Diagnostik von Hirnperfusionsstörungen

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1 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Diagnostik von Hirnperfusionsstörungen

2 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Verwendete Tracer Indikationen Beispiele

3 SPECT-Tracer für die Hirnperfusionsdiagnostik [ 99m Tc]-HMPAO [ 99m Tc]-Hexamethylpropylenaminoxim: i.v., lipophil, Übertritt Blut-Hirn-Schranke, Retention im Gehirn aufgrund Glutathion-abhängiger Umwandlung in hydrophile Form Perfusionsabhängige regionale Anreicherung im Gehirn; Uptake stabil 5 min p.i. [ 99m Tc]-ECD [ 99m Tc]-Ethylcysteinat-Dimer: i.v., lipophil, Übertritt Blut-Hirn-Schranke, Retention im Gehirn aufgrund Umwandlung in hydrophile Form durch intrazelluläre Esterasen (Vitalität der Zellen hierfür notwendig) Perfusionsabhängige regionale Anreicherung im Gehirn; Uptake stabil 5 min p.i. Weitere weniger gebräuchliche Tracer: 133 Xe (Gas, Inhalation); [ 123 I]-IMP; [ 123 I]-HIPDM Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

4 PET-Tracer für die Hirnperfusionsdiagnostik H 2 [ 15 O] Wasser mit positronenemittierendem [ 15 O]: i.v.; diffundiert frei ins Gehirn, Quantifizierung möglich; erfordert Zyklotron vor Ort, da mit etwa 2 min sehr kurze Halbwertszeit [ 15 O]-Butanol Butanol mit positronenemittierendem [ 15 O]: i.v., freie Diffusion durch die Blut-Hirn-Schranke; Zyklotron vor Ort erforderlich (s.o.) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

5 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Indikationen Akuter ischämischer Schlaganfall: Perfusionsstörungen in den entsprechenden Hirnregionen nachweisbar (DD TIA); bildmorphologische Veränderungen erst nach mehreren Stunden; heute allerdings meist durch CToder MRT-Perfusions-Untersuchungen ersetzt Epilepsie: Diagnostik von epileptogenen Foci vor evtl. geplanter Operation: interiktal Perfusionsminderung (oder normale Perfusion) im Focus; iktal Perfusionserhöhung (im Anfall wird nur das Radiopharmakon gespritzt (und reichert sich perfusionsabhängig im Gehirn an), die Messung erfolgt erst nach dem Anfall)

6 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Indikationen Demenzabklärung: Perfusion und Metabolismus eng gekoppelt; daher bei Demenzen Perfusionsstörungen in Übereinstimmung mit den entsprechenden Glukosestoffwechselminderungen (FDG-PET) in den jeweils typischen Regionen (z.b. temporoparietal bei M. Alzheimer) Perfusionsstörungen durch entz. Veränderungen: Z.B. Vaskulitis bei systemischem Lupus erythematodes Hirntoddiagnostik

7 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Indikationen Bestimmung der Perfusionsreserve: Abklärung der funktionellen Relevanz von Gefäßstenosen oder bei Gefäß-Malformationen. Belastungsuntersuchung mit Acetazolamid i.v. oder CO 2 -Inhalation (Vasodilatation) krankhaft veränderte Gefäße können sich nicht erweitern relatives Perfusions-Defizit Perfusionsstörungen bei Kraniosynostosen: Vorzeitige Verknöcherung von Schädelnähten führt zu ungewöhnlicher Schädelform. Hirnwachstum durch das verminderte Platzangebot im Schädel ggfs. behindert und konsekutiv ggfs. Perfusionsstörungen

8 Ischämischer Schlaganfall vs. TIA (Mediastromgebiet linksseitig) Berrouschot, Barthel et al. Stroke 1998a CT innerhalb von 6 h nach Symptombeginn SPECT innerhalb von 6 h nach Symptombeginn CT 7 d nach Symptombeginn Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

9 Ischämischer Schlaganfall (Mediastromgebiet linksseitig/rechtsseitig) CT innerhalb von 6 h nach Symptombeginn SPECT innerhalb von 6 h nach Symptombeginn CT 7 d nach Symptombeginn Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

10 Epilepsie 38-jähriger Patient mit medikamentös schwer behandelbarer Epilepsie. MRT-Befund ohne pathologischen Befund. [ 99m Tc]-HMPAO-SPECT zeigt iktal eine rechtsseitig frontal gelegene hyperperfundierte Zone, interiktal jedoch keine auffällige Perfusion in diesem Bereich. (Kim and Mountz, International Journal of Molecular Imaging 2011) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

11 Epilepsie Iktales [ 99m Tc]-HMPAO-SPECT zeigt eine hyperperfundierte Zone im rechtsseitigen prämotorischen Kortex. Anschließende Koregistrierung mit dem MRT erlaubte die genaue anatomische Zuordnung des epileptogenen Focus. Nach chirurgischer Entfernung des Herdes bestand Anfallsfreiheit. (Kim and Mountz, International Journal of Molecular Imaging 2011) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

12 Demenz (M. Alzheimer) [ 99m Tc]-HMPAO-SPECT bei Patient mit milder Demenz zeigt eine reduzierte Perfusion parietal und posterior temporal, typisch für M. Alzheimer (a). 3 Jahre später (b) zeigt sich eine stärkere Reduktion der Perfusion temporoparietal und inzwischen auch bds. frontal. Die Symptomatik des Patienten hatte in dem Zeitraum auch entsprechend zugenommen. (McArthur C et al.; Clinical Radiology 2010) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

13 Demenz (Frontotemporale Demenz) Ältere Patientin mit Demenz: a) MRT (T2 axial Flair) zeigt nur Atrophie und Zeichen der Mikroangiopathie. b) [ 99m Tc]-HMPAO-SPECT zeigt eine deutliche Verminderung der Perfusion im frontalen und anterior temporalen Cortex und Gyrus cinguli (occipitaler und posterior temporaler Cortex nicht betroffen) Frontotemporale Demenz. (McArthur C et al.; Clinical Radiology 2010) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

14 Perfusionsstörungen bei Vaskulitis (SLE) H 2 [ 15 O]-PET bei 43-jähriger Patientin mit systemischem Lupus erythematodes zeigt eine deutliche Minderung des relativen zerebralen Blutflusses ventral der Vorderhörner beider Seitenventrikel im Marklager sowie bis in den basalen präfrontalen Cortex reichend; zusätzlich entlang des Sulcus centralis bds. (deutlich rechtsbetont). Befund gut vereinbar mit cerebraler Beteiligung des SLE. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

15 Hirndurchblutung-SPECT bei Hirnbeteiligung im Rahmen eines systemischen Lupus Erythematodes Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

16 Hirntoddiagnostik Völliges Fehlen der Hirnperfusion als Beweis des Hirntodes Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

17 Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Hirndurchblutung-SPECT zur Testung der zerebrovaskulären Reservekapazität Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

18 Perfusionsstörungen bei Kraniosynostosen 3-jähriger Junge mit Frontalnahtsynostose. ADHS-ähnliche Symptomatik. In der [ 99m Tc]- HMPAO-SPECT-Untersuchung Nachweis diffus verminderter Perfusion in einem Areal linksseitig von frontal bis nach parietal. 1-jähriger Junge mit Plagio-Microcephalus. [ 99m Tc]-HMPAO-SPECT-Untersuchung zeigt einen verminderten regionalen zerebralen Blutfluss linksseitig fronto-parietal und insbesondere linksseitig temporal. Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

19 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Demenzdiagnostik

20 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Definition Subtypen Targets zur Demenzdiagnostik Beispiele Imaging Algorithmus

21 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Definition Mild cognitive impairment (MCI): bezeichnet eine Beeinträchtigung der Denkleistung, die über das nach Alter und Bildung des Betroffenen Normale hinausgeht, jedoch im Alltag keine wesentliche Behinderung darstellt. Demenz: ist ein Defizit in kognitiven, emotionalen und sozialen Fähigkeiten, das zu einer Beeinträchtigung sozialer und beruflicher Funktionen führt

22 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Subtypen Alzheimer Demenz (AD): Häufigste Demenzform bei Pat. > 65 LJ Charakteristika: β-amyloid und neurofibrilläre Tangles Frontotemporale Lobardegeneration (FTLD): 3 Unterformen zweithäufigste Demenzform bei Pat. < 65. LJ Lewy Body Diseases: Parkinson mit Demenz (PDD), Lewy body Demenz (DLB), Multisystem-Atrophie (MSA) Vaskuläre Demenz (VD): zweithäufigste Form bei älteren Pat. (> 65 LJ) Mixed pathologies Andere: Corticobasale Degeneration (CBD), supranukleäre Blickparese (PSP)

23 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. Targets zur Demenzdiagnostik Energy metabolism/ inflammation β-amyloid Tau Histopathological hallmarks Glucose consumption AD α-synuclein Activated microglia FTLD DLB/PDD Serotonergic system: 5HT1A receptors 5HT2A receptors VD Cholinergic system: AChE activity α4β2 nicotinic receptors Neurotransmission Dopaminergic system: Dopa decarboxylation Vesicular storage Monoamine transporters Adapted from: Berti et al. 2011

24 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. 1. AD [ 18 F]FDG-PET

25 1. AD [ 18 F]FDG-PET (relativ quantitative Auswertung) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

26 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. 1. AD β-amyloid Imaging PET-MRI-Overlay - BSP Phase 2A Study SUVR 1.0 AD patient Healthy control PET images: min p.i. added SUVR: Reference = Cerebellar cortex H.Barthel, O. Sabri, Leipzig 2010 Florbetaben

27 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. 2. FTLD [ 18 F]FDG-PET

28 2. FTLD [ 18 F]FDG-PET (relativ quantitative Auswertung) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

29 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. 3. PDD/DLB [ 18 F]FDG-PET

30 3. PDD/DLB [ 18 F]FDG-PET (relativ quantitative Auswertung) Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

31 3. PDD/DLB [ 123 I]FP-CIT (DAT-Scan TM ) Transversal Slices Sum Frame Ratio* Reference Caput caudati L R Putamen L R Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Striatum L R

32 Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin Dieses Dokument ist nur für den persönlichen Gebrauch bestimmt und darf in keiner Form an Dritte weitergegeben werden. Nicht kommerziell zu verwenden. 4. Übersicht [ 18 F]FDG-PET Right Lateral Left Lateral Right Medial Left Medial AD FTD DLB MSA CBD PSP

33 AD AD, DLB/(PDD) DLB / PDD DLB / PDD DLB/PDD, FTLD Modifiziert nach:

34 Nuklearmedizinische Diagnostik neurodegenerativer Parkinsonsyndrome

35 Häufigkeit vorwiegend Erkrankung des höheren Lebensalters Beginn zwischen 50. und 60. Lebensjahr Häufigkeit nimmt mit dem Alter zu 10% sind bei Diagnosestellung jünger als 40 Jahre Gesamtbevölkerung: / Personen > 60 Jahre: 1 / 100 vorwiegend männliches Geschlecht Inzidenz: jährlich 5-20 Neuerkrankungen pro Einwohnern

36 Klinik vier Hauptsymptome: Rigor (Muskelstarre), Tremor (Muskelzittern) und Hypokinese (Bewegungsarmut), welche bis hin zu Akinese (Bewegungslosigkeit) führen kann, sowie posturale Instabilität (Haltungsinstabilität) Daneben sind verschiedene sensorische, vegetative (Konstipation, Schlafstörungen, Hypersalivation), psychische (Depression, Apathie) und kognitive Störungen möglich. langsam fortschreitende neurologische Erkrankung

37 Dopamin-Mangel Degenerative Erkrankung des extrapyramidalmotorischen Systems bzw. der Basalganglien (Nervenzellansammlungen zur Steuerung von Bewegung) Absterben von Nervenzellen in der pars compacta der Substantia nigra, die Dopamin herstellen und durch ihre Fortsätze in den Streifenkörper (Nucleus caudatus und Putamen = Corpora striata, Striatum) transportieren. Dort werden via Dopamin Informationen an die Nervenzellen übertragen

38 präsynaptisch Synthese Activität der Decarboxylase VMAT2 Membranständiger Dopamin-Transporter (DAT) Dopaminerge Neurotransmission Thümler. Die Parkinson-Krankheit. Thieme, 2001

39 Dopaminerge Neurotransmission postsynaptisch Dopamin D 1, D 2, (D 3 ) Rezeptoren Thümler. Die Parkinson-Krankheit. Thieme, 2001

40 Räumliche Auflösung SPECT 10 mm mm PET 4-5 mm Multispect (Siemens), Ceraspect (DSI) ECAT EXACT HR+ (Siemens/CTI)

41 Parkinson-Krankheit Normal PS [ 18 F] Dopa PET [ 123 I] FP-CIT SPECT Hesse et al. J Neur Transm 2006

42 Warum SPECT (PET)? 1. Klinische Diagnose in 74% neuropathologisch bestätigt, über ein Viertel ohne Benefit durch Anti-Parkinson- Medikation Meara et al. Age and Ageing Klinische Diagnoses meist erst nach 1,5 Jahren sicher 3. Früher Behandlungsbeginn jedoch entscheidend! 4. Andere bildgebende Verfahren (noch) zu ungenau FRÜHDIAGNOSE!!!

43 Praktische Relevanz N % 3% 37% SWEDD VP PD MSA/PSP % 10% 80 59% 60 55% % 55% 7% 24% 0 Patienten ohne Patienten mit Parkinson-Medikamenten Hesse et al. J Neur Transm 2006

44 Frühe Diagnose 20-40% Signalverlust auf beiden Seiten!

45 Differentialdiagnose des Parkinson-Syndroms Parkinson-Syndrome im Rahmen anderer neurodegenerativer Erkrankungen (atypische Parkinson- Syndrome) - Multisystematrophie - Progressive supranukleäre Blickparese - Kortikobasale Degeneration - Demenz vom Lewy-Körper-Typ usw. Neurodegenerative Erkrankungen mit ähnlichem klinischen Bild wie Parkinson-Krankheit, aber anderer Ursache

46 Differentialdiagnose des Parkinson-Syndroms Symptomatische (sekundäre) Parkinson-Syndrome - vaskulär, z. B. bei Durchblutungsstörungen -medikamenten-induziert (z. B. Medikamente zur Schizophrenie-Th.) -posttraumatisch (z. B. Boxer-Enzephalopathie) -toxininduziert (z. B. durch Kohlenmonoxid, Mangan, MPTP) -entzündlich (z. B. nach Enzephalitis) -metabolisch (z. B. beim Morbus Wilson)

47 Differentialdiagnose des Parkinson-Syndroms IPS [ 123 I]IBZM [ 123 I]FP-CIT MSA-P

48 Vaskuläre Veränderungen [ 123 I]IBZM [ 123 I]FP-CIT

49 Medikamenten-induzierter Parkinson [ 123 I]FP-CIT [ 123 I]IBZM

50 VERLAUF (unter Therapie) Neu diagnostiziert 2 Jahre später 10 Jahre später

51 Zusammenfassung - Eine frühe Diagnose der Parkinson-Krankheit ist wichtig! - SPECT/PET erhöhen die diagnostische Sicherheit (bedeutsam für Therapiestudien und zur Vermeidung unnötiger Therapien) - Qualitätskontrolle und zuverlässige Datenanalyse sind essentiell! - Zukünftig werden weitere neuronale Systeme untersucht und SPECT/PET in der Einschätzung des Behandlungserfolges eingesetzt. - Referenzkollektive und weiter entwickelte Analyseverfahren werden die SPECT/PET-Diagnostik noch verbessern.