Wehrmedizinische Monatsschrift 10/2012

NUKLEARMEDIZIN: KLINISCHE ASPEKTE DER ­HYBRIDBILDGEBUNG TEIL II: NICHT-OPERATIVE FACHDISZIPLINEN

Nuclear Medicine: Clinical Aspects of Hybrid-Imaging

Part II: Conservative Disciplines



Aus der Nuklearmedizin (Leitender Arzt: Oberfeldarzt Dr. B. Klemenz) am Bundeswehrkrankenhaus Ulm (Chefarzt: Generalarzt Prof. Dr. Dr. E. Grunwald)



Burkhard Klemenz

Die Darstellung von Stoffwechselprozessen mit radioaktiven Arzneimitteln ist – neben der Radioimmunoassay-Labordiagnostik und der Therapie – wesentlicher Bestandteil der Nuklearmedizin. In den letzten Jahren verlieh die Integration von Stoffwechsel und Morphologie mit der Inbetriebnahme von Hybrid-Scannern dem Fachgebiet einen großen Aufschwung.

NUKLEARMEDIZIN: KLINISCHE ASPEKTE DER ­HYBRIDBILDGEBUNG TEIL II: NICHT-OPERATIVE FACHDISZIPLINEN

Der Sanitätsdienst der Bundeswehr hat diese Entwicklung rechtzeitig erkannt und durch die Beschaffung modernster Geräte gefördert. Dadurch konnte sich die Nuklearmedizin im Bundeswehrkrankenhaus Ulm in den letzten 10 Jahren zu einem wichtigen Dienstleister innerhalb des Krankenhauses und Ansprechpartner für Spezialuntersuchungen in der Region profilieren.

Der zweite Teilbeitrag  aus der Nuklearmedizin ist der aktuellen technischen Geräteentwicklung gewidmet. Anhand exemplarischer Fallbeispiele aus den Fächern Kardiologie, Neurologie, Onkologie und Strahlentherapie wird der hohe klinische Stellenwert der Hybridbildgebung mit Hilfe der SPECT/CT, PET/CT und PET/MRT gezeigt.

Summary

The presentation of metabolic processes with radiopharmaceuticals is an essential part of nuclear medicine, besides the radioimmunoassay laboratory diagnostics and therapy. In the last years integration of metabolism and morphology has pushed forward the status of nuclear medicine. The Medical Services of the German Armed Forces have identified this development and thus promoted it with the acquisition of state-of-the-art nuclear medicine equipment. Thus during the last 10 years the Nuclear Medicine department within the Bundeswehr hospital Ulm has evolved into an important diagnostic provider and counterpart for regional health care services in specific issues. The second part will give a short overview of the technical equipment in nuclear medicine illustrated by clinical presentations in the field of cardiology, oncology, neurology, and radiation therapy to elucidate the high clinical impact of the hybrid imaging methods SPECT/CT, PET/CT, and PET/MRI at the Bundeswehr hospital Ulm.

1. Einführung

Nachdem im ersten Teil (1) die Grundlagen der nuklearmedizinischen Untersuchungsmethodik, die Strahlenexposition und klinische Fragestellungen aus den operativen Gebieten präsentiert wurden, sollen im zweiten Teil exemplarische Krankheitsbilder aus den konservativen Fachdisziplinen des Bundeswehrkrankenhauses Ulm (BwKrhs Ulm) die diagnostische Wertigkeit der Hybridbildgebung verdeutlichen. Zunächst wird der aktuelle Stand von Wissenschaft und Technik kursorisch dargestellt.

2. Nuklearmedizinische ­Unter­suchungs­­technik im Wandel der Zeit

Betrachtet man die technische Entwicklung des jungen klinischen Faches Nuklearmedizin – vom Schilddrüsen-Scanner der 70er Jahre bis zu den neuesten Hybrid-Geräten der Positronen-Emissions-Tomographie/Computertomographie (PET/CT)- und der PET/Magnetresonanztomographie (MRT)-Technologie ergeben sich unwillkürlich Parallelen zur Automobilindustrie: vom ersten Motorwagen von Carl Benz (1885) bis zu den heutigen Hybridantrieben. Dank der rasanten Entwicklung auf dem Gebiet der Informationstechnologie verlief der nuklearmedizinische Fortschritt in wenigen Jahrzehnten. Noch vor 15 Jahren konnte die Bildverarbeitung einer PET-Untersuchung einen ganzen Tag beanspruchen. Heute werden die komplexen Bilddaten unmittelbar nach dem Ende einer PET/CT-Untersuchung vom Arzt beurteilt.
Die Hybridtechnologie ist deshalb für die klinischen Fächer von so großer Bedeutung, weil in einem Untersuchungsgang die komplementären Informationen von Stoffwechselaktivität (PET) und Morphologie (CT oder MRT) vorliegen und damit eine schnellere und exaktere Diagnostik für die individuelle Therapieentscheidung ermöglichen („one stop shop“). Es entstehen immer mehr innovative Behandlungsverfahren, die auf molekularbiologischen Grundlagen beruhen und unter Umständen sehr kostenintensiv sein können. Dazu gehören beispielsweise Therapien mit Tyrosinkinase-Inhibitoren oder monoklonalen Antikörpern. Hier können spezialisierte nuklearmedizinische Untersuchungsmethoden die klinischen Kollegen bei ihrer Therapieentscheidung unterstützen. Viele der hochspezifischen nuklearmedizinischen Radiopharmaka sind auf Grund der seltenen Krankheitsbilder nicht zugelassen. Das Arzneimittelgesetz bietet aber die Möglichkeit, diese Radiopharmaka für den Eigengebrauch im so genannten Heißlabor herzustellen. Dieser aufwendige Prozess unterliegt den gleichen strengen Kriterien wie in der Pharmaindustrie (Good Manufacturing Practice-Leitfaden der EU, EU-GMP). Im BwKrhs Ulm ist die Inbetriebnahme eines solchen GMP-Heißlabors im Jahr 2013 vorgesehen (Abb 1).
Für die genaue morphologische Zuordnung der metabolischen Aktivitätsherde im PET ist eine möglichst simultane CT- beziehungsweise MRT-Akquisition erforderlich. Der PET/CT-Scanner im BwKrhs Ulm ist mit einem 128 Zeilen-CT ausgerüstet und mit seiner technischen Ausstattung auf dem neuesten technischen Stand. Ganzkörperuntersuchungen sind dadurch in zehn Minuten möglich (Abb 2). Seit 2011 sind die ersten PET/MRT-Geräte im klinischen Einsatz und liefern vielversprechende Resultate. Durch die synchrone Erfassung von PET- und MRT-Daten werden Fehlregistrierungen, die bei Atembewegungen oder durch die Darmperistaltik entstehen, minimiert. Die Zukunft der Nuklearmedizin wird von der Hybridtechnologie und wegen der deutlich reduzierten Strahlenexposition insbesondere von PET/MRT-Geräten geprägt sein.

3. Fallbeispiele aus den nicht-operativen Fachdisziplinen

3.1  Kardiologie

In der Stufendiagnostik der Koronaren Herzkrankheit (KHK) spielt die nicht-invasive Myokard-Perfusionsszintigraphie eine wichtige Rolle für das weitere diagnostische oder therapeutische Vorgehen. Während einer ergometrischen oder pharmakologischen Belastung wird ein Perfusionstracer intravenös injiziert, der im linksventrikulären Myokard gespeichert wird und die Belastungs- bzw. Ruheperfusion repräsentiert. Durch EKG-Triggerung wird die linksventrikuläre Pumpfunktion dokumentiert, die koronare Durchblutung quantitativ mit einem alters- und geschlechtsspezifischem Normalkollektiv verglichen und dadurch ein exakter Nachweis von belastungsinduzierten Ischämien oder Infarktnarben ermöglicht (Abb 3). Mit der neuen SPECT/CT-Kamera, die 2013 in Betrieb genommen wird, kann die Aufnahmezeit von derzeit 20 auf vier Minuten reduziert werden. Bei übergewichtigen Patienten trägt die CT-Schwächungskorrektur erheblich zu einer korrekten Darstellung von detektorfernen Herzwandabschnitten bei.
Bei einigen Patienten mit KHK kann trotz fehlender Durchblutung das betroffene Herzareal noch vital sein (sogenanntes „hibernating myocardium“). Die Kardiologen müssen dann entscheiden, ob der Patient von interventionellen, gefäßerweiternden Maßnahmen, zum Beispiel von einem aortokoronaren Venen-Bypass, profitieren wird, das heißt, die linksventrikuläre Pumpfunktion steigt. Da die KHK-Patienten ein höheres Operationsrisiko haben, müssen vor einem Bypass Nutzen und Risiko abgewogen werden. Die PET/CT mit einem Glucose-Tracer (Fluor-18-Deoxy-Glucose, FDG) kann den Vitalitätsnachweis in nicht perfundierten Myokardabschnitten erbringen (Abb 4).

3.2 Endokrinologie (Schild­drüse)

Seit Gründung der Nuklearmedizin gehört die Schilddrüsendiagnostik und -therapie zu den Kernkompetenzen des Fachgebietes. Die technologische Entwicklung hat hier bereits in den 80er Jahren eingesetzt, als die Schilddrüsen-Scanner durch die Gammakameras abgelöst wurden. Vor allem aber hat sich die Ultraschall-Bildgebung kontinuierlich verbessert. Aktuell steht die Elastographie von Schilddrüsenknoten im Mittelpunkt des Interesses und am Übergang von einer experimentellen in eine routinemäßige klinische Methode. Sie steht auch in der Nuklearmedizin im BwKrhs Ulm zur Verfügung (Abb 5). Letztere hat sich zum zentralen Ansprechpartner für Schilddrüsenerkrankungen entwickelt, weil hier alle Untersuchungsmodalitäten in einer Hand liegen – von der klinischen Untersuchung, über Ultraschall und Szintigraphie bis zur umfassenden Radioimmunoassay (RIA)-Labordiagnostik. Neben den Schilddrüsenparametern werden im abteilungseigenen Labor alle relevanten endokrinologischen Parameter bestimmt und spezifische Stimulations- und Inhibitionstests durchgeführt.
Im Struma-Endemiegebiet Deutschland liegen in jeder dritten Schilddrüse pathologische Veränderungen vor. Diese Ergebnisse wurden im Jahr 2002 in der bundesweiten Schilddrüsenscreening-Aktion Papillon bei mehr als 96 000 gesunden Personen erhoben, darunter auch durch über 400 Ultraschalluntersuchungen im BwKrhs Ulm (2). In einer weiteren Studie wurden verschiedene medikamentöse Therapieformen der Knotenstruma miteinander verglichen. An dieser multizentrischen, randomisierten, doppel-blinden und Placebo-kontrollierten Studie war die Nuklearmedizin im BwKrhs Ulm als eines der stärksten Rekrutierungszentren ebenfalls beteiligt. Die kürzlich publizierten Ergebnisse zeigen, dass die Kombinationstherapie mit L-Thyroxin und Jodid zu einer stärkeren Größenabnahme der Schilddrüsenknoten führt als die Einzelkomponenten oder Placebo (3).
Die „Hybridbildgebung“ wird in der Thyreoidologie seit Jahrzehnten praktiziert. Wenn auch kein All-in-one-Hybridgerät vorhanden ist, so werden bei jeder Untersuchung von Schilddrüsenknoten die Schilddrüsenfunktion mit der Szintigraphie und die Ultraschallmorphologie gemeinsam betrachtet und aus diesem Befundergebnis in Kombination mit der Labordiagnostik die geeignete Therapie festgelegt.
In der Nachsorge von Schilddrüsenkarzinomen kommt der SPECT/CT-Untersuchung besondere Bedeutung zu. Mit der im Jahr 2006 europaweit erstmals im BwKrhs Ulm installierten SPECT/CT-Kamera kann die Speicherung von radioaktivem Jod (I-131), das ausschließlich in Schilddrüsenzellen metabolisiert wird, anatomisch genau zugeordnet werden (Abb 6).

3.3 Neurologie

Die demographische Entwicklung in Deutschland führt zu einem Wandel der Krankheitsentitäten, nicht zuletzt auch in der Neurologie. Ein altersbedingter geistiger Abbau oder eine Altersdepression können klinisch nicht immer sicher von einer demenziellen Erkrankung differenziert werden. Hier hilft die funktionelle Bildgebung, die verschiedenen Demenztypen eindeutig zu charakterisieren. Dazu zählen die Alzheimer-Demenz, die frontale Demenz (M. Pick) und die Lewy-Körperchen-Demenz. Denn bei diesen Demenzformen finden sich typische metabolische Veränderungen in bestimmten kortikalen und subkortikalen Regionen, die quantifiziert und mit einem Normalkollektiv verglichen werden können. Die Veränderungen des Glucosemetabolismus sind in der FDG-PET/CT schon in sehr frühen Krankheitsstadien nachweisbar und erlauben eine frühzeitige und damit möglicherweise effektivere Therapie (Abb 7). Bei der Beurteilung von neurologischen Symptomen, die auf ein Parkinson-Syndrom hinweisen, gibt die funktionelle Darstellung neuronaler Transporter beziehungsweise synaptischer Rezeptoren in den Basalganglien Hinweise auf ein Parkinson-Syndrom bereits in der Frühphase der Erkrankung oder kann es mit großer diagnostischer Zuverlässigkeit ausschließen. Nach i. v.-Injektion von Jod-123-markiertem FP-CIT, das in den Neuronen der Substantia nigra, die in den Basalganglien enden, gespeichert wird, kann die präsynaptische ­Dop­amin­transporter-Dichte erfasst werden. Diese ist beim Parkinson-Syndrom herabgesetzt, beim essenziellen Tremor aber nicht. Sind pathologische Auffälligkeiten nachweisbar, werden in einer zweiten Untersuchung die postsynaptischen Dopamin-2-Rezeptoren markiert (Jod 123-IBZM). Beim idiopathischen Morbus Parkinson liegt eine isolierte Schädigung der Substantia nigra vor, daher sind diese Rezeptoren hochreguliert. Bei einer Multisystematrophie dagegen sind auch die postsynaptischen Nervenzellen in den Basalgang­lien geschädigt. Es resultiert eine ebenfalls herabgesetzte postsynaptische Rezeptordichte.
Hirneigene maligne Tumoren können in ihrem Wachstumsverhalten näher charakterisiert werden, um die Differenzialtherapie oder den Biopsieort festzulegen. Es werden hierfür als Spezialtracer mit Fluor-18-markierte Aminosäuren verwendet. Sie liefern bei Low-grade-Gliomen (Grad I-II) über die MRT-Information hinaus verlässliche Aussagen zur Tumorexpansion, weil diese Aminosäuren unabhängig von einer geschädigten Blut-Hirnschranke im Tumorgewebe aufgenommen werden. Bei höhergradigen Gliomen ist zwei bis sechs Wochen nach der Tumorresektion eine Strahlentherapie indiziert. Für die Festlegung des Zielvolumens ist die Aminosäure-PET insofern von Bedeutung, als postoperative Veränderungen im MRT nicht von Tumorgewebe differenziert werden können. Bei der Rezidivdiagnostik von Gliomen lassen sich mit der Aminosäure-PET postradiogene unspezifische Läsionen von einem Tumorrezidiv mit deutlich höherer Treffsicherheit als mit der MRT abgrenzen (Abb 8). Die Differenzierung von niedrig-gradigen und höhergradigen Gliomen wird mit Hilfe der kinetischen Analyse des Aminosäuretransports im Tumorgewebe ermöglicht.

3.4 Onkologie

Das PET/CT mit Fluor-18 markierter Deoxy-Glucose (FDG) ist die empfindlichste Methode zur Diagnostik und Therapiekontrolle vieler maligner Tumorarten, weil in den hochproliferativ aktiven Tumorzellen die Glykolyse hochreguliert ist. Das injizierte FDG wird in den Tumorzellen nicht vollständig metabolisiert, sondern als ein polares Abbauprodukt intrazellulär gespeichert, sodass es im Zeitverlauf zunehmend akkumuliert. Mit der FDG-PET/CT können daher die Art und Ausdehnung einer Tumorerkrankung, die Therapieergebnisse und ein Rezidiv dokumentiert werden, wenn andere Bildgebungsverfahren noch keine Änderungen zeigen. Die Ganzkörpertechnik erfasst dabei alle relevanten lymphogenen und hämatogenen Metastasierungswege, ermöglicht den Nachweis von Primärtumoren beim CUP-Syndrom (Cancer of unknown Primary) und die Diagnose von Zweittumoren. Onkologische Indikationen sind unter anderem das Staging (Tumorausbreitung), die Therapiekontrolle und das Restaging von Lymphomen (Abb 9).
Zum sicheren Ausschluss einer Infektion oder entzündlicher Prozesse im Stammskelett wie Spondylitis oder Spondylodiszitis ist die FDG-PET/CT auf Grund ihrer sehr hohen Sensitivität die Methode der Wahl, ebenso bei der Abklärung von Fieber unklarer Genese (Abb 10).

3.5 Strahlentherapie-Planung mit PET/CT

Für die Strahlentherapie gewinnt die molekulare Bildgebung eine immer höhere Bedeutung, da die intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) in zunehmendem Maße auch die metabolischen Informationen der PET/CT berücksichtigt. Die regionalen Strahlentherapeuten nutzen die Eigenschaften des PET/CT am BwKrhs Ulm, das mit allen Voraussetzungen für die Strahlentherapie-Planung inklusive Raum-Lasersystem und Lagerungshilfen ausgestattet ist (Abb 11). Onkologische Patienten, deren Tumorstadium primär oder sekundär für Strahlentherapie oder Radiochemotherapie in Frage kommt, können nach der Beurteilung in der Tumorkonferenz noch während ihres stationären Aufenthaltes im BwKrhs Ulm für die Strahlentherapie-Planung im PET/CT untersucht werden. Die erhobenen Daten können dann direkt in die Therapie-Geräte der Radioonkologen eingelesen und genutzt werden.

4.  Schlussfolgerung und Ausblick

Die Zukunft der Nuklearmedizin wird von der Hybridtechnologie bestimmt werden. Ob die PET/MRT-Hybridscanner, von denen deutschlandweit mittlerweile sieben in Kliniken und Praxen in Betrieb sind, die etablierte PET/CT ablösen, wird davon abhängen, ob die Indikationen dieser neuen Methode geklärt werden. Für die PET/MRT sprechen der höhere Weichteilkontrast und die deutlich geringere Strahlenexposition. Optimierungsbedarf besteht aber noch bei der Schwächungskorrektur der PET-Bilder durch MRT-Datensätze.
In der Nuklearmedizin des BwKrhs Ulm wird schon seit Jahren die Software-basierte Fusion von PET- und SPECT-Daten mit MRT-Aufnahmen durchgeführt. Das Sonderforschungsprojekt „ Stellenwert der Cholin-PET/MRT-Studie beim Prostatakarzinom“ wurde auf dem Kongress der Society of Nuclear Medicine im Juni 2012 mit einem ersten Preis ausgezeichnet. Hierdurch bestätigt sich, dass die Unterstützung der Nuklearmedizin durch den Zentralen Sanitätsdienst der Bundeswehr nicht nur in der klinischen Routine Früchte trägt, sondern auch wissenschaftliche Anerkennung auf international höchstem Niveau findet.
Auch zukünftig werden immer gezieltere nuklearmedizinische Untersuchungen helfen, individuelle Veranlagungen und Krankheitsausprägungen zu erkennen, die bestmögliche Therapie auszuwählen und unnötige belastende Maßnahmen zu vermeiden. Dazu ist das PET-Heißlabor ein weiterer wichtiger Meilenstein.
Die beiden Übersichtsartikel zeigen, dass die Hybrid-Bildgebung immer größere diagnostische Bedeutung gewinnt und die Nuklearmedizin dadurch ein zentraler Dienstleister und essenzieller Bestandteil der großen Bundeswehrkrankenhäuser ist.

Bildnachweis: Abb. 2-11: Archiv Nuklearmedizin, Bundeswehrkrankenhaus Ulm

Literatur

  1. Klemenz B: Nuklearmedizin am Bundeswehrkrankenhaus Ulm, Klinische Aspekte der Hybridbildgebung – Teil I: Operative Fachdisziplinen. Wehrmed Mschr 2012; 56 (5-6): 114-118.
  2. Reiners C, Wegscheider K, Schicha H, et al.: Prevalence of thyroid disorders in the working population of Germany: ultrasonography screening in 96,278 unselected employees. Thyroid (2004); 14: 926-932.
  3. Grussendorf M, Reiners C, Paschke R, Wegscheider K, on behalf of the LISA investigators: Reduction of thyroid nodule volume by levothyroxine and iodine alone and in combination: a randomized, placebo-controlled trial. J Clin Endocrinol Metab 2011; 96 (9): 2786-2795.
  4. Schmidtke K, Hüll M, Talazko J: Posterior cortical atrophy: variant of Alzheimer´s disease? A case series with PET findings. J Neurol 2005; 252: 27-35.

 

Autor: Burkhard Klemenz

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