Inhaltsverzeichnis - s321201440.online.des321201440.online.de/tumlab/sconference/2009/facharbeiten/weber_mareike_cc.pdf · PET und SPECT sind Bildgebungsverfahren, die dreidimensionale

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

- 3 -

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.

- 4 -

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

- 5 -

-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)

- 6 -

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

-

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

- 7 -

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)

- 8 -

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

- 9 -

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

- 10 -

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.

- 11 -

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.

- 12 -

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

- 13 -

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)

- 14 -

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.

- 15 -

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)

- 16 -

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

- 17 -

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).

- 18 -

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)

- 19 -

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

- 20 -

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)

- 21 -

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.


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.


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


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.


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.

7. Knechtel D.M; Dissertation; Fehlermöglichkeiten bei der Beurteilung von 18F-

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


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



/Hyperaktivitätsstörungen; 2003; o.O.; S. 53















- 42 -



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-



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-



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

- 44 -

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

Documents

Inhaltsverzeichnis - s321201440.online.des321201440.online.de/tumlab/sconference/2009/facharbeiten/weber_mareike_cc.pdf · PET und SPECT sind Bildgebungsverfahren, die dreidimensionale