Positronenemissionstomographie/Computertomographie (PET-CT)

Die Positronenemissionstomographie/Computertomographie (PET-CT) ist ein kombiniertes nuklearmedizinisches (PET) und radiologisches (CT) bildgebendes Verfahren, bei dem das Verteilungsmuster radioaktiver Substanzen (Tracer) mithilfe der Schnittbildtechnik sehr genau lokalisiert werden kann. Die Integration der PET und der CT in einen Arbeitsgang ist ein bedeutender technischer Fortschritt, der erstmals im Jahre 2001 durch einen PET-CT-Scanner für den klinischen Alltag verfügbar wurde.

Die PET ist eine funktionsorientierte Untersuchung, bei der radioaktiv markierte Tracer in den Stoffwechsel bestimmter Zellen (z. B. Tumorzellen) eingeschleust und anschließend detektiert (mithilfe von Detektoren feststellen) werden. Die gleichzeitig durchgeführte CT-Untersuchung erlaubt es, die funktionell auffälligen Befunde der PET exakt anatomisch zuzuordnen. Dafür werden nach der Untersuchung die molekularen und morphologischen Bilddaten digital fusioniert, sodass eine verbesserte diagnostische Aussage erreicht wird. Die Auswertung erfolgt in der Regel interdisziplinär durch einen Nuklearmediziner sowie Radiologen.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die wichtigste Indikation für die Durchführung einer PET-CT sind Tumoren. In Abhängigkeit vom Tumorursprung werden unterschiedliche Radiopharmaka eingesetzt, sodass sich heutzutage nahezu alle Tumorarten mit Hilfe der PET darstellen lassen. Als Screening-Verfahren zur Tumorsuche ist die PET-CT nicht geeignet. Sie ist in der Klinik in folgenden Situationen relevant:

  • Staging von Tumoren: Die Anreicherung des Tracers in Tumoren im Vergleich zum normalen Gewebe sowie die hohe Ortsauflösung lassen die Darstellung sehr kleiner maligner Prozesse (z. B. Lymphknotenmetastasen) zu. Hinzu kommt auch die Möglichkeit einer Ganzkörperuntersuchung, sodass die Voraussetzungen für eine als Tumorstaging (Erfassung der Tumorausdehnung) geeignete Methode erfüllt sind.
  • CUP („cancer of unknown primary“): Beim CUP-Syndrom wird eine Metastase entdeckt, ohne dass der Ursprungstumor bekannt ist. Als mögliches Verfahren zur Suche nach dem Primärtumor bietet sich auch hier die PET-CT an.
  • Therapie-Stratifizierung während der Chemotherapie/Ermittlung des Therapieerfolges: Nach einer durchgeführten Chemo- oder Strahlentherapie kann mithilfe der PET-CT das Therapieansprechen des Tumors anhand seiner reduzierten (Therapieerfolg) bzw. gleichbleibenden/verstärkten (kein Therapieerfolg) Stoffwechselaktivität beurteilt werden.

Verschiedene Tumoren sind der PET-CT Diagnostik zugänglich:

  • Bronchialkarzinom (Lungenkrebs; bei primären nichtkleinzelligen und kleinzelligen Lungenkarzinomen) sowie bei solitären Lungenrundherden
  • Hodgkin-Lymphom – maligne Neoplasie (bösartige Neubildung) des lymphatischen Systems mit möglichen Befall weiterer Organe
  • Kolonkarzinom (Darmkrebs)
  • Kopf- und Halstumoren [PET-MRT gleichermaßen exakt]
  • Knochen- und Weichteiltumoren
  • Lymphome (u. a. zum  initialen Staging, ob ein Knochenmarkbefall vorliegt)
  • Mammakarzinom (Brustkrebs)
  • Malignes Melanom (schwarzer Hautkrebs)
  • Neuroendokrine Tumoren (NET) – Lokalisation: In Abhängigkeit von der Lokalisation werden unterschieden: das Bronchuskarzinoid, Thymuskarzinoid, Appendixkarzinoid, Ileumkarzinoid, Mastdarmkarzinoid, Duodenalkarzinoid sowie das Magenkarzinoid; ca. 80 Prozent der Tumoren sind im terminalen Ileum beziehungsweise Appendix lokalisiert.
  • Ösophaguskarzinom (Speiseröhrenkrebs)
  • Ovarialkarzinom (Eierstockkrebs)
  • Pankreaskarzinom (Bauchspeicheldrüsenkrebs)
  • Prostatakarzinom (Prostatakrebs)
  • Sarkom 
  • Schilddrüsenkarzinom (Schilddrüsenkrebs)
  • Tumoren des Skelettsystems

Ein anderes Indikationsgebiet für die PET-CT ist die Neuromedizin. Durch die Möglichkeit einer funktionellen Untersuchung der Hirnrezeptoren können degenerative Hirnerkrankungen bereits in einem frühen Stadium differentialdiagnostisch abgegrenzt werden:

  • Frühe Differentialdiagnose des Morbus Parkinson
  • Frühe Diagnose von Multisystemdegenerationen (Synonym: Multisystematrophien, MSA); diese werden auch als Multisystemdegeneration bezeichnet. Es sind Krankheitsbilder, bei denen sich verschiedene Strukturen und Systeme des Zentralen Nervensystems (ZNS) gleichzeitig zurückbilden. Es entsteht dadurch das Krankheitsbild eines Parkinson (sekundäre Parkinson-'Syndrome). Zu diesen Erkrankungen gehören: Shy-Drager-Syndrom; striatonigrale Degeneration; Steele-Richardson-Olszewski-Syndrom; Kombination der amyotrophischen Lateralsklerose (ALS) mit Demenz und Parkinson-Syndrom; olivopontozerebellare Atrophie
  • Früherkennung der Chorea Huntington (Synonyme: Chorea major (Huntington); Huntington-Chorea; Huntington-Krankheit; älterer Name: Veitstanz) – unheilbare vererbliche Erkrankung des Gehirns

Darüber hinaus wird die PET-CT auch für dynamische Untersuchungen wie Darstellung der Myokardperfusion (Durchblutung des Herzmuskels) oder Hirnperfusion verwendet:

  • Verlaufskontrolle bei Lysetherapie (medikamentöse Therapie zur Auflösung eines Blutgerinnsels) bei Zustand nach Apoplex (Schlaganfall)
  • Zerebrale Durchblutungsstörungen – zur Größendarstellung der Penumbra (als Penumbra (lat.: Halbschatten) bezeichnet man bei einem Hirninfarkt den Bereich, der unmittelbar an die zentrale Nekrosezone angrenzt und noch überlebensfähige Zellen enthält) und zur Ermittlung der Myokardvitalität z. B. nach Myokardinfarkt (Herzinfarkt).

Das PSMA(prostataspezifisches Membranantigen)-PET/CT kann gemäß der neuen S3-Leitlinie aus dem Jahre 2017 zur Rezidivdiagnostik des Prostatakarzinoms eingesetzt werden. Das Verfahren wird darüber hinaus auch bereits in der primären Staging-Untersuchung (wahrscheinlich weniger geeignet) und als Ersatz oder Zusatz der bei Risikopatienten notwendigen Knochenszintigraphie – vor Operation und Bestrahlung oder unter Therapie – eingesetzt. Man geht davon aus, dass die PSMA-PET-CT bei Prostatakarzinom sensitiver ist als die Skelettszintigraphie (Knochenszintigraphie).
Nach aktuellen Studien weist eine PSMA-PET-aktive Läsion nur zu maximal 67 % auch einen Tumor korrekt nach Lage und Anzahl nach; Knochenmetastasen  (Tochtergeschwülste einer Krebserkrankung) wurden mit dem Verfahren mit einer Spezifität (Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich Gesunde, die nicht an der betreffenden Erkrankung leiden, im Test auch als gesund erkannt werden) von 68,7-100 % (versus  60,8-96,1 % per Knochenszintigramm) nachgewiesen [6].
Beachte zur Differentialdiagnosik: Das PSMA-PET-CT weist auch folgende Erkrankungen nach; granulomatöse Erkrankungen wie Morbus Wegener, aktive Tuberkulose, Hämangiome, Morbus Paget, periphere Nervenscheidentumoren, Schwannome sowie Ganglien und fibröse Dysplasie.

Vor der Untersuchung

  • Bei Verwendung eines an Glucose gekoppelten Tracers (z. B. 18F-FDG) sollten die Patienten für mindestens 4-6 Stunden vor der Untersuchung nüchtern sein. Der Glucosespiegel im Serum wird kontrolliert und sollte 6,6mmol/l (120 mg/dl) nicht überschreiten.
  • Zur Darstellung des Abdomens bzw. Körperstamms ist im Rahmen der CT-Untersuchung eine Darmkontrastierung erforderlich. Dafür erhalten die Patienten 60 min vor Untersuchungsbeginn eine Trinklösung mit wasserlöslichem, jodhaltigem Kontrastmittel (z. B. 20 ml Gastrografin® in 750 ml Mineralwasser).
  • Vor der Untersuchung sollte die Harnblase entleert worden sein.
  • Zur optimalen Bildqualität und Vermeidung von Artefakten sollten die Patienten in der Vorbereitungsphase und während der Tracer-Applikation entspannt liegen und nicht frieren.
  • Die Kombination der PET und CT in einem Arbeitsgang erfordert außerdem eine exakte Festlegung des anatomischen Untersuchungsumfangs, der Patientenpositionierung sowie der gewünschten Schichtdicke für die CT.

Das Verfahren

Die Grundlage für die PET ist die Verfolgung von Molekülen im Körper des Patienten durch die Positronenemission mithilfe eines Positronenstrahlers. Die Detektion (Entdeckung) der Positronen beruht dann auf dem Zusammenstoßen eines Positrons mit einem Elektron, da durch die Kollision der geladenen Teilchen eine Annihilation (Erzeugung von Gamma-Quanten) entsteht, die für eine Detektion ausreichend ist. Zur Anwendung geeignete Radionuklide sind diejenigen, die im Zustand des Zerfallens Positronen aussenden können. Wie bereits beschrieben, kommt es zur Kollision der Positronen mit einem nahegelegenen Elektron. Die Entfernung, bei der die Annihilation stattfindet, beträgt durchschnittlich 2 mm. Bei der Annihilation handelt es sich um einen Prozess, bei dem sowohl die Positronen als auch die Elektronen zerstört werden, sodass zwei Photonen entstehen. Diese Photonen sind Bestandteil der elektromagnetischen Strahlung und bilden die sogenannte Vernichtungsstrahlung aus. Diese Strahlung trifft an mehreren Stellen eines Detektors auf, sodass die Emissionsquelle lokalisiert werden kann. Da sich jeweils zwei Detektoren gegenüberliegen, ist so die Lagebestimmung möglich.

Ablauf der PET und Erzeugung der Schnittbilder (CT):

  • Zuerst wird dem Patienten ein Radiopharmakon appliziert. Diese sogenannten Tracer können durch unterschiedliche radioaktive Substanzen markiert sein. Am häufigsten werden radioaktive Isotope von Fluor und Kohlenstoff verwendet. Aufgrund der Ähnlichkeit zum Grundmolekül ist der Körper nicht in der Lage, die radioaktiven Isotope von dem Grundelement zu unterscheiden, was dazu führt, dass die Isotope sowohl in anabole als auch in katabole Stoffwechselvorgänge integriert werden. Allerdings ist es notwendig, dass die Herstellung der Isotope als Resultat der geringen Halbwertszeit in direkter Nähe des PET-Scanners erfolgt.
  • Nach der intravenösen bzw. inhalativen Aufnahme des Radiopharmakons wird die Verteilung der radioaktiven Isotope im nüchternen Patienten abgewartet und nach ca. einer Stunde mit der eigentlichen PET-Durchführung begonnen. Die Position des Körpers muss so gewählt werden, dass der Ring der Detektoren in unmittelbarer Nähe zum zu überprüfenden Körperabschnitt liegt. Aufgrund dessen ist zur Ganzkörperaufnahme die Einnahme mehrerer Körperstellungen notwendig.
  • Die bereits beschriebenen Detektoren müssen in einer großen Zahl vorliegen, um die Detektion von Photonen zu gewährleisten. Die Methode zur Berechnung des Kollisionspunktes von Elektron und Positron wird Koinzidenzmethode genannt. Jeder Detektor stellt eine Kombination aus Szintilisationskristall und Photomultiplier (spezielle Elektronenröhre) dar.
  • Die Aufnahmedauer bei einer Untersuchung ist sowohl vom Gerätetyp als auch vom verwendeten Radiopharmakon abhängig.
  • Zusätzlich zur PET wird eine Computertomographie (CT) durchgeführt. Es ist entscheidend, die Positionierung des Patienten während der kombinierten Untersuchung (PET und CT) nicht zu verändern, damit eine anschließende anatomische Zuordnung möglich ist.

Literatur

  1. Schober O: PET-CT. Georg Thieme Verlag 2007
  2. Dössel O: Bildgebende Verfahren in der Medizin: Von der Technik zur medizinischen Anwendung. Springer Verlag 1999
  3. Kramme R: Medizintechnik: Verfahren – Systeme – Informationsbearbeitung. Springer Verlag 2006
  4. Goretzki G: Medizinische Strahlenkunde: Physikalisch-technische Grundlagen. Elsevier Verlag 2004
  5. Schicha H, Schober O: Nuklearmedizin – Basiswissen und klinische Anwendung. Schattauer-Verlag 2007
  6. Pyka T, Okamoto S, Dahlbender M et al.: Comparison of bone scintigraphy and 68Ga-PSMA PET for skeletal staging in prostate cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2016 Nov;43(12):2114-2121. Epub 2016 Jun 12.

Leitlinien

  1. S1-Leitlinie: Skelettdiagnostik mittels 18F-Natriumfluorid-PET und -PET/CT. (AWMF-Registernummer: 031 - 047), Dezember 2011 Langfassung
  2. S1-Leitlinie: Ganzkörper-F-18-FDG-PET und -PET/CT bei Kindern mit onkologischen Erkrankungen. (AWMF-Registernummer: 031 - 049), Dezember 2011 Langfassung

     
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