Nuklearmedizin. Einführung Teil 2. Nuklearmedizin. Lernziele. Biologie. Pharmakologie. Chemie Radiopharmakologie. - Diagnostik

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1 Nuklearmedizin Biologie Nuklearmedizin Pharmakologie Einführung Teil 2 Chemie Radiopharmakologie Physik Kernphysik Messtechnik & Bilderzeugung Nuklearmedizin - Diagnostik - Therapie Lernziele NM Methoden in der Klinik Fragestellung: Zur Abklärung welches klinischen Problems setze ich welches Untersuchungsverfahren ein Indikation: Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade Was erwarte ich für ein Ergebnis und was tue ich in Abhängigkeit davon Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade Aktive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Ionen-Transport ( J -, TcO4 -, Tl + ) Molekül-Transport ( Glukose, Aminosäuren ) Phagozytose ( Kolloide ) Tubulärer Transport ( Hippuran, Mag3 ) 1

2 Aktive Aufnahme - Ionentransport Szintigraphie der Schilddrüse mit 99m TcO - 4 Aktive Aufnahme - Ionentransport Myokard-Szintigraphie mit 201 TlCl Aktive Aufnahme - Ionentransport Darstellung eines Meckel sches Divertikels: 99m TcO - 4 R ant L Aktive Aufnahme des Radiopharmazeutikums 1 min... Ionen-Transport ( J -, TcO4 -, Tl + ) Molekül-Transport ( Glukose, Aminosäuren ) Phagozytose ( Kolloide ) Tubulärer Transport ( Hippuran, Mag3 ) min SS, m, 24 y 123J-Amino-Phenyl-Alanin Fallbeispiel: Pilozytisches Astrozytom Aminosäurestoffwechsel: Aminosäuretransport 18 F O CO 2H HO CH3 CO2H H2N CO2H NH2 18 F-Ethyl-L-Tyrosin 123 I NH2 123 I NH2 123 I CO 2H 123 I-α-Methyl-L-Tyrosin 123 I-Aminophenylalanin 123 I-Phenylalanin NH2 AS-Transporter (L, ASC) BLUT- HIRN-SCHRANKE x Proteinsynthese X Transferase Proteinabbau Proteine Tumorzelle T1w IPA 2

3 Szintigraphie des Sentinel-Lymph node (SLN) Aktive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Ionen-Transport ( J -, TcO4 -, Tl + ) Molekül-Transport ( Glukose, Aminosäuren ) Phagozytose ( Kolloide ) Radiopharmazeutikum Tc-99m markierte Albumin-Kolloide (Größe nm) Volumen 0,2-1,0 ml Aktivität: MBq (bei OP 24 h p.i.) MBq (bei OP am gleichen Tag) Tubulärer Transport ( Hippuran, Mag3 ) Szintigraphie des Sentinel-Lymph node (SLN) Szintigraphie des Sentinel-Lymph node (SLN) Bildgebung II Zusätzlich und falls verfügbar bei komplizierten Fällen SPECT/CT zur genauen anatomischen Zuordnung des Sentinels Befundung Erscheinungszeit Darstellung einer eigenen Lymphbahn Anatomische Lage Anzahl der SLN Mariani et al. J Nucl Med 2001; 42: Szintigraphie des Sentinel-Lymph node (SLN) Nach der Nuklearmedizin: Operative Freilegung und Resektion des/der nuklidspeichernden LK mit Hilfe einer Gamma-Sonde und ggf. Methylenblau Screenen auf Restaktivität! Pathologische Aufarbeitung Aktive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Ionen-Transport ( J -, TcO4 -, Tl + ) Molekül-Transport ( Glukose, Aminosäuren ) Phagozytose ( Kolloide ) Tubulärer Transport ( Hippuran, Mag3 ) 3

4 Aktive Aufnahme Tubuläre Sekretion Nieren - Funktions-Messung mit einer Gammasonde Aktive Aufnahme Tubuläre Sekretion Nieren - Funktions-Szintigraphie mit einer Gammakamera Aktive Aufnahme Tubuläre Sekretion Nieren - Funktions-Szintigraphie mit einer Gammakamera Aktive Aufnahme Tubuläre Sekretion Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade Passive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Perfusion ( Edelgase, Isonitrile, ph-shift Substanzen ) Chemisorption ( Phosphate, Phosponate ) Glomeruläre Filtration ( DTPA ) 4

5 Passive Aufnahme Perfusion / Energiestoffwechsel Passive Aufnahme Perfusion / Energiestoffwechsel Myokard-Szintigraphie 99m Tc-MIBI: normale Verteilung pathologische Speicherung, rez. SD-Ca Passive Aufnahme Perfusion / ph shift Anreicherung von ph-shift Substanzen Tc-99m HMPAO und Tc-99m ECD Hexamethylpropyleneamine Oxime Ethylcystein-dimer Passive Aufnahme Perfusion / ph shift Zerebrale Perfusions-Szintigraphie: Tc-99m HMPAO Blut Blut-Hirn-Schranke L-H* L + H* Nervenzelle L = Lipophiler Anteil ; H = hydrophiler Anteil Normalbefund Passive Aufnahme Perfusion / ph shift Zerebrale Perfusions-Szintigraphie: Tc-99m HMPAO Passive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Perfusion ( Edelgase, Isonitrile, ph-shift Substanzen ) Chemisorption ( Phosphate, Phosponate ) Glomeruläre Filtration ( DTPA ) 5

6 Passive Aufnahme Chemisorption Skelett-Szintigraphie Passive Aufnahme des Radiopharmazeutikums Perfusion ( Edelgase, Isonitrile, ph-shift Substanzen ) Chemisorption ( Phosphate, Phosponate ) Glomeruläre Filtration ( DTPA ) Tc-99m Phosphonat Pat mit met. NSCLC Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade Rezeptorbindung des Radiopharmazeutikums Hormone ( Somatostatin, Östradiol ) Antikörper ( CEA, CD 20/22, CD 66 ) Neurotransmitter (Dopamin - D2-Rez., -Reuptake ) Rezeptorbindung - Hormone Somatostatin Analogon Octreotide ( Sandostatin ) Rezeptorbindung - Hormone Patient mit SCLC Skelett-Szintigraphie Octreotide -Szintigraphie 6

7 Y Y Y Somatostatin-Rezeptor Szintigraphie Somatostatin-Rezeptor Szintigraphie/Insulinom 68-Jahre Hypoglykämien Vor der Untersuchung BZ zwischen 50-65mg/dL HYPERVASKULARISIERTER TUMOR Rezeptorbindung des Radiopharmazeutikums Rezeptorbindung - Antikörper Phagozytose: J-131- CEA Tc-99m Kolloid Hormone ( Somatostatin, Östradiol ) Antikörper ( CEA, CD 20/22, CD 66 ) Neurotransmitter (Dopamin - D2-Rez., -Reuptake ) R L Rezeptorbindung - Antikörper Radioimmuntherapie Rezeptorbindung - Antikörper Y Y Y Y FDG 4/ PU 7

8 Rezeptorbindung - Antikörper R V L L D R Rezeptorbindung des Radiopharmazeutikums Hormone ( Somatostatin, Östradiol ) Antikörper ( CEA, CD 20/22, CD 66 ) Neurotransmitter (Dopamin - D2-Rez., -Reuptake ) PU RAIT, rez. NHL In-111 / Y-90 LL2 Rezeptor-Szintigraphie ZNS: Radiopharmaka Variable PET-Tracer SPECT-Tracer Dopaminrezeptordichte: [ 11 C]Raclopride 123 I-IBZM Dopamin-Reuptake: Dopaminsyntheserat: 18 F-FP-CIT F-Dopa 123 I-ß-CIT, 123 I-FP-CIT Tc-TRODAT - Serotoninrezeptordichte 18 F-Altanserin 123 I-5-R91150 Benzodiazepinrezeptor: 11 C-Flumazenil 123 I-Iomazenil Rezeptorbindung - Neurotransmitter J-123 FP-CIT DAT-Scan Klinisches Beispiel: Normalbefund S O S H3C N COOCH3 R N COOCH3 H 3C N Tc N N O O C I* Cl KOKAIN [123 I]ß-CIT: R = CH 3 [ 123 I]FP-CIT: R = F-Propyl [ 123 I]-IPT: R = *I-Propylen 99m Tc-TRODAT-1 S. Samnick, Homburg 2001 Rezeptorbindung - Neurotransmitter J-123 FP-CIT DAT-Scan Klinisches Beispiel: Beginnender M. Parkinson Rezeptorbindung - Neurotransmitter J-123 FP-CIT DAT-Scan Klinisches Beispiel: Ausgeprägter M. Parkinson 8

9 Rezeptorbindung - Neurotransmitter D2- Rezeptoren Ligand: J-123-IBZM Rezeptorbindung - Neurotransmitter D2-Rezeptoren Ligand: C-11 Raclopride vor Therapie unter Therapie Kontrolle IBZM 18j. Mann 18j. Mann mit M. Wilson unter Therapie mit d-penicillamin Kapillarblockade Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade Tc-99m Albumin-Aggregat Mikrosphären Kapillarblockade Kapillarblockade Tc-99m Mikrospären Tc-99m Mikrospären Kr-81m Edelgas Kr-81m Edelgas 9

10 R L Nuklearmedizin Radionuklide Positronen-Emitter Biologie Pharmakologie Positronen- Emitter Halbwertszeit Produkt Maximale Energie des Positrons Max. lineare Reichweite Mittl. lineare Reichweite min MeV mm mm Chemie Physik Radiopharmakologie Kernphysik Messtechnik & Bilderzeugung PET Nuklearmedizin - Diagnostik - Therapie 11 C B N 9.9 C O 2.1 N F 110 O Ga 68 Zn Rb 1.3 Kr A A + Z X Z-1Y + β + ν R L R L Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Positronen Emissions Tomographie ( PET ) HOCH 2 OH OH O OH 18 F 18 F-FDGFDG 1-22 mm PNP N P P N P N N P PNP N P N N P N N P Instabiler Kern ß + - Zerfall: p n + e + + ν e ν e 511 kev 511 kev e - D 2 e + γ D 1 γ E = m c 2 Koinzidenz-Detektor 10

11 Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Unauffällige Untersuchung des ZNS mit F-18-FDG Positronen Emissions Tomographie ( PET ) M. Alzheimer - Untersuchung des ZNS mit F-18-FDG ( Demenz infolge progredienter Hirnatrophie ) M. Alzheimer - Untersuchung des ZNS mit F-18-FDG ( Demenz infolge progredienter Hirnatrophie ) Positronen Emissions Tomographie ( PET ) M. Pick - Untersuchung des ZNS mit F-18-FDG (Demenz infolge Frontal- / Temoral- Lappen Atrophie) MR prädominante Atrophie des Lobus parietalis bds. FDG Bilaterale Erniedrigung des FDG Uptakes im gleichen Bereich Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Glukosestoffwechsel - Tumorzelle Relative Hypoxie der Tumorzelle Veränderungen der Menge und Zusammensetzung glykolytischer Enzyme / Isoenzyme Überexpression der Glukose -Transporter Vermehrter Glukoseeinstrom Erhöhte Phosphorylierung Verminderte Dephosphorylierung FDG 5/ BL 11

12 Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Die Situation in der Klinik: Die Antwort durch Molekulares Imaging SUVmax = 13.8 FDG Anatomie: CT Funktion: FDG PET KF Staging und Restaging der Lymphome Staging und Restaging der Lymphome Chemoth. M.Hodgkin 07/2007 NON-RESPONDER 10/2007 NHL VOR CHEMOTHERAPIE Staging und Restaging der Lymphome RESTLYMPHOM - CT KOMPLETTE REMISSION - PET Entzündung Seit mehreren Wochen Müdigkeit, Abgeschlagenheit Zeitweise Fieber Im Labor alles außer BSG (54mm/1.h) und CRP (18,3mg/dl) normal Rö-Thorax, CT Abdomen und CT- Thorax unauffällig Herz-Echo unauffällig FDG-PET zur Entzüdungssuche HS NHL NACH CHEMOTHERAPIE 12

13 vor Steroid Therapie nach HS HS BrainPET First ever in-vivo images simultaneously acquired by MR and PET ( ) BrainPET for MAGNETOM Trio, A Tim System The first results Being designed exclusively for MAGNETOM Trio, A Tim System * Works in Progress. The information about this product is preliminary. The product is under development and is not commercially available in the U.S., and its future availability cannot be ensured. MR MR-PET PET * Works in Progress. The information about this product is preliminary. The product is under development and is not commercially available in the U.S., and its future availability cannot be ensured. Courtesy of Townsend and Nahmias University of Tennessee, USA and Schlemmer, Pichler, Claussen University of Tuebingen, Germany Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 13