Herstellung der Radionuklide Es gibt zwei Möglichkeiten, Radionuklide herzustellen, entweder in einem Zyklotron
oder in einem Generator.
2.2.1 Zyklotron Ein Zyklotron ist ein Teilchenbeschleuniger, der zur Beschleunigung von Protonen
und leichten Atomkernen besonders gut geeignet ist.
Ein Zyklotron besteht aus zwei halbkreisförmigen Metallplatten (Duanden), an denen
eine Wechselspannung zwischen 10 kV und 1000 kV angelegt wird.
Zwischen den Platten ist der Beschleunigungsspalt, in dem auch die Ionenquelle
liegt. Am Rand befindet sich ein Ablenkungskondensator, um das beschleunigte
Teilchen auf ein anderes Teilchen oder Molekül zu lenken. (Abb.8 )
Abb.8: Funktionsprinzip eines Zyklotrons Durch die angelegte Wechselspannung entsteht ein elektromagnetisches Feld, das
ein geladenes Teilchen von der Ionenquelle anzieht. Dazu wird ein Magnetfeld
angelegt, was zu Folge hat, dass ein Teilchen innerhalb der Duande A, durch die
Lorenzkraft abgelenkt wird und somit eine Kreisbewegung beschreibt. Tritt das
Teilchen wieder aus der Duande A heraus in den Beschleunigungsspalt, wechselt die
Spannung auf die andere Duande B, welche das Teilchen anzieht und somit erneut
beschleunigt. Dann gelangt das Teilchen in die Duande B, und durch das dort
vorliegende Magnetfeld beschreibt das Teilchen ebenfalls eine kreisförmige
Flugbahn. Tritt das Teilchen nun wieder aus der Duande B heraus, wiederholt sich
der Beschleunigungsvorgang und die Ablenkung wie zuvor in Duande A. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Geschwindigkeit des
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Teilchens erreicht ist. Da das Teilchen bei jedem Durchlauf der Metallplatten an Energie und Masse
gewinnt, wird sein Bahnradius immer größer. Das schrittweise beschleunigte
Teilchen beschreibt eine spiralenartige Flugbahn. (Abb.8)
Ein Teilchen kann bis nahe zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Wenn das
Teilchen die Endgeschwindigkeit erreicht hat, werden die Ablenkungskondensatoren
eingeschaltet, und das Teilchen fliegt aus dem Zyklotron auf ein anderes Atom
(=Target).
Abb.9: Beschuss eines Targets mit einem geladenen Teilchen Nachdem ein Teilchen durch den Ablenkungskondensator auf ein Atom (=Target)
geschossen wurde, findet eine chemische Reaktion statt. Durch die Wucht des
Aufpralls nimmt das Target das beschleunigte Teilchen im Kern auf. Somit verändert
sich die Kernladungszahl, und ein neues, meist kurzlebiges radioaktives Nuklid oder
Isotop entsteht (Abb.9). Das neue Nuklid wird isoliert, weiterverarbeitet und kann
dann in der nuklearmedizinischen Diagnostik verwendet werden.
(vgl. Lit.8,S.90; Int.6,7,8,9)
Für die Nuklearmedizin werden hauptsächlich in einem Zyklotron hergestellte
Radionuklide verwendet, wie z.B. 11C, 13N, 15O, 18F und 123I. Diese Nuklide werden
dann später zu Radiopharmaka weiterverarbeitet, was in Kapitel 3 näher erläutert
wird. Tab.3 zeigt die Radionuklide, deren Halbwertszeit, Energie und Positronenzahl.
Gleichzeitig wird die Kernreaktion und somit ihre Herstellung in Kurzschreibweise
aufgeführt.
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Radionuklid HWZ E[keV] Kernreaktion 11C 20.4 min 960 ( +) 14 11C 13N 10.0 min 1190 +) 16 13N 15O 2.05 min 1720 +) 14N(d,n)15O 18F 109.6 min 635 +) 20 18F
18O(p,n)18F 123I 13 h 124Xe(p,2n)123I Tab.3: Nuklide und ihre Kernreaktion
2.2.2 Generator Es gibt verschiedene Generatoren, die aber im Prinzip alle gleich funktionieren. Es wird ein langlebiges Radioisotop verwendet, welches in ein kurzlebiges
Radioisotop zerfällt. Dieses wiederum wird dann mit einer Kochsalzlösung
herausgefiltert, in der Fachsprache nennt man diesen Vorgang Eluieren. Der Aufbau
eines Generators wird in Abb.10 verdeutlicht.
Abb.10: Schnittbild eines Generators a: Generatorsäule, b: 0,9 %ige NaCl-Lösung, c: evakuiertes Eluatfläschchen, d: Bleiabschrimung, e: Sperrhahn In der Diagnostik der Medizin können nur die Nuklide des 99Mo/99mTc- Generators
und des 68Ge/68Ga-Generators Verwendung finden. Wobei nur das 99mTc bei
Untersuchungen am Gehirn verwendet werden kann.
Weiterhin gibt es den 188W/188Re-Generator und den 90Sr/90Y-Generator, welche aber
nur in der Therapie eingesetzt werden können, da die Nuklide eine zu hohe Energie
haben und damit Zellen zerstören würden.
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99Mo/99mTc- Generator Als langlebiges Isotop wird in der Nuklearmedizin am häufigsten das langlebige 99Mo
(Mutterisotop) verwendet, welches dann in das kurzlebige Tochterisotop 99mTc
zerfällt.
Der Generator besteht aus einer Keramik-Generatorsäule, an der innen 99Mo bzw. 99mTc angelagert ist. Nun lässt man eine Lösung, genannt Eluent, durch die Säule
laufen, welche dann mit dem entstandenen 99mTc reagiert. Als Eluent wird eine 0,9
%ige NaCl-Lösung verwendet. Die Lösung mit dem 99mTc fließt nun in ein
Auffanggefäß und kann anschließend zu einem Radiopharmakon weiterverarbeitet
werden (Abb.11). Der Generator muss wegen des Strahlenschutzgesetzes mit Blei
umgeben sein, um die Strahlenbelastung nach außen möglichst gering zu halten
(Abb.10). (vgl. Lit.13,S.3; Lit.8,S.84; Int.4,11,10)
Abb.11: Eluatiosprinzip eines Generators 1. Das radioaktive Mutterisotop 99Mo wird durch Beschuss von 98Mo mit einem
Neutron hergestellt: 98 99Mo
2. Dieses hergestellte Mutterisotop zerfällt dann mit T ½ = 66h in das Tochterisotop 99mTc, welches ein Elektron aufnimmt (K-Einfang):
99 99mTc + e- e
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3. Das Isotop 99mTc, welches dann schließlich in der Nuklearmedizin verwendet wird,
zerfällt weiter mit einer Halbwertszeit von 6 Stunden in das 99Tc: 99mTc + 99Tc+
4. Das 99Tc wiederum zerfällt weiter unter --Strahlen in das stabile 99Ru mit
T ½ = 210000a: 99Tc + 99Ru+ -
Radionuklid HWZ Kernreaktion 99mTc 6.0h 140 99 99mTc + e-
Tab. 4: Nuklid und seine Kernreaktion
2.3 Aufbau PET PET= Positronen-Emissions-Tomographie
Ein PET- -Strahlen, die aus dem
untersuchenden Körper austreten. Bei dieser bildgebenden Methode sind die
Detektoren der Gammakameras ringförmig angeordnet. (Abb.12, rechtes)
1. Scanner-Ring der PET-Kamera
2. Querschnitt durch den Körper des Patienten
3. Ort eines Positronenzerfalls und Paarver-nichtung
-Quanten fliegen gleichzeitig und im Winkel von 180 Grad zueinander vom Ort des Zerfalls weg.
Abb.12: Prinzip des PET
Beim PET wird ein Annihilationsereignis nur dann gespeichert, wenn zwei Photonen
nahezu gleichzeitig auf aneinander gekoppelte Detektoren auftreffen. Einzelne
Photonen werden nicht gemessen (Abb.12, links). (vgl. Lit.2,S.18; Lit.8,S.27)
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2.4 Aufbau SPECT SPECT= Single-Photonen-Emissionstomographie, oder auch Single Photon
Emission Computed Tomography
In Gegensatz zum PET sind nur 2 oder 3 Gammakameras auf einem Kreisbogen
-Quanten messen. Die
Kamera rotiert mit 360° um den Körper. Alle 3° wird eine Messung vorgenommen,
es gibt also insgesamt 120 Messungen pro jede ganze Rotation um den zu
untersuchenden Körper.
Abb.13: Zwei-Kopf Gammakamera In jedem einzelnen Winkelschritt werden zweidimensionale Schnittbilder erzeugt. Je
kleiner der Abstand zwischen Gammakamera und Strahlungsquelle ist, desto höher
ist die Auflösung der Bilder. Am Ende einer Untersuchung erhält man Schnittbilder
von verschiedenen Winkeln des Körpers, die mit Hilfe eines Computers zu einem
dreidimensionalen Bild zusammengesetzt werden.
Da der Rotationsradius verändert werden kann, muss manchmal die Auflösung
angepasst werden. Meistens wird jedoch eine Matrix von 128 x 128 und eine
Pixelgröße und Schichtdicke von 2,1 mm verwendet.
(vgl. Lit.14,S.31; Lit.9,S.31, Lit.2,S.17; Lit.8,S.27)
2.5 Vergleich beider Bildgebungsmethoden PET-Geräte haben aufgrund der Ringform im Vergleich zum SPECT eine kleinere
Detektoroberfläche, welche Photonen registriert. Dies hat zur Folge, dass sie weniger
-Quanten reagieren. Deswegen können nur Nuklide mit einer relativ
hohen Energie verwendet werden. Diese Kriterien erfüllen die ß+-Strahler, welche im
Zyklotron hergestellt werden.
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SPECT-Geräte haben dagegen eine große Detektoroberfläche, welche sensibler
reagiert. Somit können Strahlen mit niedrigerer Energie verwendet werden. Ein
Beispiel hier für sind Nuklide, welche im Generator hergestellt werden -
Strahler mit einer Energie zwischen 100 keV und 250 keV. Aus diesem Grund wird
auch oft von SPECT-Radiopharmaka, bzw. PET-Radiopharmaka gesprochen.
PET SPECT Ringförmig angeordnete Gammakammaras
höhere Auflösung insgesamt hohe Empfindlichkeit
Nur 2-3 Gammakameras auf einem Kreisbogen
niedrigere Auflösung niedrige Empfindlichkeit
Verwendete Radionuklide: 18F, 11C, 13N und 15O, im Zyklotron hergestellt +-Strahler
können leicht hergestellt werden, da sie Isotope der Elemente F,C,N und O sind
Halbwertzeit sehr kurz (-110 min), deswegen muss ein Zyklotron in der Klinik vorhanden sein
Da Halbwertzeit niedrig, keine so hohe Strahlenbelastung für den Patienten
Nuklide kann der Körper nicht von ihren nichtradioaktiven Pedanten unterscheiden, wodurch kein Problem in der Aufnahme des Radiopharmakons entsteht
123I im Zyklotron und 99mTc im Generator hergestellt -Strahler
Herstellungsverfahren aufwendiger
Halbwertszeit relativ hoch (-78h), Nuklide können von weiter weg angeliefert werden
Höhere Strahlenbelastung für den Patienten
Aufnahme des Radiopharmakons
bereitet auch hier keine Schwierigkeiten, da es der Körper nicht als Fremdmolekül erkennt
Herstellung extrem teuer, PET-Untersuchungskosten können bis
Herstellung billiger, wobei Ausbeute beim Herauseluieren des radioaktiven Tochterisotop gering ist und somit aufwändiger
Kurze Untersuchungszeit, da man wegen der hohen Zerfallsrate in kurzer Zeit viele Ergebnisse bekommt
Längere Untersuchungszeit, da neben der niedrigeren Zerfallsrate auch nur 2-3 Gammakameras verwendet werden
Man benötigt nur eine geringe Menge vom radioaktiven Radiopharmakon
Eine größere Menge vom Radiopharmakon wird benötigt, da die Strahlenenergie niedriger ist.
Im Laufe der Zeit hat sich weitestgehend das PET durchgesetzt, da es eine sehr gute
Auflösung hat und es somit dem Arzt erleichtert wird, eine genauere Auskunft über
Krankheiten, bzw. Tumore geben zu können.
(vgl. Lit.12,S.26; Lit.7,S.11; Lit.2,S.19; Int.12,S.3)
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3.Radiopharmaka Um das radioaktive Atom in den Körper einzuschleusen, muss man das Isotop an ein
biologisch aktives Molekül (Pharmakon) anhängen, welches der Körper dann nicht
als ein Fremdmolekül wahrnimmt und somit nicht abstößt. Ein Pharmakon ist
sozusagen das Transportmittel des Isotops.
Die Radiopharmaka werden dann im Körper von den verschiedenen Organen mehr
oder weniger im Stoffwechsel aufgenommen, dadurch lassen sich die Organe durch
hell-dunkel Kontraste bildlich darstellen. Die unterschiedlichen Schwarz-Weiß-Töne
werden zum Schluss mit Farben versehen, um einen bessere Differenzierung der
Organe zu bekommen.
3.1 Herstellung 3.1.1 Grundlagen Es gibt zwei Prinzipien, wie ein Radiopharmakon hergestellt werden kann, und zwar
durch Synthese oder durch Bildung von Komplexverbindungen. (vgl. Lit.13)
Allgemein gilt: Isotop + Pharmakon Radiopharmakon
RPh
3.1.2 Synthese Im Grundprinzip wird ein Radiopharmakon durch Synthese eines geeigneten
Transportmoleküls/Pharmakon mit einem radioaktiven Isotop hergestellt. Bei der
Synthese wird eine funktionelle Gruppe des Pharmakons (z.B. OH-Gruppe der
Glucose) mit einem PET-Radioisotop (z.B. 18F) ausgetauscht (Abb.14).
Dieser Austausch beruht auf dem Prinzip der nukleophilen Substitution.
Abb.14:Herstellung des Radiopharmakons durch Synthese
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Nukleophile Substitution am Beispiel von 18F-FDG (2-Desoxy-2-[18F]flour-D-glucose),
welches z.B. bei der Diagnostik von Tumoren im Gehirn häufig verwendet wird.
Überblick: 1. Herstellung des radioaktiven Isotops, welches an ein Molekülrest
gebunden ist
2. Abtrennen des Isotops vom Restmolekül durch Ionenaustauscher
3. Isotop vom Ionenaustauscher lösen und trocknen
4. Bei nukleophiler Substitution Austausch einer Abgangsgruppe mit
Isotop
5. Hydrolyse der Acetyl-Schutzgruppen
6. Chromatrographische Trennung der Schutzgruppen vom 18F-FDG
Genauere Beschreibung:
Das radioaktive 18F wird im Zyklotron herstellt, indem ein Wassermolekül, welches
zusätzlich ein angereichertes Sauerstoffatom (18O-H2O) besitzt, mit Protonen
beschossen wird. Es kommt zu einer Kernreaktion, in der ein Teil des angereicherten
Sauerstoffatoms (18O) unter Aufnahme eines Protons und Abgabe eines Neutrons
sich in das radioaktive 18F umwandelt: 18O (p,n) 18F.
Nun wird das 18F vom H2O durch einen Ionenaustauscher abgetrennt. Danach wird
das 18F mithilfe von Kryptofix222 reaktiver gemacht, mit Kaliumcarbonat vom
Ionenaustauscher gelöst und schließlich mit Acetonitril azeotropisch getrocknet. Das
herausgelöste 18F kann nun weiterverarbeitet werden.
Abb.15: Kryptofix222 Abb.16: Acetonitril In der nun eigentlich nukleophilen Substitution wird das radioaktive 18F mit einer
leicht zu entfernenden Abgangsgruppe ausgetauscht. Als Austauscher wird eine
Triflatgruppe (-OSO2CF3) verwendet, die in Form von 1,3,4,6-O-Acetyl-2-O-
trifluormethansulfonyl- -D-mannopyranose (kurz: acetylgeschütztes Mannose-Triflat)
vorliegt.
Wenn nun das radioaktive 18F mit der Triflatgruppe ausgetauscht wurde, wird eine
starke Säure (HCl) oder starke Base (NaOH) dazugegeben, um die Acetyl-
Schutzgruppen durch Hydrolyse von dem Mannose-Triflat zu entfernen (Abb.17).
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Abb.17: Synthese des acetylgeschütztes Mannose-Triflat mit 18F
Nun wird nur noch das Gemisch aus 18FDG und den Acetylgruppen
getrennt, indem man das Produnkt in Wasser löst und durch ein HPLC (High
Performance Liquid Chromatographie) laufen lässt. Dieses Verfahren ist eine
Flüssigchromatographie. Vom Prinzip her funktioniert die HPLC genauso wie ein
chromatographisches Trennverfahren.
Nach dem Reinigungsverfahren bleib nun das 18F-FDG übrig, welches als Derivat der
Glucose vorliegt, bei der eine OH-Gruppe mit einem radioaktiven 18F ausgetauscht
wurde. (vgl. Lit.7,S.13/14; Int.13,S.5/6; Int.14,S.35-39)
Weitere Syntheseprodukte der neuronalen Nuklearmedizin:
- Neben 18F werden in der Hirndiagnostik auch sehr häufig 123I
synthetisierte Radiopharmaka verwendet
- Außer der Glucose werden auch Aminosäuren als Transportmolekül verwendet
(z.B. 18F-FET)
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3.1.3 Komplexverbindungen In der Nuklearmedizin werden neben der 18FDG auch Technetiumverbindungen für
die Diagnostik im Gehirn verwendet.
Die Technetium-Radiopharmaka werden mithilfe von Komplexbildungen hergestellt.
Übersicht: 1. Herstellen des Isotops,
2. Isotop-Molekül mit Kit mischen
3. Reduktion des Anions
4. Stabilisierung durch Komplexliganden
Genauere Beschreibung:
Zuerst muss das radioaktive 99mTc in einem Generator hergestellt werden. Hierbei
zerfällt das instabile Mutterisotop 99Mo in das Tochterisotop 99mTc, welches dann
heraus eluiert wird.
Das Isotop 99mTc liegt aber in Form von Natriumpertechnetat (Na99mTcO4) vor. Das
Technetium des Pertechnetatanion (99mTcO4-) besitzt die Oxidationsstufe +7 (Abb.18)
Abb.18: Pertechnetatanion Nun wird das radioaktive Natriumpertechetat mit einem nicht radioaktiven Molekül,
auch als Kit bezeichnet, verbunden. Ein Kit besitzt alle Komponenten, welche für die
Reaktion benötigt werden. Ein Molekülteil des Kits ist ein Reduktionsmittel, meistens
wird Zinn(II)-chlorid (SnCl2) dafür verwendet.
Das SnCl2 reduziert das 99mTcO4-, indem es Elektronen abgibt. Die Oxidationsstufe
des Pertechnetatanion ändert sich somit von +7 auf +5. Da dies instabil ist, wird es
nun durch Komplexliganden des Kits stabilisiert.
Ox: 99mTcO4
- + 6 H3O+ + 3e- 2+ + 9 H2O /· 2 Red: Sn2+ 4+ + 2e- /· 3 Redox: 2 TcO4
- + 3 Sn2+ + 12 H3O+ 2 TcO2+ + 3 Sn4+ + 18 H2O Stabilisierung: 99mTcO2+ + Ligand 99mTc-Ligand + ½ O2
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Es entsteht somit ein Radiopharmakon (Komplexverbindung), welches ein
radioaktives Molekülteil, das 99mTc, und ein Transportmolekül, den Komplexliganden,
besitzt.
Das Pertechnatatanion kann aber auch durch verschiedene Reduktionsmittel und
geeigneten Komplexliganden bis auf Stufe +1 reduziert und stabilisiert werden.
Die in der Nuklearmedizin verwendeten Komplexliganden sind unter Kapitel 3.2.
aufgeführt und werden noch genauer beschrieben.
(vgl. Lit.13,S.5; Lit.8,S.87; Int.11,S.10)
3.2 Wichtigste Radiopharmaka der Hirnuntersuchung und ihre Molekularstruktur Man kann in verschiedenen Bereichen des Gehirns mit Radiopharmaka
unterschiedliche Krankheiten und Defekte nachweisen.
Einmal lässt sich der Blutfluss, in der Fachsprache Perfusion genannt, untersuchen.
Dann kann man die Funktionalität der Synapsen und alle daran beteiligten Vorgänge
prüfen. Als letztes lassen sich genauere Angaben über den Glucose-Stoffwechsel im
Gehirn machen.
Die einzelnen Bereiche werden in den Unterkapiteln von 3.2 und 3.3 genauer
beschrieben. Weiterhin wird näher darauf eingegangen, welche Krankheiten und
Defekte mit welchen Radiopharmaka nachgewiesen werden können.
(vgl. Lit.8,S.247,236; Int.15,S.2)
3.2.1 Radiopharmaka für die Blutfluss-Wiederspiegelung
In der Praxis werden fast ausschließlich 99mTc synthetisierte Radiopharmaka für die
Perfusion(Blutfluss)-Wiederspieglung verwendet, da sie dafür sehr gut geeignete
kinetische Eigenschaften besitzen, wie z.B. die Lipophilie.
Mit diesen SPECT-Radiopharmaka können z.B. Demenz, Zerebrovaskuläre
Erkrankung, Epilepsien, Basalganglienerkrankungen und Hirntod nachgewiesen
werden. (vgl. Lit.8,S.247; Lit.12,S.9; Lit.1,S.4)
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In der neuronalen Nuklearmedizin werden hauptsächlich 99mTc-ECD (Abb.19) und 99mTc-HMPAO verwendetet (Abb.20)
Abb.19: 99mTc-ECD Abb.20: 99mTc-HMPAO (99mTc-Ethylcysteinat-Dimmer) (99mTc-Hexamethylpropylenaminooxim) Es gibt kaum Unterschiede zwischen den beiden Radiopharmaka, deswegen sind sie
gleichermaßen in der Praxis vorzufinden.
3.2.2 Radiopharmaka für den Funktionsnachweis der
chemischen Synapsen Für die Untersuchung der chemischen Synapsen werden sowohl SPECT-
Radiopharmaka, als auch PET-Radiopharmaka verwendet (Abb. 21-24).
Es haben sich 99mTc-TRODAT-1, 123I-IBZM, 123I-CIT und 18F-DOPA in der Praxis
etabliert. (vgl. Lit.4,S.15)
Mit diesen Radiopharmaka können z.B. Morbus Parkinson, Schizophrenie,
Depressionen, und ADHS nachgewiesen werden, indem Tracer verwendet werden,
die in die Nervenzellen und somit auch in den Synaptische Spalt gelangen können
und dort Strahlen abgeben.
(vgl. Lit.4,S.7-14)
Abb.21: 99mTc-TRODAT-1 Abb.22: 123I-IBZM (99mT-chlorophenyl-dimethyl-azabicyclo (123I-Benzamid)mercaptoethyl-diamino- -thiolato)
- 22 -
Abb.23: 123I-FP-CIT Abb.24: 18F-DOPA (123I-Ioflupan) (18F-L-Dihydroxyphenylalanin) Die einzelnen Radiopharmaka haben verschiedene Auswirkungen auf die Synapsen,
welche hier aufgeführt werden und in Kapitel 3.3.2., Abb.29 nochmals verbildlicht.
123I-IBZM: Dopamin-D2-Rezeptor-Antagonist
Darstellung der postsynaptischen D2-Rezeptoren. 99mTc-TRODAT-1 und 123I-FP-CIT:
DTA-Antagonisten
Darstellung der Dopamintransporter 18F-DOPA: Dopamin-Synthese-Antagonist
Darstellung der Dopamin-Synthese
(vgl. Lit.8,S.242/86, Lit.3,S.36)
3.2.3 Radiopharmaka für die Glucosemetabolismus- Wiederspiegelung
In Hirnuntersuchungen wird für die Glucosemetabolismus-Wiederspiegelung vor
allem 18F-FDG und 18F-FET verwendet, dagegen eher selten im Gebrauch 18F MET
und 18F-DOPA.
Mit diesen PET-Radiopharmaka lassen sich z.B. Tumore, Entzündungen, Demenzen
und Epilepsien nachweisen. (vgl. Lit.8,S.247)
- 23 -
Abb.25: 18F-FDG Abb.26: 18F-FET ([18F]-Flourodeoxyglucose) ([18F]-Flouroethyltyrosin) 18F-FDG: Glucosestoffwechsel, für hochgradige Gliome (III-IV) geeignet, da sehr
präzise Angaben darüber gemacht werden können. Bei niedriggradigen
Gliomen (I-II) kann keine sichere Auskunft über Existenz oder nicht
gemacht werden. 18F-FET: markierte Aminosäure zur Darstellung der Proteinsynthese, gibt genauere
Auskunft über Gliom-Grad.
(vgl. Lit.16,S.74)
Die Unterteilung der Tumorarten verdeutlicht Tabelle x
WHO-Grad Tumor-Dignität Prognose, Überlebenszeit
Grad I gutartig, langsames Tumorwachstum sehr gute Prognose 5-50 Jahre
Grad II noch gutartig, aber erhöhte Neigung zur Rezidivbildung, Übergang in bösartige Tumoren möglich
gute Prognose 3-5 Jahre
Grad III bereits bösartig, nach der Operation sind Strahlen- und/oder Chemotherapie notwendig
schlechte Prognose 2-3 Jahre
Grad IV sehr bösartig, rasches Tumorwachstum, nach der Operation sind Strahlen- und/oder Chemotherapie notwendig
schlechteste Prognose 6 Monate bis 2 Monate
Tab.5: WHO-Gardierung von Tumoren des Nervenzentrums und Prognose
- 24 -
3.3 Wechselwirkung im Körper Die Radiopharmaka werden im Körper größtenteils verarbeitet, der Rest, der nicht im
Stoffwechsel aufgenommen wird, wird in seiner Ursprungsform wieder aus dem
Körper gewaschen. Dies geschieht innerhalb weniger Minuten.
3.3.1 Perfusion Die Radiopharmaka, welche die Perfusion im Gehirn wiederspiegeln sollen, werden
in das Blut aufgenommen und liegen dort lyophil vor, dadurch wird die Überwindung
der Blut-Hirn-Schranke möglich. Im Gehirn werden sie durch Enzyme in hydrophile
und lipophile Molekülteile gespalten. Der lipophile Teil wird innerhalb von ein paar
Minuten ausgewaschen. Der hydrophile Teil, an dem das radioaktive Isotop
gebunden ist, kann die Blut-Hirn-Schranke nicht mehr überwinden und ist somit im
Gehirn gefangen und repräsentiert die Blutverteilung im Gehirn. Mit einem SPECT-
Gerät lässt sich dies verbildlichen.
(vgl. Lit.6,S.131; Lit.14,S.14)
Um eine Einblick in die komplexe Anatomie des Gehirns zu bekommen wird in
Abb.27 der Blutfluss im Gehirn gezeigt.
Abb.27: Blutversorgung des Gehirns
- 25 -
3.3.2 Synapsen Um die Funktionalität der Synapsen und alle daran beteiligten Vorgängen zu prüfen,
benötigt man Radiopharmaka, die in die Nervenzelle und den synaptischen Spalt
eindringen können.
Eine chemische Synapse besteht aus einem prä- und einem postsynaptischen Teil
und dem synaptischen Spalt.
Dopamin (Protein) ist ein lebenswichtiger Neurotransmitter, welcher für die
Weiterleitung von Reizen im synaptischen Spalt eine wichtige Rolle spielt. (Abb. 28)
eine Depolarisation
der präsynaptischen Nervenendigung bewirkt, veranlasst die Ausschüttung des
Transmitters Dopamin aus den präsynaptischen Vesikeln in den synaptischen Spalt.
Nach Diffusion des Dopamins zu spezifischen postsynaptischen Rezeptoren und der
anschließenden Bindung an der Rezeptormembran werden in der postsynaptischen
Zelle Ionenkanäle geöffnet. Der dadurch entstehende Ionenfluss bewirkt eine
Veränderung des Membranpotentials, wodurch nun der Reiz weitergeleitet werden
(siehe Lit.4,S.5; vgl. Int.16)
Nach der Reizüberleitung durch das Protein muss der Dopaminspeicher wieder
aufgefüllt werden, dies geschieht über Diffusion, enzymatischem Abbau und vor
allem aber über die Wiederaufnahme mithilfe von Transportsysthemen. Eines der
wichtigsten Transportsystheme ist der Dopamintransporter (DTA).
Der Dopamintransporter sorgt für den Rücktransport des Dopamins nach der
Reizweiterleitung und somit auch für die Reduktion der Dopaminkonzentration auf
den Ursprungswert im synaptischen Spalt (Abb.28). (vgl. Lit.4,S.4)
- 26 -
Abb.28: chemische Synapse Abb.29: chemische Synapse mit Radiopharmaka
Wirkungsweise der Radiopharmaka am Beispiel des 99mTc-TRODAT-1, welches
hervorragende kinetische Eigenschaften besitzt:
- lipophil
- geringes Molekulargewicht
- hohe Bindungsaffinität 99mTc-TRODAT-1 ist sehr gut geeignet für die Hirnuntersuchung im Bezug auf
Reizübertragung in chemischen Synapsen. Es wurde erst kürzlich entdeckt und
getestet.
Dieses SPECT-Radiopharmakon dient der Untersuchung des Dopamintransporters
(DTA) im synaptischen Spalt.
Das DTA kann vom Radiopharmakon leicht angegriffen werden, welches sich dort
anlagert und es somit zu keiner Bindung mehr zwischen Dopamin und DTA kommt.
Der Dopamintransporter ist durch die Anlagerung nicht mehr in der Lage, in den
präsynaptischen Teil zurückzukehren und ist somit mit dem gebundenen
Radiopharmakon im synaptischen Spalt gefangen. Nun stahlt das radioaktive Isotop
Positronen aus, um in einen stabilen Zustand zu gelangen (Abb.29)
(vgl. Lit.4,S.25ff)
- 27 -
Bei pathologischen Veränderungen kann es zum Abfall oder Anstieg der
Dopmantransporter-Dichte kommen. Dies kann mit Radiopharmaka, wie z.B. 99mTc-
TRODAT-1 oder 123I-FP-CIT nachgewiesen werden. Weiterhin kann die Dopamin-
Synthese eingeschränkt sein, was sich mit 18F-DOPA überprüfen lässt. Außerdem
kann eine veränderte Rezeptor-Dichte die Ursache für Defekte oder Krankheiten
sein, welche mit 123I-IMBZ nachgewiesen werden können.
Abfall oder Anstieg der Dichte ist je nach Krankheit oder Defekt unterschiedlich.
Liegen pathologische Veränderungen im Gehirn vor, so lässt sich mithilfe eines
SPECT- oder PET-Gerätes eine erhöhte oder erniedrigte Bindung der
Radiopharmaka an die Dopamintransporter, -rezeptoren und -synthese feststellen
und somit eine veränderte Strahlungsintensität im Gehirn im Vergleich zu gesunden
Menschen nachweisen. (vgl. Lit.4,S.4; Lit.8,S.242; Lit.10,S.32-44, Lit.8,S.89/242)
3.3.3 Tumor Der Körper benötigt Energie, die er sich über Kohlenhydrate in Form von Glucose
holt. Die Glucose wird dann durch Transporterproteine in die Zellen transportiert, wo
sie in der Hexokinase zu Glucose-6-Phosphat umgewandelt wird und somit in der
Zelle gefangen ist. Im nächsten Schritt, der Glykolyse, wird dann die Glucose (C6) in
Energie umgewandelt.
18F-FDG, welches sich wie Glucose verhält, wird zwar in der Zelle bei der
Hexokinase phosphoryliert, kann aber in der Glykolyse nicht weiter verarbeitet
werden. Das radioaktive FDG-6-Phosphat ist somit in der Zelle gefangen, in der nun
das 18F in einen stabilen Zustand übergeht, indem es Strahlen (Positronen)
genannt (Abb.29)
- 28 -
Abb.30: Glucose- und 18F-FDG-Metabolismus Tumorzellen weisen einen erhöhten Glucosebedarf auf. Gelangt nun 18F-FDG in ein
Gehirn mit einem Tumor, kann eine erhöhte Strahlungsintensität im Bereich des
Tumors mit einem PET-Gerät nachgewiesen werden.
(vgl. Lit.2,S.14; Lit.7,S.12/13; Lit.15,S.7, Int.3)
- 29 -
4. Untersuchung eines Patienten 4.1 Allgemein 4.1.1. Vorbereitung des Patienten Vor der Untersuchung:
Beim Gespräch mit dem Arzt vor der Untersuchung sollte sicher gestellt werden,
dass Frauen nicht schwanger sind, da in so einem Fall anderen Richtlinien laut
Strahlenschutzgesetz gelten.
Es sollte überprüft werden, ob Klaustrophobie (=Platzangst) vorliegt, da ansonsten
besonderen Maßnahmen getroffen werden müssen. Eine Möglichkeit ist den
Patienten Beruhigungsmittel zu geben oder ihn in Narkose zu versetzen.
Falls vorhanden, sollten Anamnesen (frühere Untersuchungen und deren
Ergebnisse) vorgelegt werden, um ein genaueres Bild über den Patienten zu
bekommen. Weiterhin sollte die Methodik der Untersuchung dem Patienten erklärt
werden und darauf aufmerksam gemacht werden, dass es zu einer geringen
Strahlenbelastung kommt.
Außerdem sollte der Patient 6 Stunden vor der Untersuchung nüchtern bleiben. Alle
Metallgegenstände müssen abgelegt werden und es wird dem Patienten empfohlen
vor der Untersuchung seine Blase zu entleeren.
Bei der Untersuchung:
Der Patient sollte im abgedunkelten Raum bequem und ohne sich groß bewegen zu
müssen bis zu maximal 1,5 Stunden liegen können, da eine Positionsänderung der
Person eine Verfälschung des Bildes mit sich zieht. Weiterhin sollte der zu
untersuchende Körperteil leicht fixiert werden.
Um eine erhöhte muskuläre Aufnahme des Radiopharmakons zur vermeiden, sollte
der Patient still liegen und nicht reden. Außerdem sollte dem Patienten aufgrund des
hohen Lärmpegels ein Hörschutz aufgesetzt werden.
Zuletzt wird ein intravenöser Zugang in den Arm gelegt und das in Kochsalzlösung
gelöste Radiopharmakon hinein gespritzt (maximal 5ml). Um sicher zu gehen, dass
der Patient nicht allergisch auf das Radiopharmakon reagiert, muss er die ersten
paar Minuten genau beobachtet werden. Kommt es zu einer allergischen Reaktion,
muss die Untersuchung sofort abgebrochen werden.
- 30 -
4.1.2. Qualitätskontrolle des verwendeten Radiopharmakon Bevor das Radiopharmakon injiziert wird, muss es auf seine Qualität geprüft werden.
Als erstes muss die Strahlenintensität gemessen und notiert werden. Vor allem bei
SPECT-Radiopharmaka muss die Qualität geprüft werden, da sie im Laufe der Zeit
an Strahlungsaktivität verlieren. Ist die Intensität zu niedrig, kann das
Radiopharmakon nicht mehr verwendet werden, da es nicht mehr genügend Strahlen
aussendet, die das SPECT-Gerät registrieren kann.
Bei PET-Radiopharmaka besteht dieses Problem meist nicht, da sie vor Ort in der
Klinik hergestellt und dann sofort zur Untersuchung gebracht werden. SPECT-
Radiopharmaka können aufgrund ihrer hohen Halbwertszeit bis zu mehreren
Stunden in der Klinik lagern.
Als zweites muss die Reinheit des Radiopharmakons geprüft werden. Die Reinheit in
Prozent ist vom Radiopharmakon abhängig, z.B. muss HAMPAO über 80% und
ECD über 90% vorliegen.
4.1.3. Hauptuntersuchung mit Bildgebung Nachdem das Radiopharmakon injiziert wurde, sollte ca. eine halbe Stunde gewartet
werden, damit das Radiopharmakon vollständig in den zu untersuchenden Körperteil
gelangen kann. Die Wartezeit vor Beginn der Hauptuntersuchung kann variieren und
ist abhängig vom Radiopharmakon.
SPECT-Geräte müssen optimal eingestellt werden. Hierbei sollte ein möglichst
kleiner Abstand zum Körper und somit auch ein möglichst kleiner Rotationsradius
gewählt werden, um eine hohe Auflösung zu erhalten. Bei PET-Geräten lässt sich
der Radius nicht verändern.
Während der Untersuchung muss ein Untersuchungsprotokoll angelegt werden
(Tab.6).
- 31 -
Patientendaten
Untersuchungsdaten Arzt: Indikation:
ik:
/Radius:
Diagnose Therapie Bemerkungen Tab.6: Untersuchungsprotokoll
4.1.4. Bildüberarbeitung Während der Messung der Strahlen errechnet ein Computer die Daten und
visualisiert sie. Am Bildschirm werden dann die fertigen Bilder angezeigt, welche
noch überarbeiten werden müssen. Denn aufgrund von minimalen Bewegungen des
Patienten kommt es zu Verschiebungen der Bilder, die korrigiert werden müssen.
Außerdem werden die Bereiche bestimmt, welche eingefärbt werden sollen.
- 32 -
4.1.5. Datenanalyse Sind die Bilder überarbeitet, werden sie ausgedruckt und eine Kopie davon dem
Patienten mitgegeben. Weiterhin werden die Daten auf einer Datenbank für min. 3
Jahre gespeichert.
Nach der Untersuchung, wenn die Bilder vorliegen, wertet sie der zuständige Arzt
aus und bespricht mit dem Patienten das Ergebnis und den weiteren Verlauf der
Behandlung. (vgl. Lit.7,S.21; Int.17,18; KGH; SK)
- 33 -
4.2. Fallbeispiele Aufgrund des Datenschutzgesetztes dürfen keine persönlichen Daten, wie z.B.
Name, Wohnort, etc. veröffentlicht werden. Aus diesem Grund wird die Untersuchung
des Patienten mit Fallbeispiel x bezeichnet. Außer bei Forschungen, bzw.
Experimenten an Menschen werden manchmal Geschlecht und Alter angegeben,
weil diese Angaben wichtig für die Auswertung der Ergebnisse sind. Hierfür muss
jedoch die Einverständniserklärung der Untersuchungsperson eingeholt werden.
(vgl. KGH; SK)
Fallbeispiel 1: (vgl. Int.15)
Verdacht auf einen Hirntumor
Zuerst PET-Untersuchung mit 18F-FDG, da Gliomen-Grad unsicher ist.
Zweite Untersuchung mit 18F-FET, um genauere Angaben über Lage und Größe
zu bekommen.
Untersuchungsbilder:
Abb.31: PET Aufnahme, links mit 18F-FDG, rechts mit 18F-FET Diagnose: Tumor, Glioblastom (bösartiger Tumor, WHO-Grad IV)
- 34 -
Fallbeispiel 2: (vgl. Lit.4,S.53)
Verdacht auf Schizophrenie 123I-IBZM um die Dopamin-D2-Rezeptoren zu überprüfen.
Untersuchungsbilder:
Abb.32: SPECT Aufnahme, Abb.33: SPECT Aufnahme, gesunder Patient Patient mit Schizophrenie Diagnose: Schizophrenie Fallbeispiel 3: (vgl. Lit.4,S.50)
Diagnose von ADHS, darauf folgte eine Therapie mit Methylphenidat.
Danach erneute Untersuchung mit 99mTc-TRODAT-1, gleiche Menge und gleiches
Radiopharmaka wie bei der erster Untersuchung.
Untersuchungsbilder:
Abb.34: SPECT Aufnahme, Abb.35: SPECT Aufnahme nach Patient mit ADHS Methylphenidat-Therapie
Diagnose: Verbesserung der ADHS Krankheit.
Nach der Therapie verminderte spezifische Aufnahme des 99mTc-
TRODAT-1 und somit Nachweis einer Verminderung der
Dopamintransporter-Dichte. Menschen mit ADHS haben im Vergleich zu
gesunden Menschen eine erhöhte DTA-Dichte. (vgl. Lit.4,S.64)
- 35 -
Fallbeispiel 4: (vgl. Lit.12)
Verdacht auf Demenz
-Untersuchung mit 99mTc-HMPAO
Untersuchungsbilder:
Abb.36: SPECT-Aufnahme, Abb.37: SPECT-Aufnahme gesunder Patient Patient mit Alzheimer Diagnose: Demenz vom Alzheimer Typ Fallbeispiel 5: (vgl. Lit.17,S.40)
Verdacht auf Demenz 18F-FDG-PET, um den Blutfluss im Gehirn zu messen.
Untersuchungsbilder:
Abb.38: PET Aufnahme ohne Einfärbung, Patient mit Alzheimer Diagnose: Demenz, stark ausgeprägte Alzheimer Krankheit
- 36 -
5. Zusammenfassung Aufgrund der großen Bedeutung einer frühzeitigen Erkennung bösartiger
Erkrankungen, kann das PET und SPECT in Zukunft eine entscheidende Bedeutung
zukommen. In der Vergangenheit brachten diese bildgebenden Methoden bereits
viele neue Erkenntnisse in der Hirnforschung. Erkrankungen wie der "Morbus
Alzheimer", die "Parkinsonsche Krankheit", die "Chorea Huntington", die Epilepsie
oder auch Hirntumore wurden mit dem PET und SPECT in ihrem von der Norm
abweichenden Stoffwechselverhalten untersucht.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Medizin und ihre Forschung schon
sehr weit fortgeschritten sind, es aber immer noch Wissenslücken gibt, die erforscht
und beseitigt werden müssen, um dem Patienten eine möglichst erfolgreiche
Behandlung zu ermöglichen. Vielleicht wird es ja demnächst genauere Angaben oder
sogar Gegenmittel für bisher noch unheilbare Krankheiten geben, wie z.B. AIDS.
Diese Facharbeit sollte einen Einblick in die komplexe Materie der Medizin und ihre
Probleme geben. Weiterhin glaube ich, dass dieses Thema für jeden
naturwissenschaftlich Interessierten spannend ist, da es eine Vielfalt an Bereichen
erfasst. Es sind Themen der Technik, bzw. der Physik und der Chemie enthalten,
aber es wird auch auf die Medizin eingegangen, welche für viele Menschen ein Buch
mit vielen Fragezeichen ist. Dazu kommt der Bezug zur Realität durch die
Fallbeispiele.
Ich bin sehr glücklich, dieses Thema gewählt zu haben, da es sehr spannend war,
etwas Unbekanntes neu zu entdecken und zu verstehen.
Ich wünsche allen viel Spaß beim Lesen und hoffe, damit ein Interesse erwecken zu
können.
- 37 -
6. Quellen 6.1 Literaturverzeichnis
1. Asenbaum S; Power-Point-Presentation; Neuronuklearmedizinische
Untersuchungen; o.J.; Univ.-Klinik für Neurologie / Nuklearmedizin Wien
2. Bauerfeind M; Dissertation; Darstellung von radioaktiv markiertem
Radiodiagnostik und Tumortherapie sowie Untersuchungen zum Einsatz von
Aktivestern zur Darstellung von DOTA-Peptid-Konjugaten; 2006; Marburg an
der Lahn
3. Fischer S, Brinkbäumer K; Untersuchungsanleitungen für die
nuklearmedizinische Diagnostik bei Erwachsenen und Kindern; 2001; Verlag
Springer; o.O
4. Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-
/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.
5. Hellerbach H; Handout zum Kernphysikseminar; Positronen-Emissions-
Tomographie (PET); 2006; o.O.
6. Hermann H-J; Nuklearmedizin; 20045; Urban&FischerVerlag; o.O.
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FDG Positronen-Emissions-Tomographie Untersuchungen in der Onkologie;
2008; Donauwörth
8. Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084; Verlag
Thieme; o.O.
9. Makowski M.R; Dissertation; [123I]ADAM: Etablierung eines Mikro-SPECT-
Systems für die Darstellung eines innovativen Radioliganden zur
Untersuchung des serotonergen Systems sowie dessen erste präklinische
Evaluierung am Menschen; 2007; Ludwig-Maximilians-Universität München
10. Nikolaus S; Habilitationsschrift; Regulationsmechanismen der dopaminergen
Synapse In vivo Untersuchungen der Dopamintransporter und der Dopamin
D2-Rezeptoren im Striatum der Ratte mit der Methode der dedizierten
Kleintiertomographie; 2006; o.O.
- 38 -
11. Nolte E; Kernphysikalische Methoden in der interdisziplinären Forschung 2;
o.J.; Technische Universität München
12. Pirich C; Vorlesungsskript; Nuklearmedizin; 2006; medizinischen
Privatuniversität Paracelsus
13. Rutz W; Vorlesung; Radiochemie II; o.J.; KNuk Uni Rostock
14. Vollmar C; Dissertation; Bildfusion von MRT und ECD-SPECT Daten des
menschlichen Gehirns Entwicklung eines Modells zur Fehlerberechnung und
Vergleich manueller und automatischer Methoden; 2005; Ludwig-Maximilians-
Universität München
15. Zimmermann A.C; Dissertation; Diagnostik von Kopf-Hals Tumoren mittels
Positronen-Emissions-Tomographie durch O-(2[18F]Fluorethyl)-Tyrosin und 2-
[18F]Fluordeoxyglukose; 2007; o.O.
16. Buch: Schober O, Heindel W; PET-CT; 2008; Verlag Thieme; o.O.
17. Krause B.J; Vorlesung; Funktionelle Bildgebung mit derPositronen-Emissions-
Tomographie: Von der Kartierung kognitiver Prozesse bis zur in-vivo
Bildgebung vonAmyloid-Plaques bei der Alzheimer-Erkrankung; o.J.;
Universitätsklinikum Ulm
6.2 Internetquellen 1. http://www.nuklearmedizin.de/pat_info/pet_bro_06.pdf
2. http://psywifo.klinikum.uni-
muenchen.de/forschung/demenzforschung/dbild2.html
3. http://de.wikipedia.org/wiki/Positronen-Emissions-Tomographie
4. http://www.klein.uni-koeln.de/vorlesungen/bioanorganik/BioAnorg-Kap-6.pdf
5. http://wwwhep.physik.uni-freiburg.de/fp/Versuche/LHWZ/PDFs/Kapitel3.3-
Szintillationszaehler.pdf
6. http://de.wikipedia.org/wiki/Zyklotron
7. http://www.roro.muc.kobis.de/cgi-bin/card.php?ID=241
8. http://lexikon.meyers.de/meyers/Zyklotron
9. http://www.fz-juelich.de/inb/inb-4/Zyklotrone/
10. http://de.wikipedia.org/wiki/Technetium
11. http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Kapitel_02.pdf
12. http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Kapitel_01_02.pdf
- 39 -
13. http://www.mpin-
koeln.mpg.de/fileadmin/user_upload/Methoden_und_Technik/2.1.2.8.FDG-
Synthese.pdf
14. http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Handout_Studenten%20Kap3_Revised%20
19.02.08.pdf
15. http://nuk.klinikum.uni-muenchen.de/files/6-neurologie.pdf
16. http://www.neurobiologie.fu-berlin.de/menu/lectures-courses/winter-
0607/23%20800%20V/SynapseWiSe2006_2007.pdf
17. AWMF online - Leitlinien Nuklearmedizin FDG-PET-CT in der Onkologie
http://www.uni-duesseldorf.de/awmf/ll/031-028.htm
18. http://www.nuklearmedizin.de/publikationen/leitlinien/nuk_med_bild.php
6.3 Bildverzeichnis Abb.1: Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084; Verlag
Thieme: o.O.; S. 15.
Abb.2: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c1/PET-
schema.png/250px-PET-schema.png
Abb.3: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/22/PET-
detectorsystem.png/250px-PET-
Abb.4: Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084; Verlag
Thieme: o.O.; S. 29
Abb.5: http://www.klein.uni-koeln.de/vorlesungen/bioanorganik/BioAnorg-Kap-6.pdf
Abb.6:http://de.wikibooks.org/wiki/Datei:Gamma_Camera_Parallel_Hole_Collimator-
de.svg
Abb.7:http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Collimator.jpg&filetimestamp=2
0060520202613
Abb.8:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7e/Zyklotron_Schema.gif
Abb.9: Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084; Verlag
Thieme: o.O.; S. 90
Abb.10: Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084;
Verlag Thieme: o.O.; S. 85
Abb.11: http://de.wikipedia.org/wiki/Gallium-68-Generator
- 40 -
Abb.12: http://leifi.physik.uni-
muenchen.de/web_ph09_g8/umwelt_technik/10anwend_med/pet.htm
(links, mitte)
Abb.12: Knechtel D.M; Dissertation; Fehlermöglichkeiten bei der Beurteilung von
18F-FDG Positronen-Emissions-Tomographie Untersuchungen in der
Onkologie; 2008; Donauwörth; S.16
(rechts)
Abb.13:http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:SiemensEcamDuet.JPG&fileti
mestamp=20061201164229
Abb.14: http://www.nuklearmedizin.de/pat_info/ndtrbrosch/images/img_01.gif
Abb.15: http://www.chemblink.com/structures/23978-09-8.gif
Abb.16:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/Acetonitrile-
2D.png/110px-Acetonitrile-2D.png
Abb.17: http://www.biij.org/2006/4/e57/fig4.gif
Abb.18: http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Kapitel_02.pdf; S. 14
Abb.19:http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Handout_Studenten%20Kap5_Revised19.
02.08.pdf; S. 20
Abb.20: http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Kapitel_02.pdf; S. 15
Abb21: Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-/
Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 31
Abb.22: Nikolaus S; Habilitationsschrift; Regulationsmechanismen der dopaminergen
Synapse In vivo Untersuchungen der Dopamintransporter und der
Dopamin D2-Rezeptoren im Striatum der Ratte mit der Methode der
dedizierten Kleintiertomographie; 2006; o.O.; S. 120
Abb.23: Nikolaus S; Habilitationsschrift; Regulationsmechanismen der dopaminergen
Synapse In vivo Untersuchungen der Dopamintransporter und der
Dopamin D2-Rezeptoren im Striatum der Ratte mit der Methode der
dedizierten Kleintiertomographie; 2006; o.O.; S. 120
Abb24: Glaser C; Dissertation; Auswirkungen von Methylphenidat auf das
präsynaptische dopaminerge System bei jungen, männlichen Erwachsenen
mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätssyndrom: Eine 6-[18F]-Fluoro-L-
- 41 -
Dihydroxyphenylalanin Positronen-Emissions-Tomography Studie; 2007;
o.O.; S. 15
Abb.25: Zimmermann A.C; Dissertation; Diagnostik von Kopf-Hals Tumoren mittels
Positronen-Emissions-Tomographie durch O-(2[18F]Fluorethyl)-Tyrosin und
2-[18F]Fluordeoxyglukose; 2007; o.O.; S. 18
Abb.26: Zimmermann A.C; Dissertation; Diagnostik von Kopf-Hals Tumoren mittels
Positronen-Emissions-Tomographie durch O-(2[18F]Fluorethyl)-Tyrosin und
2-[18F]Fluordeoxyglukose; 2007; o.O.; S. 19
Abb.27: http://www.zeitanalysen.de/images2/gehirn.jpg
Abb.28: Pirich C; Vorlesungsskript; Nuklearmedizin; 2006; medizinischen
Privatuniversität Paracelsus; S. 36
Abb.29: Kuwert T, Grünwald F, Haberkorn U, Krause T; Nuklearmedizin; 20084;
Verlag Thieme: o.O.; S. 242
Abb.30: http://zrw.web.psi.ch/lectures/files/Kapitel_03.pdf, S. 33
Abb.31: http://nuk.klinikum.uni-muenchen.de/files/6-neurologie.pdf; S. 15
Abb.32: Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-
/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 53
Abb.33: Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-
/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 53
Abb.34: Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-
/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 50
Abb.35: Fougère C.J; Dissertation; [99mTc]TRODAT-1: Szintigraphische Darstellung
des Dopamintransporters im Gehirn bei gesunden Kontrollen, Patienten mit
schizophrenen Störungen und Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-
/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 50
Abb.36: Pirich C; Vorlesungsskript; Nuklearmedizin; 2006; medizinischen
Privatuniversität Paracelsus; S. 24
- 42 -
Abb.37: Pirich C; Vorlesungsskript; Nuklearmedizin; 2006; medizinischen
Privatuniversität Paracelsus; S. 24
Abb.38: Krause B.J; Vorlesung; Funktionelle Bildgebung mit der Positronen-
Emissions-Tomographie: Von der Kartierung kognitiver Prozesse bis zur in-
vivo Bildgebung von Amyloid-Plaques bei der Alzheimer-Erkrankung; o.J.;
Universitätsklinikum Ulm; S. 40
6.4 Tabellenverzeichnis Tab.1: http://www.klein.uni-koeln.de/vorlesungen/bioanorganik/BioAnorg-Kap-6.pdf;
S.3 und
Krause B.J; Vorlesung; Funktionelle Bildgebung mit derPositronen-Emissions-
Tomographie: Von der Kartierung kognitiver Prozesse bis zur in-vivo
Bildgebung vonAmyloid-Plaques bei der Alzheimer-Erkrankung; o.J.;
Universitätsklinikum Ulm; S. 9
Tab.2:http://de.wikibooks.org/wiki/Physikalische_Grundlagen_der_Nuklearmedizin/_S
zintillationsz%C3%A4hler
Tab.3: Krause B.J; Vorlesung; Funktionelle Bildgebung mit derPositronen-Emissions-
Tomographie: Von der Kartierung kognitiver Prozesse bis zur in-vivo
Bildgebung vonAmyloid-Plaques bei der Alzheimer-Erkrankung; o.J.;
Universitätsklinikum Ulm; S. 9 und
http://www.pharmazeutische-zeitung.de/fileadmin/pza/2003-17/pharm2.htm
Tab.4: http://www.klein.uni-koeln.de/vorlesungen/bioanorganik/BioAnorg-Kap-6.pdf;
S. 9
Tab.5:http://www.krebshilfe.de/fileadmin/Inhalte/Downloads/PDFs/Blaue_Ratgeber/0
08_hirn.pdf; S. 18 und
http://de.wikipedia.org/wiki/Hirntumor
Tab.6: Inhalt der Klinik Großhadern und des Krankenhaus Starnberg und
Knechtel D.M; Dissertation; Fehlermöglichkeiten bei der Beurteilung von 18F-
FDG Positronen-Emissions-Tomographie Untersuchungen in der Onkologie;
2008; Donauwörth; S. 22
- 43 -
7. Erklärung der Selbstständigkeit ohne fremde Hilfe angefertigt und nur die
Ort Datum Unterschrift des Schülers
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8. Anhang Abkürzungen:
KGH = Klinik Groß Hadern
SK = Starnberg Krankenhaus, Radiologie
Glossar: Onkologie: Untersuchungen bei Krebs
Kardiologie: Untersuchungen am Herz
Neurologie: Untersuchungen am Nervensystem
Radiopharmakon: einzahl
Radiopharmaka: mehrzahl
Dignität: Eigenschaften
Rezidivbildung: Neubildung
Demenz: Defizit in kognitiven, emotionalen und sozialen Fähigkeiten
Zerebrovaskuläre Erkrankung: Erkrankungen im Gehirn
Epilepsien: wird im Deutschen auch als Krampfleiden bezeichnet
Basalganglienerkrankungen: Störungen des extrapyramidalmotorisches System,
welches für die motorischen Fähigkeiten verantwortlich
ist.
Morbus Parkinson: langsam fortschreitende neurologische Erkrankung des
extrapyramidalmotorisches System
Schizophrenie: psychische Störungen
Depressionen: Zustand psychischer Niedergeschlagenheit
ADHS: Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung