Vorlesung. Bildgebende Verfahren, Strahlenbehandlung und Strahlenschutz. Grundlagen. Lehrbücher / Literatur. Homburger Vorlesungen und Veranstaltungen

Transkript

1 Vorlesung Bildgebende Verfahren, Strahlenbehandlung und Strahlenschutz Grundlagen Lehrbücher / Literatur, Basiswissen und klinische Anwendung Hrsg. Harald Schicha, Otmar Schober, 7. Auflage Schattauer Verlag, 2013, ISBN Hrsg. Torsten Kuwert, Frank Grünwald, Uwe Haberkorn,Thomas Krause, 4. neu erstelle und erweiterte Auflage Thieme Verlag, 2008, ISBN Internet: Deutsche Gesellschaft für Homburger Vorlesungen und Veranstaltungen Auf der Homepage des Klinikums, Einrichtungen Klinik für kliniken_institute/radiologie/nuklearmedizin/ forschung_und_lehre/informationen_fuer_studenten/ Veranstaltung anklicken, dann Zugang mit Benutzername: Password: SS2013 Interne Quelle Med. Bildgebung Externe Quelle Externe Exzitation MRT Bioluminiszenz Projektion Interne Quelle Interne Quelle Single Photon Szintigraphie Interner Tracer SPECT Positronen-Emissions-Tomographie Med. Bildgebung Transmission Röntgenstrahlen CT Med. Bildgebung Natürl. Quelle Transmission Thermographie (EKG, EEG) Röntgenstrahlen CT Projektionsradiographie Projektionsradiographie Externe Quelle Reflektion Refraktion Ultraschall Endoskopie Photographie Videographie Externe Quelle Reflektion Refraktion Ultraschall Endoskopie Photographie Videographie 1

2 Medical Imaging I Vor 500 Jahren Andreas Vesalius ( ) Medical Imaging II Die Darstellung der Anatomie ist weniger schwierig als die Dastellung der Funktion 16. Jahrhundert Andreas Vesalius Heute G.v.Schulthess - Entwicklung I 1896 Henri Bequerel: Entdeckung der Radioaktivität in Uran 1. März Wilhelm Konrad Röntgen: Entdeckung der X-Strahlen 8.Nov Pierre and Marie Curie: Identifikation von Thorium, Polonium, Radium II 1931 Ernest Lawrence: Zyklotron - Entwicklung 1934 Irene und Frederic Joliot: Künstliche Radioaktivität ( Bestrahlung von Al mit α Po ) 1936 Ernest Lawrence: 32 P 1937 Livingood und Seaborg 131 I 1938 E. Segrè und Seaborg 99m Tc 2

3 Messtechnik und Bilderzeugung 1895/6 Film 1925 Geiger-Müller Zähler H.Bequerel - Entwicklung 1947 Kallmann: Szintillations Kristalle Hand des Anatomen v. Kölliker aufgenommen von W.C. Röntgen 23. Jan Hofstaedter: Tl aktiviertes NaI Kristall 1951 B. Cassen: Rectilinear Scanner 1958 H. Anger: Gamma-Kamera 1963 D. Kuhl: Transaxial tomography 1971 Brownell,Mühlehner,Phelps,Ter-Pergosian: Positronen-Kamera Radiopharmazeutika und Tracer 1923 Georg von Hevesey - Blei-Aufnahme in Pflanzen ( Akkumulation ) - Meatpie story 1911 Rutherford,Manchester Lernziele Einführung Unterschied zwischen einem anatomisch / morphologischen und einem funktionellen Ansatz in Diagnostik und Therapie verstehen. Naturwissenschaftliche Grundlagen und deren Umsetzung / Einsatz kennen 1927 Blumgart and Weiss - examining circulation with Radium Die Frage beantworten können: Was ist und was tut die? Bildgebung Die Situation in der Klinik: Beispiel Sportwagen Morphe / Gestalt Funktion 3

4 Untersuchung der Funktion: Die Situation in der Klinik: Die Antwort durch Molekulares Imaging SUVmax = 13.8 FDG PET KF Anatomie: CT SUVmax = 13.8 Funktion: FDG PET KF Das Gebiet der umfasst die Anwendung radioaktiver Substanzen und kernphysikalischer Verfahren zur Funktionsund Lokalisationsdiagnostik von Organen, Geweben und Systemen sowie offener Radionuklide in der Behandlung. Deutscher Ärztetag 2003 (Muster-)Weiterbildungsordnung - Beim radioaktiven Zerfall entstehende Strahlung: Photonen-Strahlung Gamma-Strahlung Röntgen-Strahlung Korpuskular-Strahlung Elektronen ( β - - Strahlung ) Positronen ( β + - Strahlung ) Protonen Neutronen He - Kerne ( α Strahlung ) 4

5 R L R L Positronen Emissions Tomographie ( PET ) Radionuklide Positronen-Emitter HOCH 2 OH Positron-Emitter O ( Überschuss OH 18 F an Protonen ) 18 F-FDGFDG 511 kev OH 1-22 mm e - 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 511 kev D 2 e + γ D 1 γ E = m c 2 Koinzidenz-Detektor ν e Positronen- Emitter Halbwertszeit Produkt Maximale Energie des Positrons Max. lineare Reichweite Mittl. lineare Reichweite min MeV mm mm 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 Radionuklide Anforderungen bei dem Einsatz in der Diagnostik Therapie Reiner β + / γ - Strahler [α / γ] β - Strahler Geeignete Energie Geeignete Energie Rel. kurze phys. HWZ ( ~ h ) Mittlere phys. HWZ ( ~ h/d ) Radionuklide Technetium - Generator Diagnostik und Therapie Unbeschränkte Verfügbarkeit Leichte und schnelle Reindarstellung Eignung für Synthesen Radionuklide Technetium - Generator 5

6 Radiopharmazeutikum Radiopharmaka für die Diagnostik I Radionuklid Tc-99m + Organ - / Prozess - spezifischer Träger - Phosphonate - Mikrosphären - Perfusionstracer J Para-Amino-Hippursäure - Meta-Iod-Benzyl-Guanidin - Aminosäuren I-131- Jodid Schilddrüse Phosphonat Knochen Aggregate Lunge (Durchblutung) Isonitril Herzmuskel Durchblutung I-123- MIBG Herzmuskel Innervation Radiopharmaka für die Diagnostik II Ga-68-DOTATOC-PET: Karzinoid Erythrozyten Sulesomab Nanokolloid I-123- MIBG In-111- Octreotid Expression von Somatostatin-Rezeptoren auf Zelloberfläche von neuroendokrinen Tumoren PET-Imaging mit Rezeptor-Liganden SSTR-5 Blutpool Leukozyten Knochenmark/ Entzündung Neuroendokrine Tumoren Somatostatin- Rezeptoren Hellwig 2008 Tracer SSTR-2 Radiopharmaka für die Therapie Radiopharmazeutika Tracer für in-vivo Untersuchungen Kurze effektive HWZ ( < phys. / < biol. ) Trägerfrei Substanzmengen im nmol / pmol Bereich Biologische Prozesse bleiben unbeeinflußt Auch toxische Substanzen einsetzbar I-131- Jodid I-131- Jodid I-131- MIBG Y-90- Mikrosphären Samarium-153- EDTMP Schildrüsen- Überfunktion Schildrüsen- Karzinom Neuroendokrine Tumoren Lebermetastasen Knochenmetastasen 6

7 Radiopharmazeutika Anreicherung im Zielorgan Aktive Aufnahme Passive Aufnahme Rezeptorbindung Kapillarblockade ische Diagnostik Verschärfte Unterscheidung pathologisch veränderter Funktion von der Norm Untersuchung vor und nach Intervention Körperliche / pharmakologische Belastung Erfassung der funktionellen Reserve eines Organs- / Organsystems Messtechnik - Gammakamera Bilderzeugung: Ganzkörper - Scanner 7

8 Ganzkörper - Skelettszintigramm met. Mamma-Ca met. Prostata-Ca Die Form folgt der Funktion Hawkeye SPECT-CT System Warum? Die klinischen Probleme In der Diagnostik und Therapie spezifische Tracer Je spezifischer ein Radiopharmazeutikum - desto höher der Kontrast, das target / non target Verhältnis - desto niedriger die unspezifische Bindung und - die Information über die Umgebung der Anreicherung Zur Lokalisation anatomische Information - unspezifische Bindung - anatomische Bilder ( CT, MRI, US ) Biograph PET-CT System Biograph mct PET-CT System 8

9 PET-CT klinischer Einsatz I PET-CT klinischer Einsatz II M. Hodgkin CT neg. / FDG-PET pos. NHL CT neg. / FDG-PET pos. Ende der Einführung Fragen? 9