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Einsatz von radioaktiver Strahlung in der Nuklearmedizin
F. Corminboeuf
Universitätsklinik für Nuklearmedizin,
Inselspital , Universitätsspital Bern
Einsatz von radioaktiver Strahlung in der Nuklearmedizin/ F. Corminboeuf 2
Universitätsklinik für Nuklearmedizin, Inselspital Bern
Nuklearmedizinaus Wikipedia:
Die Nuklearmedizin umfasst die Anwendung radioaktiver Substanzen und kernphysikalischer
Verfahren in der Medizin zur Funktions- und Lokalisations diagnostik sowie offener Radionuklide in der Therapie und den
Strahlenschutz mit seinen physikalischen, biologischen und medizinischen Grundlagen.
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Universitätsklinik für Nuklearmedizin, Inselspital Bern
Inhalt
• Definitionen und Geschichte
• Röntgen vs Nuklearmedizin
• Messeinheiten
• Strahlenschutz
• Definitionen und Geschichte
• Ablauf von Radioimmunotherapie
• Dosimetrie
• Radiojodtherapie
• Strahlenschutz
DIAGNOSTIK
THERAPIE
DIA
GN
OS
TIK
TH
ER
AP
IE
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• 1895 Roentgen: elektromagnetische Strahlen, die Materie durchdringen
• 1896 Becquerel: Radioaktivität
• 1898 Curie: Radium
• 1911 George de Hevesy: Tracerprinzip
• 1958 Hal Anger: Gamma Kamerafür Szintigraphische Abbildungen
Geschichte
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Geschichte
• 1973 Hounsfield: CT scanner.
• 1973 Phelps: PET scanner.
• 1998 Nutt & Townsend:
PET/CT scanner.
• 2000 – Time – PET/CT Invention of the year.
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Nuklearmedizin
Anwendung von Radiopharmaka am Menschen
Konventionelle
Nuklearmedizin
Konventionelle
Nuklearmedizin
Positronen
EmissionsTomographie
Positronen
EmissionsTomographie
TherapieTherapie
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Reichweite in Luft:
wenige cm
Reichweite in Luft:
mehrere Meter
Reichweite in Luft:
∞
Physikalische Eigenschaften unterschiedlicher Strahlenarten
Diagnostik
Therapie
Therapie
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Biomolekül
Medikament
Radionuklid
Radiopharmakon
Wie funktioniert Nuklearmedizin?
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Anwendung der Anwendung der RadiopharmakaRadiopharmaka
Organspezifität
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Fragestellungen
Durchblutung, Funktion, Tumor
Funktion, Abfluss
Durchblutung, Funktion, Abfluss, Tumor
Durchblutung, Entzündung, Tumor
Tc99m-ECD,Tc99m-HMPAO,J123-IBZM, J123-FP-CIT,F18-DOPA,C11-Racloprid,C11-MethioninJ123, Tc99m-PertechnetatTechnegas, Tc99mMAA
Tc99m-IDA, TC99m-Eigenerythrocyten, TC99m-DTPA, F18-FDG
Tc99m-Pertechnetat, F18-FDG
Tc99m-MAG3, Tc99m-DTPA, TC99m-DMSA, J123-Hippuran
F18-FDG
Tc99m-DPD, Tc99m-Antigranulocyt,
F18-FDG, F18-Fluorid
Durchblutung, FunktionTc99mMIBI, F18-FDG
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Untersuchungsprinzip mit Radiopharmaka
•Radiopharmazeutikum
– Wird appliziert
– Verteilt sich
– Nimmt an spezifischem Prozess teil
– Aufnahme: Aktivitätsverteilung
– Intensität der Anreicherung reflektiert
Aktivität des Prozesses
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Prinzip Röntgendiagnostik
RxRöhre
Film
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Prinzip Nuklearmedizinische Diagnostik
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Radiologie Nuklearmedizin
Morphologie Funktion
Dichteverteilung Verteilung des Radiopharmakon
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Gamma KameraGamma Kamera
PETPET--CTCT
Nuklearmedizinische Messeinheiten
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Gammakamera
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Na-J
od
id K
rista
ll
Ko
llimato
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Ele
ktro
nik
Lic
htle
iter
Wirkungsweise der Gamma-Kamera
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SPECT-CT Kamera
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Bildbeispiele verschiedenerUntersuchungen
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511 keV
511 keV
Positronium
ß+
Kern(Protonen, Neutronen)
Wie funktioniert PET?
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DetektionDetektion
Wie funktioniert PET?
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Koinzidenzen in PET.
S ~ f*A R ~A2 T ~ A
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Hybrid Kamera Systeme: Emission und X-Ray CT
Vorteile:
• Struktur und Metabolismus in einer Untersuchung („onestop shopping“)
CT ECT
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CT PET
Vorteile:
• Struktur und Metabolismus in einer Untersuchung („one
stop shopping“)
• Exakte Bildüberlagerung
Hybrid Kamera Systeme: Emission und X-Ray CT
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Beispiel PET/CT.
Anatomie (CT)Function (PET)Fusionnierte Bilder
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Warum ein PET/CT?
PET CT
Läsion?Mangel an anatomische Informationen.
PET / CT
Tumor on Th1
Keine Läsion.Mangel an physiologischeInformationen.
Hofmann et al.; MIT-Bern
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OPTIMIZED TREATMENT
PET/CTVOLUMEN DEFINITION
PET/CT GUIDED RADIOTHERAPY
PLANNING
[Senan et al. (2005), Crit Rev Oncol Hematol]
PET/CT und Strahlentherapie Planning
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� Abstand
� Abschirmung
� Aufenthaltsdauer
� Vermeidung von Kontamination
� Vermeidung von Inkorporation
Massnahmen zum Strahlenschutz
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Strahlenschutz
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Massnahmen zum Strahlenschutz
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Massnahmen zum Strahlenschutz
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Vermeidung der Kontamination
• Kontrollierte Zone
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Vermeidung der Kontamination
• Mit Handschuhe, Arbeitskittel und Strukturen
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Vermeidung der Kontamination
• Kontrolle der Abgabe fester und flüssige Abfälle
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Vermeidung der Kontamination
• Kontrolle der Oberfläche mit einem Kontaminationsmonitor
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Vermeidung der Inkorporation
• Trinken und essen in der kontrollierten Zone sind nicht gestattet.
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Vermeidung der Inkorporation
• Hand- Fuss- Schilddrüsenmonitor beim Ausgang der KZ (Auch um Kontamination zu vermeiden).
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• Natürliche Schweiz 2,8
• Natürliche Frankreich 3,1
• Natürliche Indien 11,1
• Niere 0,4
• Lungenembolie 1,3
• Skelett 3,2
• Leuko 3,4
• Hirn 4,7
• FDG-PET 7,4
• Herz 12,8
Strahlenexposition in mSv / Jahr
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Strahlenexposition
Fluggast: Transatlantik-Flug (2*10 h): 100 μμμμSv
Pflegepersonal
(2 h in 0,5 m Abstand): 30 μSv
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Strahlenschutzmassnahmen
• Abschirmung
• Abstand
• Aufenthaltsdauer
• Optimale Rö-Technik u. Einstellung
• Geringe Aktivität
• Kontaminationsschutz
• Inkorporationsschutz
Strahlenschutz ist eine Frage
des Gehirns, nicht von Blei.Aus: R.Sauer u. R.G. Müller: Radiologie
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Inhalt
• Definitionen und Geschichte
• Ablauf von Radioimmunotherapie
• Dosimetrie
• Radiojodtherapie
• Strahlenschutz
TH
ER
AP
IED
IAG
NO
ST
IK
• Definitionen und Geschichte• Röntgen vs Nuklearmedizin
• Messeinheiten• Strahlenschutz
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Radioimmuntherapie (RIT)
• Die Radioimmuntherapie ist eine neuartige Methode der Krebstherapie. Sie kombiniert die Wirksamkeit der Strahlentherapie mit der Selektivität der Immuntherapeutika (Radionuklidtherapie).
In der Radioimmuntherapie finden konjugierte RadiopharmakaAnwendung, die aus einem Antikörper und einem Radioisotopbestehen und somit eine Form des Drug Targetings darstellen. (Wikipedia)
90Y
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Anfänge der Radioimmuntherapie
1950BeierwaltesHasenantikörper-J131 bei Melanom
1967Spar Anti-human-fibrinogen AKVisualisierung von Tumoren
1970
Goldenbergradioaktiv
markiertes CEAVisualisierung
epithelialerMalignome
1997Rituximab bekommt als erster Monoklonaler AK
die FDA Zulassung für die Behandlung von Krebserkrankungen
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Radionuklide für RIT
~250μm63hβ+67Ga
564 hβ90Y
1,1161 hβ , γ177Lu
1,861 hβ , γ67Cu
1,18,0 dβ , γ131I
Range max [mm]ZefallszeitZerfallRadionuklide
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RIT: Verlauf einer Therapie
LDR FDG PET
nach Therapie5d p.i.
LDR FDG PET
Vor Therapie nach Therapie (anti CD 20, 131I)
Hofmann/Corminboeuf et al.; MIT-Bern
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Dosimetrie /Therapie
-In111-Zevalin: - gamma Strahler 170 KeV u. 245KeV- Halbwertzeit 2,8Tage
- Dosimetrie aber keine Therapie möglich
- Y90-Zevalin: - reiner beta Strahler- Abbildung nicht möglich
- Energie der beta peaks 2,3MeV u. 0,94MeV- Reichweite der beta Strahlen 5mm
- Halbwertzeit 2,7 Tage
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Technologie
• 2 Möglichkeiten einer Quantifizierung der Aktivität in den Organen zu erreichen.
SPECT Kamera
PET/CT
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Whole-Body scans
Anterior Posterior
Standard
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Dosimetrie Ganzkörperscans
30 min
Tag7
Tag2
Tag5
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Beispiel einer Dosimetrieberechnung
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MIRD Prinzip : Absorbed dose
τ∗∗=←St
SAD 0
A0 : Applizierte Aktivität [Bq].
St�S : Mitteldosis pro akkumulierte Aktivität
[Gy/Bq*s]
τ : Residenzzeit [s]
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MIRD Prinzip : Absorbed dose
• Residenzzeit ist
0A
A~
τ =
à : akkumulierte Aktivität im Quellenorgan [Bq * s] A0 : applizierte Aktivität [Bq].
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MIRD Prinzip : Absorbed dose
Akkumulierte Aktivität im Quellenorgan
0
0.005
0.01
0.015
0 3 11 19 26 34 41 49 56 64 71 79 86 94 101 109 116 124 131 139
Act
ivit
ät
[MB
q]
Zeit [h]
Akkumulierte Aktivität
24h
48h
120h
0.5h
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19671952
ET. Kocher
1. RJ-Th.
In der Schweiz
Horst, Zuerich
Seidlin
NY,
USA
19431872
1909
1.RJ-Th.
Bern
Rösler
Inselspital
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Radiojodtherapie
- stationär für 5-14 Tage
- Dosis 100-300 Gy an der Schilddrüse ���� Aktivität von 3.7 zu 11 GBq 131I- Dosisberechnung individuell nach Marinelli Formel
- Aus Strahlenschutzgründen darf der Patientdas Zimmer nicht verlassen
Aktivitätsmenge [MBq] = 25 x gewünschte Dosis [Gy] x Gewicht [g]
HWZ [d] x maximale Jodaufnahme [%]
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Reichweite 0,45mm
Aufgrundder nur geringen Reichweite keine Schädigung des umliegenden Gewebes
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� Spezielle abgeschirmte Zimmer
� Patient darf nicht sein Zimmer verlassen
� Aufenthaltsdauer
� Vermeidung von Inkorporation
� Kontrolle von fester und flüssiger Abfälle
Massnahmen zum Strahlenschutz
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Blick auf / von der Radiojodtherapiestation, Inselspital, Bern
Eiger Moench Jungfrau
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� Patient darf nicht sein Zimmer verlassen
� Die Dosisleistung in 1m Abstand vom
Patienten muss < 5 µµµµSV/h
� Der ganze Bereich ist als kontrollierte Zone definiert
Massnahmen zum Strahlenschutz
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Massnahmen zum Strahlenschutz
� Vermeidung von Inkorporation und Kontamination
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Massnahmen zum Strahlenschutz
� Kontrolle von fester und flüssiger Abfälle
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Abklinganlage
• Alle Abwasser vom Patienten und Bettenstation werden in einem speziellen Raum gesammelt und kontrolliert
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Abklinganlage
• Pro Woche darf das Inselspital max. 75 MBq 131I in der Kanalisation abgeben.