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Medizinlexikon
Diagnostik
Positronen-Emissions-Tomographie (PET): Neue Möglichkeiten in der Krebsdiagnostik?
Eingetragen vonMedizin-Netzam23. August 2006 Kein Kommentar Einführung
Die Positronen-Emissions-Tomographie bezeichnet ein nuklearmedizinisches Verfahren, mit dem Stoffwechselprozesse des Körpers auf molekularer Ebene in einer Untersuchung erforscht, und in ihrer räumlichen Verteilung sichtbar gemacht werden können. Aufgrund der großen Bedeutung einer frühzeitigen Erkennung bösartiger Erkrankungen im Hinblick auf eine möglichst zur Heilung führenden Therapie, kann der PET in Zukunft eine entscheidende Bedeutung zukommen.
Da mit Diagnoseverfahren wie Röntgen, Ultraschall, Computer- und Kernspintomographie raumfordernde Prozesse erst ab einer Größe von etwa 1 cm als krankhaft erkannt werden können, besteht ein Bedarf an Methoden, die bereits bei geringerer Tumorgröße z. B. bezüglich Gut- oder Bösartigkeit eine Aussagekraft besitzen. Man weiß heute, dass viele Krebsgeschwülste bereits bei ihrer Entdeckung Tochterzellen (Metastasen) über Lymph- oder Blutbahnen abgesiedelt haben, die an verschiedensten anderen Körperstellen zu weiteren Tumoren führen können (”Streukrebs”), was die Prognose erkrankter Patienten meist drastisch verschlechtert. Da die PET nun nicht die Größe einer Gewebsveränderung misst, sondern deren Stoffwechselaktivität, die bei bösartigen Tumoren meist gegenüber normalem Gewebe erhöht ist, bietet sich hier eine Ergänzung und u.U. auch Alternative zur Frühdiagnose und zum Ausbreitungsverhalten mancher Krebsarten an.
Eine Untersuchung mittels der PET läuft folgendermaßen ab: Zuerst informiert der Arzt den Patienten über den Zweck der Untersuchung sowie über deren Ablauf. Dann legt der Arzt einen intravenösen Zugang (meist am Handrücken oder in der Ellenbeuge), über den der radioaktiv markierte Traubenzucker in die Blutbahn gespritzt werden kann. Es dauert nun etwa 45 Minuten, bis sich die Substanz ausreichend im Körper verteilt hat. Nun kann die Untersuchung in dem PET-Scanner beginnen, welche zwischen einer halben bis zu 2 Stunden betragen kann. Während der gesamten Untersuchung ist der Patient nie allein, denn im Vorraum, der durch eine große Glasscheibe abgetrennt ist, verfolgen Medizinisch-Technische Assistenten und/oder der Arzt den vollständigen Untersuchungsablauf und halten Sicht- und Sprechkontakt zu dem Patienten.
Klinische Anwendungen
Viele neue Erkenntnisse brachte die PET bereits in der Hirnforschung. Erkrankungen wie der “Morbus Alzheimer”, die “Parkinsonsche Krankheit”, die “Chorea Huntington”, die Epilepsie oder auch Hirntumoren können mit der PET in ihrem von der Norm abweichenden Stoffwechselverhalten untersucht werden. Neben der Verwendung von F-18-Glucose zur Analyse des Blutflusses und des Energieverbrauchs in bestimmten Hirnregionen (das Gehirn verstoffwechselt ausschließlich Glucose), kommen hier auch mit anderen Positronenstrahlern markierte Substanzen, z. B. zur Darstellung bestimmter Oberflächenrezeptoren von Gehirnzellen, zur Anwendung (Dopamin-, Benzodiazepinrezeptoren etc.).
In der Herzforschung (Kardiologie) kann mit der PET sowohl der Durchfluss des Blutes durch die Herzkranzgefäße bestimmt werden (was Aufschluss über eventuelle Verengungen, sog. “Stenosen” geben kann), wie auch die Stoffwechselaktivität des Herzmuskels (Myokard) beschrieben werden, was z. B. für die Klärung der Frage nach abgestorbenem Gewebe bei einem erlittenen Herzinfarkt bedeutsam ist.
Gerade im Bereich der Krebsforschung (Onkologie) eröffnet sich ein breiter Raum für die Anwendung der PET-Diagnostik, die trotz der Kosten für die apparative Ausstattung zu großem Nutzen für erkrankte Patienten führen kann.
Das Wesen einer Krebserkrankung wird bestimmt durch die Phänomene: Unkontrolliertes Wachstum (ständige Zellteilung zum Preis des Verlustes einer normalen Funktion), das Eindringen von Tumorgewebe in benachbarte Körperregionen (“Infiltration”, “Invasion”) und die Fähigkeit zur Absiedlung von Tochtergeschwülsten (”Metastasierung”).
Wie bereits oben beschrieben, besteht ein Vorteil der PET im Vergleich zu anderen diagnostischen Verfahren in der Tatsache, dass die Stoffwechselaktivität von Körpergewebe untersucht werden kann, was unabhängig von der Größe einer Gewebsveränderung ist. Nun findet man gerade bei Krebszellen aufgrund der verstärkten Teilungsrate einen erhöhten Energiestoffwechsel, weshalb sich energieliefernde und zum Zellaufbau benötigte Substanzen in solchen Zellen sehr stark anreichern (Glucose, Aminosäuren etc.). Markiert man diese Substanzen mit geeigneten Positronenstrahlern, lassen sich über den PET-Tomographen Aussagen zur Stoffwechselaktivität in allen Körperregionen in Form von Abbildungen treffen (”Szintigramme”). Es ist so oft möglich, neben der Ausgangsgeschwulst auch kleine Metastasen – sofern sie erhöhten Energieumsatz zeigen – sichtbar zu machen, teilweise lange bevor sie die “1 cm-Schwelle” überschritten haben. Bedeutsam wird dies insbesondere bei der Einteilung des Schweregrades eines Krebsleidens (sog. “Staging”), da dieser u. a. anhand der Ausbreitung und Verteilung von Metastasen beurteilt wird. Hieraus wiederum folgt die Entscheidung, welche Therapieverfahren zum Einsatz kommen. Man hat also mit der FDG-PET die Möglichkeit, bereits in einem frühen Stadium der Erkrankung Aussagen über den Schweregrad und daraus folgende Behandlungsrichtlinien zu treffen.
Da aber nicht nur bösartige Tumoren einen erhöhten Stoffwechsel zeigen, sondern ebenfalls z.B. entzündete, verletzte und in Abheilung begriffene Gewebe, kann sich das Problem einer genauen Tumordiagnose mittels PET stellen. Als Suchmethode (”Screening”), ob überhaupt ein Krebsleiden vorliegt, wenn noch keine anderen Hinweise darauf vorhanden sind, ist die PET derzeit nicht geeignet. Auch erlaubt sie keine Unterscheidung zwischen Krebs und Entzündung, wohl aber zwischen Krebs- und Narbengewebe. Hier wird es wichtig sein, neben der Anwendung markierter Glucose, auch andere Stoffe mit Positronenstrahlern zu markieren, die eine besonders hohe Anreicherung gerade in Tumorgewebe zeigen.
Grundlagen
Die Besonderheit der PET – im Unterschied auch zu anderen Untersuchungsverfahren mit radioaktiven Isotopen – besteht in der Tatsache, dass bestimmte Stoffe mit sog. “Positronenstrahlern” markiert werden, welche bei ihrem Zerfall zwei “Photonen” (Gamma-Quanten) in einem Winkel von 180º zueinander aussenden (sog. “Vernichtungsstrahlung”). Die Registrierung dieser zeitgleich entstehenden Signale über ein Messgerät (PET-Scanner) und einen Computer ermöglicht eine exakte räumliche Lokalisation der Strahlungsquelle, sowie aus der Anzahl der empfangenen Strahlungssignale eine Aussage über die Höhe der Stoffwechselaktivität in dem Bereich, wo sich die markierte Substanz anreichert.
Da Positronenstrahler als radioaktive “Zwillingsbrüder” (Nuklide) von häufig im Körper vorkommenden Substanzen wie Sauerstoff (O-15), Stickstoff (N-13), Kohlenstoff (C-11) oder auch Fluor (F-18) existieren, können diese in biologisch bedeutsame Verbindungen wie Kohlenhydrate, Aminosäuren und Fette ohne wesentliche Veränderung der Molekülstruktur eingebaut, und über eine Vene dem Patienten verabreicht werden. Anhand der Verfolgung der jeweiligen Stoffwechselwege erlauben sie eine Unterscheidung von regelrechten und veränderten biochemischen Prozessen.
Die Positronenstrahler müssen allerdings in einem technisch aufwendigen Verfahren in einem Kreisbeschleuniger (Zyklotron) hergestellt werden. Wegen ihrer allgemein sehr kurzen “Halbwertszeiten” (20-120 min) müssen sie rasch mit einer biologischen Substanz verbunden werden und meist auch am Ort der Produktion zur intravenösen Injektion kommen. Die breiteste Anwendung findet bisher Fluor-18-markierte Glucose (Fluorodesoxyglucose, FDG). Der Blut- oder Traubenzucker wird in fast allen Körperzellen zur Energielieferung benötigt und da Fluor-18 mit 110 min eine relativ günstige Halbwertszeit besitzt, lässt sich mit FDG in nahezu allen Geweben der regionale Energiestoffwechsel messen.
Derzeit kommt die PET meist in Forschungsprojekten zur Geltung, vor allem in Universitätskliniken. Es zeichnet sich jedoch eine stetig zunehmende Einrichtung von PET-Tomographen auch ohne Zyklotron an großen Kliniken und in großen nuklearmedizinischen Praxen ab, die die benötigten Positronenstrahler (meist F-18-Glucose) von in der Nähe befindlichen Zyklotronen beziehen können (sog. “Satelliten-Prinzip”).
Ein PET-Tomograph, auch PET-Scanner genannt, hat von außen betrachtet aufgrund seiner Ringstruktur große Ahnlichkeit mit einem Computertomographen (CT) oder einem Kernspintomographen (NMR, MRT), funktioniert aber nach einem anderen Prinzip. In dem Ring befinden sich viele einzelne sog. “Szintillationskristalle”, die die von den Positronenstrahlern ausgesandten Impulse empfangen und in Lichtblitze verwandeln, welche wiederum über spezielle Schaltungen in elektrische Impulse zur digitalen Weiterverarbeitung umgewandelt werden. Mit der PET kann in etwa 1-2 Stunden Untersuchungszeit eine Aufnahme des ganzen Körpers angefertigt werden.
(mf)