VORLESUNG Klinische Nuklearmedizin. Dabasi Gabriella Semmelweis Univ. Zentrum für NuklearMedizin
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1 VORLESUNG Klinische Nuklearmedizin Dabasi Gabriella Semmelweis Univ. Zentrum für NuklearMedizin
2 Die Definition der Nuklearmedizin Medizinische Anwendung der offenen radioaktiven Isotopen in der Diagnose in der Therapie in der Forschung
3 Wo befindet sich, was funktioniert Organen Gewebe Zellen Subzellulären Strukturen Rezeptoren, Enzymen, Transmittern, Biomolekulen Hypoxia, Apoptosis,Angiogenesis Multidrug Resistanz (MRD ) Genen, Genexpression Molekulare Bildgebung
4 Schnittbild ebene einer Thorax Untersuchung mit FDG PET Wo befindet sich diese pathologische FDG-Aufnahme?
5 Pathologosche Lymphknoten in der linken Achsel,FDG PECT-CT Untersuchung Erhöhte glykolytische Aktivität in diesem Lymphknoten, FDG ist ein biologischer Marker!
6 Nuklearmedizinische Methoden beruhen auf den folgenden Prinzipien: Bei Stoffwechselvorgängen kann der Organismus die Isotope eines Elements nicht voneinander unterscheiden Die radioaktiven Isotopen können in so geringer Menge angewandt werden, dass Stoffwechselvorgängen nicht beeinflusst sind.
7 Organ } Gewebe Funktion In vivo NM spezifischer Stoff +radioaktives Isotop = Radiopharmakon von außen detektierbar gezielte Lieferung Tracerprinzip György Hevesy Nobel Preis: 1943
8 HEVESY GYÖRGY
9 Hevesy der lustige Wissentschafler Hevesy hat in Manchaster mit Rutherford zusammen gearbeitet. Hevesy und noch andere jungen Wissenschaftler haben eine Wohnung gemietet, eine Hausfrau hat gekocht. Das Essen hat nicht geschmeckt.
10 Lustiger Tracer Prinzip Hevesy markierte das sonntägige Mittagessen mit Radioaktiv Material und in der nächsten Woche demonstrierte er das alten Fleisch in der Suppe, im Gulasch, im Boulette mit einer GM Rohr Die Putzfrau war schockiert und ist nicht mehr gekommen!
11 DIESES FLEISCH HAT MIR SCHON IN DER LETZTEN WOCHE NICHT GESCHMECKT!!
12 NM Diagnostische Anwendung Therapeutische Anwendung In vivo In vitro Einzelphoton-Methoden PET Methoden
13 In vivo Untersuchungen: Die Tracer werden in geringsten Mengen in den menschlichen Stoffwechsel eingeschleust um die Funktion von Organen (Gewäbe,Zellen, Subzelluläre Strukturen, ) zu prüfen und sichtbar zu machen Verwendet werden vorwiegend reine Gammaoder Positronenstrahler!
14 In vitro Untersuchungen: Untersuchung von Körperproben ( Blut,Urin..) Der menschliche Organismus kommt dabei nicht mit radioaktivität in Berührung.
15 Isotopen : Die gleiche Ordnungszahl im Periodensystem, Unterschiedliche Massenzahl!
16 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)
17 Radioaktive Isotope Neutronreich Beta Strahlung (beta Teilchen +gamma) Protonreich Positronen Strahlung (2 gamma) Kernreaktoren hergestellt Ziklotronen hergestellt Elektronen Einfang (charakteristische Röntgen Strahlung)
18 Die am häufigsten verwendeten Radioisotope in der Diagnostik: Gammastrachler: Tc-99m, I-131, Xe-133, Ga-67, In-111, I-123, Tl-201 Positronenstrachler: C-11, N-13, O-15 F-18, Ga-68, I-124
19 Die am häufigsten verwendeten Radioisotope in der Therapie Therapie: Teilchenstrahlungen Betastrachler: Y-90, I-131,177- Lu, Sm-153, Re- 186,-188 Alphastrachler: Bi-213, Ra-223,. Teilchen geben auf dem Weg durch die Materie ihre Energie ab.die pro Langenene abgebende Energie wird linear Eneregietransfer ( LET ) genannt. Die lineare Energietransfer ist beim Alphastrachlen so gross,dass sie ihre gesamte Energie innerhalb weniger Micrometer Abstand wom Zerfallsort abgeben. ( Genau dort zerfallen,wo eine Schadigung,Tumorzellen erwünscht ist.)
20 Ca. 90% der diagnostischen Untersuchungen ( SPECT ) werden mit 99m Tc markierten Radiofarmaka durchgeführt. 99m-Technetium ist ideal für Messungen mit Gamma Kamera, 140 kev ( 70 kev -400keV ) Monoenergetische Strahlung, ideal für Bildgebung Niedrige Strahlenbelastung, T ½: 6 Stunden Reine gamma Strahlung aus 99m-Molibden, große Menge von Photonen ( Poisson ) Praktische Verfügbarkeit, Eluation mit physiologischen Kochsalzlösung Mit vielen Molekülen geben stabile Komplexe
21 Tc-99m GENERATOR Mo-99, Aluminiumoxid, elution phys.kochsalzlösung, T1/2: 2.75d Tochterelement:Tc- 99m-nach dem beta Zerfall wird nicht an die Aluminiumoxid matrix gebunden, und kann mit physiologischer Kochsalzlösung eluiert werden. Mutterelement: Mo-99 ist absorbiert auf einer Aluminiumoxidsaule Nach einer Regenerationsphase kann dieser Vorgang wiedreholt werden
22 99m-Tc (Technécium) Reine Gamma Strahlung Niedrige Strahlenbelastung, T ½: 6 Stunden Monoenergetische Strahlung, ideal für Bildgebung (140KeV) Viele Moleküle werden markiert Praktische Verfügbarkeit, Eluation mit physiologischen Kochsalzlösung
23 Was bedeutet Radiopharmaka? radioaktiv markierten Medikamenten: Organ, Gewebe, Zelle, subzelluläre partikelspezifische Moleküle Gewebecharakterisierung Sie eignen sich zur quantitativen Charakterisierung biochemischer Prozesse
24 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 verstärkt 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.
25 Szintigramm 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)
26 Planare Untersuchungen 1. Statische Untersuchungen
27 Planare Untersuchungen 2. Sequenz-/Funktions-Szintigraphie
28 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.
29 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 -
30 Im Tomographiegerät befindet sich ein Detektorring. Die Detektoren sind in einer Koinzidenzschaltung miteinander verbunden. Durch die Koinzidenzschaltung der gegenüberliegende Detektoren wird das zeitgleiche Auftreffen zweier Photonen registriert.
31 99m Tc ist das Hauptisotop für SPECT Physikalische Eigenschaften: Strahlung Gamma Str. Halbwertszeit 6 h Gamma Energie 140 kev Chemische Eigenschaften sind positiv Verfügbarkeit ist einfach Generator
32 Hauptisotope 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
33 Positron Emission Tomography (PET) Abschnitte (PET ) Axiale Schnittbilder PET Ganzkörper Aufnahme Mit 18 F-FDG
34 PET vs. SPECT double-photon single-photon 1. Mehr sensitiv ( kein kollimator!) 2. Bessere Auflösung SPECT:10 mm, PET: 4-5 mm 3. Quantitativ auch absolute Menge (pl. ml/min/g, mol/min/g) 4. Biomoleküle : C-11, N-13, O-15, F-18, Ga-68. SLICE OF LIFE ( Lebensabschnitte )
35 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
36 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
37 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
38 Sensitivität der bildgebenden Verfahren RX / CT MRI US SPECT PET Biologische Sensitivität millimolar nanomolar picomolar 10-6 Picomol Prozesse sind sichtbar!
39 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität
40 Nuklearmedizin im allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
41 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
42 (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)
43 Standardized Uptake Value (SUV) standardisierte Aufnahmewerte
44 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
45 Nuklearmedizin im Allgemeinen Funktionelle Information Sensitivität Spezifizität Non-invasiv (Semi)-Quantitative Untersuchungen niedrige räumliche Auflösung Strahlenexposition
46 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
47 PET/SPECT CT Niedrige räumliche Auflösug Lange Untersuchungszeit Metabolische Information Differentiation von Narbe, viabilem und nekrotischem Tumor Hohe Spezifizität Hohe räumliche Auflösug Kurze Untersuchungszeit Morphologische Information Beurteilung des Ortes und der Ausdehnung Niedrige Spezifizität PET- CT kombiniert die Vorteilen beider Modalitäten
48 Radiologie und Nuklearmedizin Morphologie Radiologie Funktion Nuklearmedizin
49 Simultane Auswertung der Nuklearmedizinische Untersuchungen und CT Untersuchungen Die gute räumliche Auflösung der CT Hilft in der Beurteilung der Funktion von kleinen Läsionen
50 Bildfusion Morphológia Funkció
51 Hybrid-Geräte SPECT/CT PET/CT Charakterisieren die CT Läsionen Lokalisieren die Funktionen schnelle und genaue Diagnose
52 Integrierte bilgebende Geräte, PET/CT, SPECT/CT Simultane Aufnahme von nuklearmedizinischen und CT Daten - optimale Zusammenführung von funktioneller und anatomischer Bildgebung.
53 Die Patienten liegen an denselben Gantry, SPECT Untersuchung und CT folgen sich schnell nacheinander
54
55 Charakterisieren die CT Läsionen Lokalizieren die Funkzionen Charakterisiert die CT Läsionen Lokalisiert die Funktionen FDG-PET-CT
56 Die Zukunft ist HYBRID!!!! Morphologie Radiologie Funktion Nuklearmedizin
57 Die Definition der Nuklearmedizin, heute: F. Verzijlbergen: Lyon. October 2013 Molekulare Bildgebung Nachweis abnormer Prozesse und Funktionen in der Zelle vor dem Auftreten klinischer Symptome! Es hilft Ihnen, den Verlauf der Krankheit zu kennen. Definiert eine "personalisierte" Behandlung.
58 Prozess der Krankheit Molekulare, histologische und morphologische Veränderungen Molecular Biology Physiology& Function Morfology Frühe Veränderungen; Präklinischer Zustand, Klinische Erkrankung, Schweregrad Early changes; Preclinical state Clinical disease, severeness
59 Warum Nuklearmedizin? Empfindlichkeit: Pico-Nanomol / g Kein Einfluss auf die biologischen Funktionen Zahlreiche Moleküle
60 Die FRAGEN HILFE
61 1., Warum ist 99m-Technecium ideal für Messungen mit Gamma Kamera?, Welche Antwort ist Falsch? A., Monoenergetische Strahlung, B., Niedrige Strahlenbelastung, C., Praktische Verfügbarkeit, D., Positronen- emittierendes Isotop
62 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
63 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
64 4.,Nuklearmedizinische Methoden beruhen auf den folgenden Prinzipien: Welche Antwort ist richtig? A., Bei Stoffwechselvorgängen kann der Organismus die Isotope eines Elements nicht voneinander 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
65 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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