VORLESUNG Nuklearmedizin

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1 VORLESUNG Nuklearmedizin Dabasi Gabriella Semmelweis Univ. Institut für NuklearMedizin

2 Die Definition der Nuklearmedizin Medizinische Anwendung der offenen radioaktiven Isotopen in der Diagnose in der Therapie in der Vorschung

3 Wo befindet sich, was funktioniert Organen Gewebe Zellen Subzellulären Strukturen: Welche Rezeptoren, Enzymen, Transmittern, und Andere Biomolekulen funktionieren Wir können auch Hypoxie, Apoptose,Angiogenese Multidrug Resistanz (MRD ) beurteilen Genetische Prozesse sind auch messbar

4 Nuklearmedizinische Methoden beruhen auf den folgenden Prinzipien: Bei Stoffwechselvorgängen kann der Organismus die Isotope Eines Elements nicht voreinander unterschieden Gleiche Ordnungszahl im Periodensystem, Unterschiedliche Massenzahl! Die radioaktiven Isotopen, können in so geringen Menge angewandt werden, dass Stoffwechselvorgängen nicht beeinflusst sind.

5 Organ } Gewebe Funktion In vivo NM specifischer Stoff +radioaktives Isotop = Radiopharmakon von außen detektierbar gezielte lieferung Tracerprinzip György von Hevesy Nobel Preis: 1943

6 HEVESY GYÖRGY

7 Hevesy der lustig wissentschafler Hevesy hat in Manchaster mit Rutherford zusammen gearbeitet. Hevesy und noch andere jungen Wissenschaftlern haben eine Wohnung gemietet, eine Hausfrau hat gekocht. Das Essen hat nicht geschmackt.

8 Lustiger Tracer Prinzip Hevesy markierte das sonntägigen Mittagessen mit Radioaktiv Material und an der nächste Woche in der Suppe, im Gulasch, im Boulette demonstrierte das alten Fleisch mit einer GM Rohr Das Putzfrau war einshockt und nicht mehr gekommen!

9 DIESES FLEISCH HAT MIR SCHON AN DER LETZTE WOCHE NICHT GESCHMECKT!!

10 NM Diagnostische Anwendung Therapeutische Anwendung In vivo In vitro Single photon Methoden PET Methode

11 In vivo Untersuchungen: Die Tracer werden in geringsten Mengen in den menschlichen Stoffwechsel eingeschleust um die Funktion von Organen (Gewäbe,Subzelluläre Strukturen ) zu prüfen und sichtbar zu machen Verwändet werden vorweigend reine Gamma oder Postronenstrahler!

12 In vitro Untersuchungen: Untersuchung von Körperproben ( Blut,Urin..) Der menschliche Organismus kommt dabei nicht mit radioaktivität in Berührung.

13 Isotopen : Die gleiche Ordnungszahl im Periodensystem, Unterschiedlich Massenzahl!

14 Radioaktive Isotopen: Neutron-Proton Verhältnis ist instabil werfen ihre überschüssige Energie: Alfa Teilchen: Heliumkerne Beta Teilchen: Elektronen oder Positronen Gamma Strahlung : begleitete Gamma Strahlung Elektronen Einfang (charakteristische Röntgen Strahlung)

15 Radioaktive Isotope Neutronreich Beta Strahlung (beta Teilchen +gamma) Protonreich Positronen Strahlung (2 gamma) Kernreaktoren hergestellt Ziklotronen hergestellt Elektronen Einfang (charakteristische Röntgen Strahlung)

16 Ca. 90% der diagnostischen Untersuchungen ( SPECT ) werden mit 99m Tc markierten Radiofarmaka durchgeführt. 99m-Technecium ist ideale für Messungen mit Gamma Kamera, 140 kev ( 70 kev -400keV ) Monoenergetische Strahlung, ideale für Bildgebung Niedrige Strahlenbelastung, T ½: 6 Stunden Reine gamma Strahlung aus 99m-Molibden, grosse Menge Photonen ( Poisson ) Praktische Verfügbarkeit, Eluation mit Phisiologischen Saltz Mit vielen Molekulen geben stabilen Komplexen

17 Tc-99m GENERATOR Mo-99, Aluminoxid, elution phys.saline, T1/2: 2.75d Tochterelement: Tc-99m Eluiert mit Saline Edelstahl Nadel Mutterelement: Mo-99 Ist absorbiert an eine Spalte Aluminoxid

18 99m-Tc (Technécium) Reine Gamma Strahlung Niedrige Strahlenbelastung, T ½: 6 Stunden Monoenergetische Strahlung, ideale für Bildgebung (140KeV) Viele Moleküle werden markiert Praktische Verfügbarkeit, Eluation mit phisiologischen Saltz

19 Bildgebende Geräte Gammakamera (Anger Kamera, Szintigraphische Kamera) Der Detektor besteht aus einem einzigen großen NaI- Szintillationskristall. An der Rückseite ist eine Vielzahl von Photomultipliern angebracht. Die Strahlung löst im Szintillationskristall Lichtblitze aus. Diese werden mittels eines Photomultipliers versterkt und - je nach seiner Intensität- in elektrische Signale umwandelt. Aus der Verteilung der Signalhöhen kann der Ort der Szintillation im Kristall genau bestimmt werden. Vor dem Kristall sind Kollimatoren (Bleilamellen), die nur die senkrecht zulaufende Photonen zur Detektorenfläche lassen, die schräg zulaufende werden absorbiert.

20 Scintigramm Die bildliche Darstellung der im Körper gemessenen Aktivitätsverteilung Statische Szintigraphie: die Verteilung des Radiopharmakons in einem einzigen Zeitpunkt Sequenzszintigraphie: die Verteilung des Radiopharmakons in mehreren Zeitpunkten (Dynamische Untersuchungen, Merphasen- Szintigraphie)

21 Planare Untersuchungen 1. Statische Untersuchungen

22 Planare Untersuchungen 2. Sequenz-/Funktions-Szintigraphie

23 Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) Einzelphotonen-Emissions-Tomographie Eine oder mehrere Gammakameras rotieren um den Körper und nehmen Messwerte aus verschiedene Projektionen auf, aus denen Schnittbilder in 3 Ebenen rekonstruiert werden.

24 Positronen-Emissions-Tomographie b+ Zerfall Positronen strahlendes Molekül (e.g.: 18 F-FDG) 18 F 1-3 mm 511 kev PET basiert auf der Entstehung von Vernichtungsstrahlung beim +ß Zerfall: das bei der Kernumwandlung ausgesendete Positron annihiliert sich innerhalb unmeßbar kleiner Zeit mit einem Elektron zu zwei Photonen mit einer Energie von je 511 kev, die sich in diametral entgegengesetzter Richtung bewegen. 511 kev e + e -

25 Im Tomographiegerät befindet sich ein Detektorring. Die Detektoren sind in einer Koinzidenzschaltung miteinender verbunden. Durch die Koinzidenzschaltung der gegenüberliegende Detektoren wird das zeitgleiche Auftreffen zweier Photonen registriert.

26 99m Tc ist das Hauptisotop für SPECT Physikalische Eigenschaften: Strahlung Gamma Str. Halbwertszeit 6 h Gamma Energie 140 kev Chemische Eigenschaften sind positív Verfügbarkeit ist einfach Generator

27 Haupisotopen für PET Die wichtigsten Positronen emittierenden Radionuklide und ihre Halbwertszeit: 11 C 20,4 min 13 N 9,96 min 15 O 2,07 min 18 F 109,7 min

28 Positron Emission Tomography (PET) Abschnitte (PET ) Axiale Schnittbilder PET Ganzkörper Aufnahme Mit 18 F-FDG

29 PET vs. SPECT double-photon single-photon 1. Mehr senzitiv ( kein kollimotor!) 2. Bessere Auflösung SPECT:10 mm, PET: 4-5 mm 3. Kvantitatíve abszolút is (pl. ml/min/g, mol/min/g) 4. Biomolekűle : C-11, N-13, O-15, F-18, Ga-68. SLICE OF LIFE ( Lebensabschnitte )

30 Hauptisotop für PET: 18 F-Fluoro Deoxi Glucose (FDG) Anwendungen: Onkologie (~ 85 %) Neurologie (~10%) Kardiologie (~5 %) HERZ Gehirn Verminderung Dreilappen regionen posterior Perfusionsbild und metabolismus

31 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasive (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

32 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasive (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

33 Sensitivität der bildgebenden Verfahren RX / CT MRI US SPECT PET Biologische Sensitivität millimolar nanomolar picomolar 10-6 Picomol Prozesse sind sichtbar!

34 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität

35 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

36 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasive (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

37 (Semi)-Quantitativ Quantitative PET Semiquantitative: Standard uptake value (SUV) SUV = Q x W/Q inj Quantitative: Glucose Metabolic Rate (Mr glu ) Mr glu =(C P /LC) x {K 1 x k 3 /(k 2 +k 3 )} = (C P /LC) x K i (µmoles/min/ml)

38 Standardized Uptake Value (SUV) standardisierte Aufnahmewerte

39 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasive (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

40 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Specifizität Non-invasive (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige raumliche Auflösung Strahlen Exposition

41 H E (msv) Radiologie Nuklearmedizin CT Abdomen CT Thorax Kolonkontrasteinlauf Urogramm Magen-Dünndarm-Passage LWS 2 Ebenen Abdomen-Übersicht Becken-Übersicht BWS 2 Ebenen Herz 201 Tl-Chlorid Hirn SPECT PET-FDG Herz 99m Tc Leber 99m Tc -HIDA Skelett 99m Tc-Phosphonat Lunge Perfusion Nieren Schilddrüse Natürlicher Strahlenpegel 0,1 0,05 Schädel 2 Ebenen Thorax 2 Ebenen Schilling-Test

42 PET/SPECT CT Niedrige raumliche Auflösug Lange Untersuchungszeit Metabolische Information Differentiation von Narbe, viabilem und nekrotischem Tumor Höche Spezifizität Höche raumliche Auflösug Kurze Untersuchungszeit Morfologische Information Beurteilung des Ortes und der Ausdehnung Niedrige Spezifizität PET- CT kombiniert die Vorteilen beider Modalitäten

43 Radiologie und Nuklearmedizin Morphologie Radiologie Funktion Nuklearmedizin

44 Simmultane Auswertung der Nuklearmedizinische Untersuchungen und CT Untersuchungen Die gute räumliche Auflösung der CT Hilft in der Beurteilung der Funktion kleinen Läsionen

45 Bildfusion Morphológia Funkció

46 Hybrid-Geräte SPECT/CT PET/CT Charakterisieren die CT Läsionen Lokalizieren die Funkzionen schnelle und genaue Diagnose

47 Integrierte bilgebende Geräte, PET/CT, SPECT/CT Simultane Aufnahme von nuklearmedizinischen und CT Daten - optimale Zusammenführung von funktioneller und anatomischer Bildgebung.

48 Die Patienten liegen an den selben Gantry,SPECT Untersuchung und CT folgen schnell aufeinandern

49

50 Charakterisieren die CT Läsionen Lokalizieren die Funkzionen Charakterisiert die CT Läsionen Lokaliziert die Funkzionen FDG-PET-CT

51 Die Zukunft ist HIBRID!!!! Morphologie Radiologie Funktion Nuklearmedizin

52 Die FRAGEN HILFE

53 1., Warum 99m-Technecium ist ideale für Messungen mit Gamma Kamera?, Welche Antwort ist Falsch? A., Monoenergetische Strahlung, B., Niedrige Strahlenbelastung, C., Praktische Verfügbarkeit, D., Positronen- emittierendes Isotop

54 2., Was ist der Vorteil der SPECT-CT Welche Antwort ist richtig? A., Charakterisiert die CT Läsionen und Lokalisiert die Funktionen B., Hohe Auflösung C., Kurze Untersuchungszeit D., Niedrige Spezifizität

55 3.,Was sind die wichtigsten Positronen emittierenden Isotopen in PET Welche Antwort ist falsch? A., 18- F B., 11- C C., 15-0 D., 99m Tc

56 4.,Nuklearmedizinische Methoden beruhen auf den folgenden Prinzipien: Welche Antwort ist richtig? A., Bei Stoffwechselvorgängen kann der Organismus die Isotope eines Elements nicht voreinander unterscheiden B., Die radioaktive Isotope haben unterschiedliche Ordnungszahl im Periodensystem C., Die radioaktive Isotope haben gleiche Massenzahl im Periodensystem, D, In der Nuklearmedizin werden stabilen Isotopen verwendet

57 5., Was ist das am häufigsten verwendete radiopharmazeutikum beim PET Untersuchungen? Richtige Antwort? A., 18F-Fluoro Deoxi Glucose (FDG) B., 90Y-DOTATOC C., 131I-NaJodid D., 99mTechnetium Pertechnetat

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