Welchen Stellenwert hat die Nuklearmedizin insbesondere Myokardszintigraphie (SPECT/CT) und PET/CT

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1 Welchen Stellenwert hat die Nuklearmedizin insbesondere Myokardszintigraphie (SPECT/CT) und PET/CT Bernd Joachim Krause Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin

2 Struktur des Vortrags 2 Myokardszintigraphie aktueller Stand PET/CT, SPECT/CT - Kardiologie: Methodik Koronarkalk PET Vitalitätsdiagnostik molekulare Bildgebung Ausblick

3 SPECT/CT Myokardiale Perfusions-Bildgebung Getriggerte Akquisition 3 3D Cine Ejection Fraction ED / ES volumes [ 99m Tc] Fluss-Tracer Stress Rest

4 Herz 4 etwa faustgroß 0.5% des Körpergewichts, d.h. bei 70kg KG 350g Herzbasis mit Ventrikelebene weist nach rechts oben, innen Wanddicke linker Ventrikel etwa 12mm, rechter Ventrikel etwa 4mm Arteria coronaria sinistra et dextra sind die Hauptkoronargefäße

5 Herz - Koronararterien 5

6 Myokardperfusionsszintigraphie 6 Anwendungsgebiete Primärdiagnose der KHK Abklärung der hämodynamischen Relevanz bekannter Koronarstenosen Interventionskontrolle nach PTCA/Stent/Bypass Prognostische Beurteilung nach Myokardinfarkt

7 Indikationen Myokard-Szintigraphie nach Infarkt 7 Zielpunkt: Identifizierung von Risikopatienten, die einer weiteren invasiven Diagnostik und Therapie bedürfen Bestimmung der Infarktgröße Identifizierung der betroffenen Gefäße Restischämie im Infarktareal Zusätzliche Ischämie in einer weiteren Gefäßprovinz

8 Untersuchungsprinzip 8 Vergleich der Mypkardperfusion unter Belastungs- und Ruhebedingung

9 Ischämie-Kaskade 9 SPECT: Tl-201/MIBI Perfusionsstörung PET: FDG/Acetat Stress- Echo Metabolische Störung Relaxationsstörung Stress- Echo Rechtsherzkatheter Kontraktionsstörung Ergometrie Füllungsdruckanstieg EKG- Veränderung Klinik Anamnese Angina pectoris

10 Belastungsformen 10 Körperliche Belastung: - Laufband - Ergometer Pharmakologische Belastung: - Dipyridamol - Adenosin - Dobutamin

11 PET SPECT Perfusionstracer Tracer HWZ - g Peaks (kev) inj. Aktivität (MBq) Tl h 80, Tc-99m MIBI 6 h Tc-99m Tetrofosmin 6 h O-15 Wasser 2 min N-13 Ammoniak 10min

12 Pharmakologie: Isonitrilderivate (z.b. 99m Tc-MIBI) 12 Perfusionsabhängige Anflutung Passive Diffusion in die Zelle intrazelluläre Bindung an die Mitochondrien Keine Rückdiffusion

13 Untersuchungsablauf mit Isonitrilderivaten 13 nüchtern 1. Tracerinjektion 45 min Stress- SPECT 2. Tracerinjektion 45 min Ruhe- SPECT Körperliche oder pharmakologische Belastung 1-3 Std

14 Myokardszintigraphie: Achseneinteilung 14 Orientierung Schnittebenen

15 Myokardszintigraphie: Achseneinteilung, Interpretation 15

16 Myokardszintigraphie: Prognostische Indikatoren 16 Belastungstoleranz, EKG-Score Stress Perfusions Defect (SSS,%LV) Szintigraphische Infarktgröße LV Auswurf-Fraktion LV Volumina Lung Uptake Post Exercise Funktion

17 Myokardszintigraphie: Aktueller Stand 17 Nuklearmedizin. 2009;48(2):71-8

18 Myokardszintigraphie: Aktueller Stand 18 Koronare Herzkrankheit Verdacht auf KHK Bekannte KHK Akute Ischämie/akuter Infarkt Kardiologe, 2009, 3: Nichtischämische HK Dilatative Kardiomyopathie Hypertrophe Kardiomyopathie Toxische Kardiomyopathien Herztransplantation

19 Myokardszintigraphie: Aktuelle DGN Leitlinie 19

20 Kardiale Ereignisse Myokardiale Perfusions-Bildgebung 20 % , ,6 Normal Abnormal Iskander et al, JACC 1998 n = 12360

21 Risikostratifikation von KHK-Patienten 21 % 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 n = ,3 0,5 normal 0,8 2,7 mildly abnormal Hachamovitch et al, Circulation 1998 death MI 2,3 2,9 moderately abnormal 2,9 Perfusions-Scan Ergebnisse 4,2 severely abnormal

22 Patientenfall #1: Tc- 99m MIBI SPECT unter Belastung und in Ruhe 22 Patient: Diagnose:, 75 Jahre Bekannte KHK Anamnese: Z. n. PCI und Stenting der RIVA 04/09 Z. n. Re-PCI und Stenting der RIVA 06/09 Z. n. Herzkatheteruntersuchung mit DES-Implantation bei 90%iger RIVA-Stenose 04/12 Fragestellung: Zum Ausschluss/Nachweis einer belastungsinduzierten Ischämie Tc-99m-MIBI SPECT 05/12

23 Patientenfall #1: Tc- 99m MIBI SPECT unter Belastung und in Ruhe 23 1-Tages-Protokoll Körperliche Belastung: Ergometer bis 1 min. 11 sec.. bei 100 Watt RR in Ruhe 148/82 mmhg, Herzfrequenz 56/min RR bei Abbruch 191/71 mmhg, Herzfrequenz 140/min Rate pressure product (RPP) nach ergometrischer Belastung: 267 (> 250 bei Ausbelastung) Belastungs-SPECT (328 MBq Tc-99m MIBI i. v.) Ruhe-SPECT (620 MBq Tc-99m MIBI i. v.)

24 Patientenfall #1: Tc- 99m MIBI SPECT unter Belastung und in Ruhe 24 Nachweis einer belastungsinduzierten Ischämie in der Herzspitze sowie in den herzspitzennahen 2/3 der Vorderwand

25 Myokardszintigraphie: Prognostische Indikatoren N = 455 Patienten (mit stabiler Angina pectoris) Perfusion normal: 137 (30%) Reversible Perfusionsdefekte: 167 (33 %) Fixierte Perfusionsdefekte: 151 (37%) Follow up: 6 +/- 1.7 Jahre; 93 Patienten (20%) starben Jährliche Mortalitätsrate: normale Perfusion: 1.5% abnormale Perfusion: 4.5% 25 Multivariate Analyse (unabhängige Prädiktoren): Alter, männiches Geschlecht, Diabetes, Herzinsuffizienz Rauchen, reversible & fixierte Perfusionsdefekte Elhendi et al, JNM 2005

26 Fragen an die Nuklearkardiologie 26 Trend zur Früherkennung - Benötigt: Sensitive diagnostische Tests, die Vorläufer einer klinisch offenen Erkrankung erkennen Zunehmende Vielfalt therapeutischer Optionen - Benötigt: Prognose-orientierte Tests zur Erleichterung der klinischen Entscheidungsfindung Betonung der personalisierten Medizin - Benötigt: Umfassende Tests zur Charakterisierung des individuellen Krankheitsmusters und des resultierenden Risikos

27 Eine Antwort. : SPECT/CT 27

28 SPECT/CT - Methodik 28 Absorptionskorrektur (CT) Calcium Scoring und MPS Koregistrierung (SPECT/CT) Dynamische Datenakquisition - Gating (kardial und respiratorisch)

29 Schwächungskorrektur mit low dose CT 29 Durch SPECT-CT wird die Schwächungskorrektur bei der Myokardszintigraphie ein robuster, einfach umsetzbarer klinischer Standard

30 Software basierte Reorientierung von CT und SPECT für Schwächungskorrektur 30 Goetze et al., JNM 2007

31 Myokardszintigraphie in SPECT/CT-Technik 31 Durch SPECT-CT wird die Myokardperfusionsszintigraphie bei Patienten ohne bekannte KHK routinemäßig mit Koronarkalkmessungen kombiniert werden

32 Plaque Charakterisierung mit MSCT - Kalk 32 LCA RCA

33 Koronarkalk (CAC) 33 Gewinn an prognostischer Information mit der Perfusionsuntersuchung Frühe Erkennung der koronaren Arteriosklerose (aber nicht spezifisch, da Arteriosklerose nicht gleichbedeutend mit Stenose) CAC: Korrelation mit der gesamten Koronarplaqueload Remodeling

34 Prognostischer Wert von CAC asymptomatische Personen mit Risikofaktoren EBCT, Follow Up 5 Jahre L.Shaw et al., Radiology 2003 Calcium Score addiert unabhängige inkrementelle Information zu traditionellen Risikofaktoren

35 Prognostischer Wert von CAC in 4 ethnischen Gruppen 35 MESA Datenbank, 6722 Personen ohne KHK Bild et al. Circulation 2005;111:

36 Vergleich von CAC und Myokardszintigraphie 36 Moderate Ischämie > 10% LV Milde Ischämie > 5% LV n = 1195 Berman et al JACC August 2004

37 Myokardiale Perfusion und Koronarkalk N = 1084 Personen mit normalem Myokardperfusionsszintigramm 37 Brown et al SNM 2007

38 Patientenfall #2: Myokardiale Perfusion und Koronarkalk Tc- 99m MIBI SPECT/CT unter Belastung und in Ruhe 38 1-Tages-Protkoll Medikamentöse Belastung mit Adenosin 0,8 mg/kg Körpergewicht Belastungs-SPECT (287 MBq Tc-99m MIBI i. v.) Ruhe-SPECT (628MBq Tc-99m MIBI i. v.)

39 Patientenfall #2: Myokardiale Perfusion und Koronarkalk Tc- 99m MIBI SPECT/CT unter Belastung und in Ruhe 39

40 Patientenfall #2: Myokardiale Perfusion und Koronarkalk Tc- 99m MIBI SPECT/CT unter Belastung und in Ruhe 40

41 Patientenfall #2: Myokardiale Perfusion und Koronarkalk Tc- 99m MIBI SPECT/CT unter Belastung und in Ruhe 41

42 Patientenfall #2: Myokardiale Perfusion und Koronarkalk Tc- 99m MIBI SPECT/CT unter Belastung und in Ruhe 42 Koronarkalk-Score (Calcium-Score) berechnet aus dem low dose CT zur Schwächungskorrektur beträgt 337; Altersgemäßer Wert bei Frauen: 22 (75% Perzentile) Deutlich erhöhter Koronarkalk-Score als Hinweis auf ein erhöhtes kardiales Risikoprofil Befund: Nachweis einer belastungsinduzierten Ischämie in der Herzspitze sowie im apexnahen bis mittventrikulären Myokard anterolateral

43 Myokardiale Perfusion und Koronarkalk 43 Brown et al SNM 2007

44 Myokardiale Perfusion und Koronarkalk MPS only MPS & CCS Sensitivity Specificity Schepis et al EANM 2007 Zusätzlicher Wert des Kalkscores als zusätzlichem Parameter zu gated SPECT für die KHK Diagnostik einer Population mit mittlerem Risiko

45 PET/CT 45 PET/CT Tomograph: Kombination aus einem Mehrschicht-CT und einem PET Scanner der jeweils neuesten Generation, und damit Kombination aus morphologisch-anatomischer und metabolisch-molekularer Bildgebung

46 PET/CT Zentrum Ärzte Radiochemiker Technische Assistenz Wissenschaftler Radiopharmazie PET/CT Zyklotron Kleintier-PET/CT Nuklearmedizinische Klinik im Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München

47 Diagnostik im Krankheitsverlauf 47 (Molekular-) Biologie Physiologie / Funktion Morphologie Angio MSCT MRT Nuklear

48 Diagnostische Herausforderungen für PET/CT Stabile Stenose (CTA) 48 Endotheliale Dysfunktion (PET) Plaque-Ruptur (PET) Koronare-Kalzifikation (CT) Plaque Imaging (PET/CT) Entzündung (PET) Akuter Verschluß (CTA)

49 PET - Vitalitätsdiagnostik 49 Vital Nicht-vital Residuelle Perfusion / Reserve Kontraktile Reserve Oxidativer Metabolismus Glukoseutilisation Membran Integrität DTPA Hyperenhancement Zell Tod/Nekrose

50 Myokarde Vitalität und Impakt der Revaskularisation Metaanalyse von 24 Studien (3088 Patienten) 3,2 Allman et al JACC 2002: % +23% 7,7 6,2 Revasc Medical Revasc Medical Viable Non-Viable 50

51 Vitalität: Myokard im Winterschlaf (hibernating) 51 Hibernating myocardium: Chronisch minderperfundiertes Myokard, das sich nicht kontrahiert aber noch lebt (evtl. stimulierbar ist durch Dobutamin). Nach Revaskularisierung kann sich die Pumpfunktion stark verbessern Kennzeichen: Erniedrigte Perfusion und erhöhte Glukose-Aufnahme

52 Indikationen für kardiale Vitalitätsdiagnostik 52 Gestörte Wandbewegung (Akinesie) Gefäßverschluss im Koronarangiogramm Fixierter Defekt im Szintigramm Z.n. bekanntem Infarkt Stark verminderte LV-Funktion Sofern der Patient auch technisch operabel ist, d.h. die Untersuchung Konsequenzen hat!

53 Patientenfall #3: Hibernierendes ( winterschlafendes ) Myokard Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 53 Patient: Diagnose: Fragestellung:, 64 Jahre Schwergradige Herzinsuffizienz bei diffuser KHK mit mehreren Stenosen (RIVA, RD, RCA peripher) In der Herzechographie: Schwerstgradige Hypokinesie, EF % Zum Nachweis von hibernierendem Myokard/Vitalitätsnachweis

54 Patientenfall #3: Hibernierendes ( winterschlafendes ) Myokard Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 54 Protokoll: Tag 1: Ruhe SPECT/CT Myokardszintigraphie (465 Tc-99m MIBI i. v.) Tag 2: F-18-FDG PET/CT unter Verwendung eines Clamp-Protkolls: Einstellung des Blutglukose-Spiegels mit Glukose und Insulin i. v. über 60 Min.; 205 MBq F-18-FDG i. v., Aufnahmebeginn 40 Min. p. i., 1 Bettposition à 10 Min.

55 Patientenfall #3: Hibernierendes ( winterschlafendes ) Myokard Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 55 FDG FDG FDG

56 Patientenfall #3: Hibernierendes ( winterschlafendes ) Myokard Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 56 Befund: Mismatch-Befund zwischen der Ruhe SPECT der Myokardszintigraphie und der F-18-FDG PET/CT im Apex anterior/antero-septal apexnah sowie im basisnahen 1/3 inferior/infero-septal mit aufgehobener Perfusion in der SPECT der Myokardszintigraphie und erhaltenem Glukosemetabolismus in der F-18-FDG PET/CT Nachweis von hibernierendem/vitalem Myokard

57 Myokardiale Viabilität: [ 13 N]H3 und [ 18 F]FDG 57 NH3 FDG Vitalität Regionale Analyse - Normal: 77% Mismatch: 23% Narbe: 0% Die Koronarien zeigen Kalzifikationen (gelb) über 400 HU

58 Vergleich der diagnostischen Informationen: PET und CT 58 Parameter PET CT Linksventrikuläre Funktion Koronare Kalzifikation - ++ Koronarangiographie - ++ Perfusion Metabolismus Vitalität (?) Plaquemorphologie - + Molekulare Bildgebung ++ - (Matrixmetalloproteinasen, Annexin-5, RGD, Palque Imaging soft Plaques) Schwaiger et al. JNM 2005:

59 Diagnostischer Algorithmus 59 Symptomatisch stabiler Patient Wahrscheinlichkeit für KHK Niedrig mittel hoch CACS CACS MPI MPI CTA CTA Prävention Medikation PCI Operation/Revaskularisation

60 Patientenfall #4: Sarkoidose Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 60 Patient: Diagnose:, 51 Jahre Cutan histologisch gesicherte Sarkoidose CT-morphologisch Stadium II mit cutaner, pulmonaler und V. a. kardiale Beteiligung (Perikarderguss) Anamnese: Z. n. Haut-PE 2011 Voruntersuchungen: Fragestellung: KM CT Thorax 02/13 - im Vgl. zu 02/12 diskrete Zunahme des Perikardergusses, unveränderte Darstellung der pulmonalen und pleuralen Verdichtungen sowie der mediastinalen und hilären, z. T. verkalkten LK bei Sarkoidose Stadium II Mitbeurteilung Befall bei Sarkoidose, insb. kardiale Mitbeteiligung

61 Patientenfall #4: Sarkoidose Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT Tages-Protokoll Tag 1: Tc-99m MIBI SPECT/CT in Ruhe (452 Tc-99m MIBI i. v.) Tag 2: F-18-FDG PET/CT F-18 FDG Aktivität: 5 MBq/kg (550 MBq) Herz-Protokoll: i. v. Applikation von unfraktionierten Heparin assoziiert mit erhöhten Fettsäure-Plasma Level und Utilization in normalem Myokard (anstelle von Glukose) 45 min vor FDG- i. v. Injektion 5 IE/Kg KG (500 IE) Heparin i.v. sowie 15 min vor FDG- i. v. Injektion 10 IE/Kg KG (100 IE) Heparin i.v. Aufnahme 60 min. p. i. (1 BP à 10 min. (Herz)) GK-Protokolll 90 min. p. i. (9 BP à 3 min. (GK)) [Mc Ardle et al., Journal of Nuclear Cardiology, 2013]

62 Patientenfall #4: Sarkoidose Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 62

63 Patientenfall #4: Sarkoidose Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 63 FDG-positive Nodi und pulmonale Verdichtungen, vereinbar mit einem nodalen und pulmonalen Befall

64 Patientenfall #4: Sarkoidose Tc- 99m MIBI SPECT/CT F-18 FDG-PET/CT 64 Befund: Darstellung einer kardialen Beteiligung mit fokaler kardialer FDG-Aktivität antero-lateral, lateral sowie postero-lateral in den basisnahen 2/3 (unter Glukoseutilisations-Suppression im Rahmen des Sarkoidose-Protokolls in der F- 18-FDG PET/CT mit i. v. Heparin-Applikation) Physiologische Darstellung der kardialen Perfusion in der Tc-99m MIBI SPECT/CT der Myokardszintigraphie FDG-positiver nodaler und pulmonaler Befall im Ganzkörper F-18 FDG PET/CT

65 Perspektiven - Nuklearkardiologie Neue Hybridbildgebungsverfahren 2. Neue Tracer

66 Hybridbildgebung 66 PET/CT MR/PET Courtesy of M.Lichy, B. Pichler, H.-P. Schlemmer, C. Claussen UKT, Tubingen, Germany

67 Perspektiven - Nuklearkardiologie Neue Tracer

68 Neue PET-Tracer F BMS ist eine nichttoxische Modifikation des Zellgifts Pyridaben mit hoher Affinität zum mitochondrialem Komplex I in der Atemkette O N N Cl O 18 F O

69 Nuklearkardiologie - Hybridbildgebung 69 MPI SPECT/CT PET/CT MR/PET Integrierte Methoden - Nutzen für die nicht-invasive kardiale Diagnostik Höhere Genauigkeit: invasive nicht-invasive Diagnostik Multimodale Ansätze erfordern - Änderung Organisationsstrukturen - Neuordnung der Ausbildung

70 Bildgebung in der Kardiologie MPI SPECT/CT PET/CT MR/PET SPECT ist wichtiges Standbein kardiologischer Diagnostik mit dokumentierter diagnostischer und prognostischer Wertigkeit Kombination von Perfusion und Funktion mit SPECT/PET erlaubt einfache Abschätzung des Schweregrades einer KHK CT erlaubt Kalkdiagnose und nicht-invasive Koronarangiographie SPECT/CT, PET/CT und MR/PET eröffnen neue Möglichkeiten für multimodale Bildgebung der KHK Molekulare Bildgebung ermöglicht die Visualisierung biologischer Prozesse wie z.b. Entzündung, hat aber zur Zeit nur experimentelle Anwendung 70

71 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt University of Rostock, Germany Department of Nuclear Medicine Prof. Dr. Bernd J. Krause Tel. + (49) 381/