Nuklearmedizin - Bildgebende Diagnostik Einführung in das Fachgebiet Sonographie Röntgendiagnostik Kernspintomographie (MRT) ...

Nuklearmedizin

   Einführung in das Fachgebiet

  Bildgebende Diagnostik

• Sonographie
• Röntgendiagnostik
  – konventionell, Computertomographie
• Kernspintomographie (MRT)
• nuklearmedizinische Verfahren
  – konventionell, SPECT, PET

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Nuklearmedizin

Gegenstand:

Diagnostik und Therapie durch
Anwendung offener radioaktiver
Substanzen

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Nuklearmedizin -
          Geschichte
• 11/1895 Entdeckung der X-Strahlen
  durch W.C.Röntgen
• 2.3.1896 Entdeckung der Radioaktivität
  durch Marie Curie und Henri Becquerel
  – Entdeckung, dass im Dunkeln gelagerte
    Fotoplatten durch Uransalz geschwärzt
    worden sind = Prinzip der Filmdosimetrie
• 1923 - Entwicklung der Indikatortechnik
  (Tracerprinzip) durch Georg von Hevesy

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Nuklearmedizin - Tracerprinzip
 • Lebende Organismen können nicht zwischen den
   verschiedenen Isotopen eines Elementes
   unterscheiden.
 • Ein radioaktives Isotop nimmt in gleicher Weise
   wie ein inaktives an Transport-, Stoffwechsel-
   und Ausscheidungsvorgängen teil.
 • Das radioaktive Isotop kann über seine
   emittierte Strahlung von außen gemessen
   werden - es dient als Indikator oder Tracer
 Beispiel:      127I   - inaktiv ,   123I   /   131I   - aktiv
 * alle Jodisotope werden gleichermaßen von der SD aufgenommen

   Nuklearmedizin - Geschichte
• 1926 erste Studien des Blutflusses durch Blumgart
• 1934 Entdeckung der künstlichen Radioaktivität
     durch Irene Joliot-Curie und Frederic Joliot
• 1938 erste Schilddrüsendiagnostik mit Jod-131
• 1942 erster Kernreaktor
• 1942 1.Therapie einer SD-Überfunktion mit Jod
• 1958 Entwicklung der Gammakamera durch Anger
• 1962 Einführung von 99mTc in die nukl. Diagnostik
• 1963 Einführung der SPECT
• 1975 Einführung der PET

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Grundlagen der Nuklearmedizin

•     Strahlenphysik
     –   Messung der Strahlung
•     Strahlenbiologie
     –   Wechselwirkungen zwischen Strahlung
         und Materie
•     Radiochemie
     –   Markierung von radioaktiven Substanzen

 Radiochemie - Grundbegriffe

• Radionuklid = radioaktives Isotop
    – z.B. 99mTc oder Tc-99m
• Radiopharmakon = radioaktives Isotop
  gekoppelt an eine chemische Substanz, die die
  Anreicherung im biologischen System vorgibt
    – z.B. 99mTc-HDP oder 123I-Hippuran

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Radionuklidproduktion

• Reaktornuklide
  •   131Iod, 99Molybdän

• Zyklotronprodukte
  •   201Thallium,   PET-Radionuklide
• Generatorprodukte
  •   99mTechnetium

                                  Zyklotron

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Auswahlkriterien für Radiopharmaka

1. Pharmakokinetik - Rückschlüsse auf die Organfunktion
    durch kinetisches Verhalten des Radiopharmakons
2. Affinität - selektive Anreicherung in einem Organ
3. Halbwertzeit - kurze physikalische und biologische HWZ
4. Stabilität in vivo - keine chemischen Veränderungen
5. Radiotoxizität - nur niedrige Toxizität zur Diagnostik
6. Strahlenart - reine Gammastrahler zur Diagnostik
7. Strahlungsenergie - günstiger Bereich 100 - 300 keV

  Radionuklide zur Diagnostik

   Radionuklid     Strahlenart   Physik. HWZ     Energie

                   γ
   99m
         Tc                      6h              140 keV

                   γ
   123
         Iod                     13 h            159 keV

                   γ
   111
         In                      2,6 d           170 keV
                                                 240 keV
                   γ
   201
         Tl                      3,1 d           80 keV

                   γ
   51
        Cr                       28 d            320 keV

                   γ
   133
         Xe                      5,3 d           80 keV

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Stellenwert von 99mTc in der
nuklearmedizinischen Diagnostik

• Kurze physikalische Halbwertzeit (6 Std.)
• reiner Gammastrahler
• günstige Gammaenergie (140 keV)
• als Generatorprodukt ständig verfügbar und
  daher ständig einsetzbar
• guter Komplexbildner
• kostengünstig

Radionuklide zur Therapie

Radionuklid   Strahlenart   Physik. HWZ   Gammaenergie

              β,γ
131
     I                      8d            364 keV

              β
90
    Y                       64 h

              β,γ
153
     Sm                     46 h          103 keV

              β
32
    P                       14 d

              β,γ
186
     Re                     90 h          137 keV

              β
89
    Sr                      50 d

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Einführung in die

      klinische Nuklearmedizin

• Nuklearmedizinische Diagnostik
  – Funktions- und Stoffwechseldiagnostik
    verschiedener Organe bzw. Organsysteme

• Nuklearmedizinische Strahlentherapie
  – Durchführung von Behandlungsverfahren
    mit offenen radioaktiven Isotopen

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Nuklearmedizinische Diagnostik

• Szintigraphie = bildliche Darstellung einer
  Radioaktivitätsverteilung im Körper durch
  Messung von außen
  – Statische Szintigraphie – stationäre Verteilung
  – Dynamische Szintigraphie – Darstellung von
    Funktionsabläufen
  – Schichtverfahren = Emissionstomographie
     • SPECT und PET

       Statische Szintigraphie
              Beispiele

        -Schilddrüsenszintigraphie

        -Skelettszintigraphie
        (Ganzkörperszintigraphie)

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Schilddrüsenszintigraphie

• Radiopharmaka:
  •   123I-Iodid, 131I-Iodid, 99mTc-Pertechnetat

• Prinzip:
  • Radioaktives Jod wird wie nicht aktives Jod in
    die Schilddrüse aufgenommen und in die
    Hormone eingebaut
  • Aufnahme von Tc-Pertechnetat über gleichen
    Mechanismus, aber kein Einbau in Hormone

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Schilddrüsenszintigraphie
               Indikationen

• Abklärung des Funktionszustandes von
  Schilddrüsenknoten - Differenzierung in
  „kalte“ und „heiße“ Knoten
• Abklärung der Ursache einer Hyperthyreose
  – funktionelle Autonomie, Morbus Basedow
• Therapiekontrolle nach Operation oder
  Radiojodtherapie

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Bildgebende Diagnostik des
         Skelettsystems

   Röntgenuntersuchung    Skelettszintigraphie
   des Knochens

   Abbild des Knochens    Abbild des
   in Abhängigkeit vom    Knochenstoffwechsels
   Mineralsalzgehalt

         Skelettszintigraphie
               Grundlagen

• radioaktiv markierte Phosponate lagern sich
  an der Knochenoberfläche in Abhängigkeit
  von Durchblutung und Stoffwechsel an

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Skelettszintigraphie
                  Indikationen
• Onkologie
  – ossäre Metastasierung, primäre Knochentumoren
• Traumatologie
  – Nachweis einer Fraktur bei fraglichem Röntgenbefund
• Rheumatologie
  – entzündliche Skelett- und Gelenkerkrankungen
• Orthopädie
  – Lokale entzündliche Knochenerkrankungen
  – Lockerung einer Totalendoprothese

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Erwachsener   Kind

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Dynamische Szintigraphie
       Beispiel

Nierenfunktionsszintigraphie

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Nierenfunktionsszintigraphie

  • Beurteilung der tubulären Funktion
     – mit 99mTc-MAG3 bzw. 123I-Hippuran

  • Beurteilung der glomerulären Filtration
     – mit 99mTc-DTPA

    Nierenfunktionsszintigraphie

• Prinzip:
  – Radioaktiv markierte nierengängige Substanz
    wird intravenös injiziert und die Ausscheidung
    durch die Nieren aufgezeichnet
• Indikationen:
  – Funktionsbeurteilung der Nieren bei Chemo-
    oder Strahlentherapie
  – Funktionelle Relevanz von Harnabflussstörungen

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Emissionstomographie

1. SPECT = single photon emission computer
          tomography
      •     Myokardszintigraphie
2. PET = Positronenemissionstomographie
      •     Einsatz von 18F-FDG in der Tumordiagnostik

              Myokardszintigraphie
                       Durchführung
• Radiopharmaka
  -       99mTc-MIBI   (Cardiolite), 201Thallium
• Vorbereitung des Patienten
  – herzwirksame Radiopharmaka, insbes. Nitrate beachten
• Belastungsuntersuchung
  – Ergometrie: Belastung auf Fahrrad oder Laufband,
  – medikamentöse Belastung: Infusion von Adenosin

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Normale Myokardperfusion in Ruhe und Belastung

            Belastungsischämie im Myokardszintigramm

Belastung

 Ruhe

Belastung

 Ruhe

Belastung

 Ruhe

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Ausgedehnte Myokardnarbe ausgehend von der Herzspitze

         Myokardszintigraphie
                  Indikationen

• Verdacht auf koronare Herzkrankheit
  – meist bei Diskrepanz von Klinik und Belastungs-EKG
  – vor der invasiven Diagnostik (Koronarographie)

• Ausmaß der Myokardschädigung nach Infarkt
  – Indikationsstellung zur Therapie: PTCA, Bypass-Op.
  – nach der invasiven Diagnostik (Koronarographie)

• Verlaufskontrolle nach PTCA oder Bypass-Op.

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Positronenemissionstomographie
• Prinzip:
  – Messung der sekundären Vernichtungsstrahlung,
    die beim Zusammentreffen von Elektron und
    Positron entsteht (2 Gammaquanten mit
    entgegengesetzter Richtung)
  – Gammaquanten müssen von gegenüberliegenden
    Detektoren gleichzeitig gemessen werden
• Geräte:
  – PET-Scanner, Doppelkopfkamera

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Nuklearmedizinische Therapie

  Beispiel:
  Radiojodtherapie von gutartigen bzw.
  bösartigen Erkrankungen der Schilddrüse

  Radiojodtherapie - Grundlagen

• Selektive Anreicherung von Jod in der Schilddrüse
• Aufnahme von 30-70% entspr. der Jodversorgung
• mittlere Reichweite der β-Strahlung 0,44 mm
• maximale Reichweite 2,2 mm
• steiler Dosisabfall zu den Organen der Umgebung
  Therapie aus Strahlenschutzgründen unter
  stationären Bedingungen!

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Radiojodtherapie - Indikationen

• Gutartige Erkrankungen der Schilddrüse
  – Hyperthyreose (Überfunktion der Schilddrüse)
    durch funktionelle Autonomie oder M. Basedow
  – Volumenverkleinerung bei Kontraindikationen
    zur Schilddrüsen – Operation
• Schilddrüsenkarzinome
  – Nachbestrahlung 4 Wochen nach Operation
  – Behandlung jodspeichernder Metastasen

Radiojodtherapie - Kontraindikationen

• Schwangerschaft, Stillperiode
• Verminderte Jodaufnahme durch Blockade

• Strahlenhygienische Ursachen wie
  Inkontinenz und Pflegebedürftigkeit

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Besonderheiten der
                       Radiojodtherapiestation:

                       - Patienten müssen im
                        Zimmer bleiben
                       - keine Besuche während
                        des Aufenthaltes
                       - wenig Kontakt zum
                        Personal der Station
                       - „pure Langeweile“

Abwasserschutzanlage = Abklinganlage

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Beseitigung der Überfunktion:
                  - bei einer Autonomie in 80 - 90 %
                  - bei Morbus Basedow in über 90%

                  voller Wirkungseintritt
                  nach 2-3 Monaten

Verkleinerung der Schilddrüse:
- bei Struma bis auf 50%,
- bei Morbus Basedow auf 20-30%,
- bei umschriebener Autonomie auf 20-25%

Autonomes Adenom                Zustand nach
rechter SD-Lappen               Radiojodtherapie
vor Radiojodtherapie            (6 Monate später)

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Lungenmetastasen vor Therapie   3 Monate nach Radiojodtherapie

        Strahlenschutz - Gesetze
    • Euratom - Richtlinie
    • Atomgesetz
    • Strahlenschutzverordnung (StrlSchV)
        – gültig seit 07/2001
    • Richtlinie Strahlenschutz in der Medizin
        – gültig seit 08/2002

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Strahlenschutz des Patienten
• Exakte Indikationsstellung - Abwägen von Nutzen und
  Risiko – zuerst Verfahren ohne Strahlenbelastung ?
  Rechtfertigende Indikation (§80 StrSchV)
• Medizinische Konsequenz des Ergebnisses
• Untersuchung bei Schwangeren nur im Notfall
• Durchführung der Untersuchung nach dem neuesten Stand
  von Wissenschaft und Technik >> Leitlinien !
• Erhöhung der Trinkmenge >> schnelle Ausscheidung

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Strahlenexposition des Personals

• Dosisgrenzwerte nach StrlSchV
   – zulässige effektive Dosis für Personen der
     Allgemeinbevölkerung = 1 mSv/a
   – zulässige effektive Dosis für beruflich
     strahlenexponierte Personen Kategorie B = 6 mSv/a
   – zulässige effektive Dosis für beruflich
     strahlenexponierte Personen Kategorie A = 20 mSv/a
   – Berufslebensdosis = 400 mSv

   Grundregeln für das Arbeiten mit
     offenen radioaktiven Stoffen

• Gute Arbeitsvorbereitung
• Arbeiten hinter Abschirmungen, zügiges Arbeiten
• Tragen von Schutzkleidung, keine Bleischürzen !!
• Arbeiten unter Abzug, v.a. beim Öffnen geschlossener
  Ampullen oder bei Herstellung von Radiopharmaka
• Verbot von Essen, Trinken, Rauchen u.ä. in Räumen, wo
  mit Aktivität umgegangen wird
• Abstand vom Patienten während der Untersuchung
   - Abstandsquadratgesetz !

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