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
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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
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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
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
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-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)
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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
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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,
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
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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
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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.
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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.
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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
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)
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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
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)
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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
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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)
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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)
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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