Die funktionelle, bildgebende Untersuchung von pathophysiologischen Prozessen ist das Ziel der nuklearmedizinischen Diagnostik. Moderne Radiotracer und hochentwickelte Tomographen ermöglichen heutzutage detaillierte in vivo Untersuchungen von Krankheitsprozessen auf molekularer Ebene.
Im Bereich der Angiologie können mit der molekularen Bildgebung z. B. pathologische Gefässwandveränderungen im Rahmen der Atherosklerose oder der Vaskulitiden hochsensitiv erfasst werden. Damit wird die Entwicklung von neuen Diagnostik- und Therapiestrategien möglich gemacht. Aber auch ältere, etablierte nuklearmedizinische Verfahren, wie z. B. die Perfusionsbildgebung oder der Blutungs- und Lymphszintigraphie haben mit einer modernen, auf Genauigkeit-gerichteten Umsetzung weiterhin einen festen Stellenwert im diagnostischen Algorithmus.
Dieses Kapitel soll einen Überblick über aktuelle nuklearmedizinische Verfahren zur Diagnostik von Pathologien der Gefässe sowie Zirkulationsstörungen von Blut und Lymphe geben. Der Fokus liegt dabei auf angiologische Fragestellungen, zu denen nuklearmedizinische Untersuchungsmethoden entweder bereits fest etabliert sind oder kürzlich den Sprung aus der wissenschaftlichen Erarbeitung in die klinische Anwendung schafften. Bezüglich hier nicht abgehandelter Untersuchungsverfahren wird der Leser auf andere Werke verwiesen.
Nuklearmedizin und Tracerprinzip
Die funktionelle Untersuchung von pathophysiologischen Prozessen ist das Ziel der nuklearmedizinischen Diagnostik. Damit unterscheidet sie sich fundamental von anderen bildgebenden Verfahren, welche zumeist die Struktur von Organen und Geweben erfassen. Da Störungen der Zell- oder Gewebsfunktion zumeist am Beginn einer Pathogenese stehen und morphologische Veränderungen erst in der Folge auftreten, kann eine funktionelle Diagnostik Krankheitsprozesse teilweise früher erfassen als die rein Morphologie-basierenden Methoden.
Grundlage der sogenannten molekularen Bildgebung ist das von Georges Charles de Hevesy (Nobelpreis für Chemie 1943) entwickelte Tracerprinzip: radioaktiv markierte Substanzen, die spezifisch für den zu untersuchenden Stoffwechsel-/Zellprozess entwickelt wurden, werden in den Organismus eingebracht und deren intrakorporale Verteilung oder Metabolismus durch Messung der radioaktiven Strahlung von aussen beobachtet. Die applizierte Substanzmenge ist dabei so gering, dass keine relevante Interaktion mit den zellulären Stoffwechselprozessen vorkommt. Als Radionuklide für die Diagnostik kommen zumeist Gammastrahlen-Emitter zum Einsatz, deren biologische Auswirkung, analog zur Röntgenstrahlung, als gering einzuschätzen ist. Durch die Verwendung von Alpha- oder Beta-emittierenden Nukliden sind auch therapeutische Ansätze möglich.
Heute stehen mit modernen Single-Photon-Emissions-Computertomographen (SPECT) und Positronen-Emissions-Tomographen (PET) hochsensitive Messverfahren zur Verfügung, um räumlich und zeitlich hochaufgelöste Untersuchungen durchzuführen. Die radiopharmazeutische Entwicklung lieferte zuletzt eine Vielzahl von Radiotracern, die spezifisch an Rezeptoren, Enzymen oder Proteinen ansetzen und damit konkrete Krankheitsprozesse erfassen können.
In der konventionellen Szintigraphie werden Radionuklide verwendet, die bei ihrem Zerfall Gammastrahlen emittieren. Diese haben die Eigenschaft, in Kristallen Lichtblitze (Szintillationen) auszulösen, die mittels geeigneter Detektoren in elektrische Signale umgewandelt werden können. Bei der planaren Szintigraphie wird die Gammastrahlung von flachen, in der Regel über und unter dem Patienten angeordneten Detektoren (sog. Doppelkopfsystem) aufgenommen. Damit werden statische, planare 2D-Ansichten der Verteilung des Radiotracers im Organismus angefertigt. Über eine fakultative, dynamische Bildakquisition kann die Anreicherungskinetik auch über die Zeit erfasst werden.
Bei der SPECT rotieren die Kameraköpfe um den Patienten und messen die Strahlungsintensität aus allen Richtungen in definierten Winkelschritten. Über Computer-gestützte Auswertungen werden 3D-Aufnahmen errechnet, so dass, ähnlich wie bei der CT, Rekonstruktionen aus allen Ebenen und Richtungen angefertigt und für eine detaillierte Darstellung der Tracerverteilung verwendet werden können. Dies erhöht zum einen die Sensitivität im Vergleich zur planaren Szintigraphie. Zum anderen ist in Verbindung mit einer CT-Untersuchung, einer sogenannten SPECT/CT als Hybridverfahren, auch eine genaue Lokalisationsdiagnostik möglich.
Als Radiopharmaka werden zumeist [99mTc]-markierte Verbindungen in der klinischen Routinediagnostik eingesetzt (Tab. 1). Die von diesem Nuklid ausgesendete Gammastrahlung weist, mit einem dominanten 140-keV-Peak und einer für die Untersuchung von pathophysiologischen Prozessen optimalen Halbwertszeit von ca. 6 Stunden, ideale Bildgebungseigenschaften bei niedriger Strahlenexposition auf. Zudem sind die logistischen Charakteristika mit der Möglichkeit einer in-house Produktion (Generatorprodukt) für den ubiquitären Einsatz sehr praktikabel.
in vivo oder in vitro Kopplung an β-Kette des Hämoglobins nach Redox-Reaktion mit Sn2+
Detektion von Erythrozyten-Extravasaten
Lymphszintigraphie
[99mTc]-Nanocolloide
Lymphgängige, denaturierte Albuminkolloide
Störung des lymphatischen Abstroms,
lymphonodale Speicherung im retikuloendothelialen System
Positronen-Emissions-Tomographen (PET)
Bei der PET werden, wie der Name schon vorgibt, Positronen-emittierende Radionuklide eingesetzt. Die ausgesendeten Positronen kollidieren nach einer kurzen Wegstrecke mit einem Elektron der atomaren Umgebung und es kommt zur sogenannten Annihilationsreaktion. Dabei entstehen paarweise 511 keV Gamma-Quanten, die in entgegengesetzter Richtung ausgesendet werden und in einem ringförmig um den Patienten angeordneten Kristalldetektorsystem gemessen werden können. Die gleichzeitig am Detektor auftretenden Gammapaare (Koinzidenz) ermöglichen die Errechnung ihrer Ausbreitungslinie und damit die Rekonstruktion des Annihilationsortes in einer 3D-Darstellung, welche mit einer zusätzlich angefertigten CT oder MRT (PET/CT bzw. PET/MRT) fusioniert werden kann. Die PET erreicht eine gute räumliche Auflösung (bis ca. 3.5 mm) bei höherer Sensitivität im Vergleich zur SPECT. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Radiotracer-Anreicherungen mit picomolaren Konzentrationen zu detektieren und somit hochsensitiv die Aktivität von Stoffwechselprozessen abzubilden oder dynamisch über die Zeit zu untersuchen und entsprechend zu quantifizieren. Als ein absolut quantifizierendes Messverfahren erlaubt die PET die Messung der Aktivitätskonzentration im Raum (Bq/ml). In der klinischen Routine wird häufig ein auf das Körpergewicht bezogener, relativer Intensitätsindex angegeben (standard uptake value, SUV).
Es stehen mehrere Radionuklide zur Verfügung, die sich in ihrer Positronenenergie sowie in der Halbwertszeit unterscheiden. Die Energie bestimmt die durchschnittliche Reichweite des Positrons, bis es zur Annihilation kommt und damit die Bildgebungseigenschaften. Die Herstellungsverfahren (z. B. in-house Generator-Produktion oder externe Zyklotron-basierte Produktionen) beeinflussen neben der Nuklid-spezifischen Halbwertszeit die logistische Handhabung und damit die Praktikabilität in der klinischen Anwendung. Für die klinische Diagnostik haben sich in den vergangenen Jahren v. a. [18F]- und [68Ga]- basierte Radiotracer durchgesetzt (Tab. 2). Als mit Abstand am meisten verwendete Vertreter der PET-Tracer sei das Glukose-Analogon 18Fluor-Desoxy-Glukose (FDG) genannt, welches im Rahmen des Zuckermetabolismus intrazellulär angereichert wird. Die intrazelluläre Aktivitätskonzentration spiegelt dann die Stoffwechselleistung der Zelle wider. Neben der onkologischen Diagnostik hat sich dieser Tracer u. a. bei der Untersuchung von Infektionen, autoimmunen Entzündungen wie z. B. Vaskulitiden oder bei der Atherosklerose-Bildgebung bewährt.
Tab. 2
Auswahl gängiger PET-Tracer in der Angiologie
Einsatzgebiet
Radiotracer
Molekulares/zelluläres Target
Biologischer Prozess
Atherosklerose
Vaskulitis-Diagnostik
[18F]-Desoxy-Glukose (FDG)
Glukoseanalogon intrazelluläres Trapping nach Phosphorylierung
Inflammatorische Aktivität bei Vaskulitiden
Inflammation in vulnerablen Plaques
Atherosklerose
[68Ga]-DOTATATE
Somatostatin-Rezeptor (SSTR-2)
Makrophagen-Dichte in vulnerablen Plaques
Atherosklerose
[18F]-Natriumfluorid
Hydroxyapatitkristalle
Aktive Mikrokalzifikationen in vulnerablen Plaques
Molekulare Bildgebung der Atherosklerose
Das pathophysiologische Konzept des vulnerablen Plaque hat viele Angriffsmöglichkeiten (Targets) für die Untersuchung mit molekularen Tracern eröffnet und die hierfür notwendige hohe Sensitivität wird mit der modernen PET-Bildgebung zunehmend gewährleistet. Aus der Beobachtung, dass bei akuten kardiovaskulären Ereignissen häufig rupturierte, hoch-thrombogene Plaques zugrunde lagen, erwuchs das Interesse an der Charakterisierung von precursor lesions mit inhärenter Vulnerabilität. Dies führte zuletzt zu der Definition von „Ruptur-gefährdeten“ bzw. „Erosions-gefährdeten“ Plaques.
Bei den «Ruptur-gefährdeten» Plaques liegt häufig eine makrophagenreiche Entzündung zu Grunde, in deren Verlauf es zu Zytokin-Ausschüttungen, Akkumulationen von Lipoproteinen, Hypoxien oder Nekrosen sowie Neovaskularisation mit der Gefahr von Hämorrhagien kommen kann, welche wesentlich zur Plaquedestabilisierung beitragen. Zudem ist die Entwicklung von Mikrokalzifikationen in der extrazellulären Matrix charakteristisch für diesen Typus. Dagegen zeichnen sich «Erosions-gefährdete» Plaques durch eine vermehrte Einlagerung von Proteoglykanen und Glykosaminoglykanen und weniger durch inflammatorische Zelleinwanderung aus. Aus der Pathogenese der vulnerablen Plaque ergeben sich eine Vielzahl von Ansatzpunkten für die molekulare Bildgebung, von denen im Folgenden die drei am weitesten verbreiteten Tracer kurz aufgeführt sind. Der weitergehend interessierte Leser sei an aktuelle Übersichtsarbeiten verwiesen (Sriranjan et al. 2019).
Als weit verbreiteter PET-Tracer eignet sich das Glukoseanalogon FDG für die Darstellung von Plaque-assoziierter Inflammation. Die Gefässwand-assoziierte Anreicherung des Tracers reflektiert dabei die glykolytische Aktivität von Makrophagen, Endothelien und glatten Muskelzellen. Eine erhöhte FDG-Speicherung in Carotiden und Coronarien korrelierte in histologischen Vergleichsstudien mit Merkmalen von Vulnerabilität, z. B. Makrophagen-Densität. In longitudinalen Studien konnte gezeigt werden, dass die Intensität der FDG-Speicherung mit einem erhöhten Risiko für ein kardiovaskuläres Ereignis vergesellschaftet ist (Rominger et al. 2009). Die FDG-PET/CT ist damit aktuell als zuverlässige Methode zur Visualisierung und Quantifizierung von Plaque-Inflammation etabliert. Aufgrund des unspezifischen Charakters des Tracers sowie der technisch bedingten langen Belichtungszeit ist seine Einsetzbarkeit im Bereich der Coronarien limitiert bzw. nur nach spezifischer Vorbereitung des Patienten und mit zusätzlichem apparativem Aufwand möglich.
Da Makrophagen u. a. den Subtyp 2 des Somatostatin-Rezeptors (SSTR-2) exprimieren, eignen sich PET-Tracer mit einem spezifischen Bindungsprofil für diesen Rezeptor (z. B. [68Ga]-DOTA-TATE oder -TOC) zur direkten Darstellung der Makrophagendichte in atherosklerotischen Plaques. Dabei ermöglicht eine niedrige myokardiale Speicherung die Einsetzbarkeit dieses Tracers im Bereich der Coronarien. In einer retrospektiven Studie korrelierte eine erhöhte DOTATATE-Speicherung in atherosklerotischen Plaques mit stattgehabten kardiovaskulären Events (Rominger et al. 2010). Und in einer kürzlich durchgeführten Studie konnten mithilfe der [68Ga]-DOTATATE-PET klinisch relevante von nicht-relevanten Plaques unterschieden werden, und dabei Plaques mit einem hohen Risiko sicher identifiziert werden (Tarkin et al. 2017).
Mikrokalzifikationen in atherosklerotischen Plaques können mithilfe des [18F]-Natriumfluorids ([18F]-NaF) untersucht werden, welches an exponierten Hydroxyapatitkristallen bindet und bereits in der PET-basierten Evaluation des Knochenstoffwechsels etabliert ist. In einer prospektiven Studie von Patienten mit Myokardinfarkt oder symptomatischer Carotisstenose konnten mit der [18F]-NaF-PET die klinisch verantwortlichen und rupturierten Plaques zuverlässig identifiziert werden. Und in einer histologischen Untersuchung der Carotis-Endarteriektomie-Präparate korrelierte die [18F]-NaF-Speicherung mit histologischen Merkmalen aktiver Kalzifikationen, Apoptose und Nekrose (Joshi et al. 2014).
Neben den hier genannten Targets und Tracern sind noch diverse weitere in der wissenschaftlichen Evaluation und Erprobung. Auch wenn noch weitere Studien zur Untermauerung der bisherigen Ergebnisse notwendig sind, hat die nicht-invasive, molekulare Plaque-Bildgebung das Potenzial, die Diagnostik, Risiko-Stratifizierung und Behandlung von Patienten mit kardiovaskulären Erkrankungen signifikant zu beeinflussen.
PET-Diagnostik der Vaskulitis
Die zuverlässige Diagnose von Vaskulitiden stellt weiterhin klinisch, laborchemisch und bildgebend eine grosse Herausforderung dar. So sind klinische Merkmale variabel und laborchemische Parameter keine zuverlässigen Marker für die Krankheitsaktivität. Und eine Biopsie der Schläfenarterie kann eine aktive Vaskulitis während der klinischen Remission nicht detektieren oder auch in einem falsch-negativen Ergebnis aufgrund einer Skip-Läsion resultieren.
In den letzten Jahren hat sich die FDG-PET/CT als neue, vielversprechende Modalität, insbesondere für die Evaluation von Grossgefäßvaskulitiden, wie Riesenzellarteriitis (RZA) oder Takayasu Arteriitis (TA) etabliert, die inflammatorische Prozesse in Gefässwänden mit hoher Sensitivität detektieren kann. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Aktivitätsgrad einer Vaskulitis, deren räumliche Ausdehnung sowie deren Verlauf unter Therapie in einer Ganzkörper-Untersuchung zu erfassen (Abb. 1 und 2). Die PET ist dabei weniger als ein alternatives Verfahren zu den etablierten Bildgebungsmethoden, wie MRI und Sonografie, zu verstehen. Vielmehr sollte die PET als eine komplementäre Methode im diagnostischen Algorithmus angewendet werden.
Abb. 1
Onkologisch indiziertes FDG-PET/CT bei Thymom (roter Pfeil) und Nachweis einer sekundären Vaskulitis der Aorta (weisse Pfeile) und der supraaortalen Gefässe (orangene Pfeile)
Abb. 2
Riesenzellarteriitis mit Nachweis von floriden Manifestationen an den V3 und V4-Segmenten der A. vertebralis bds. (rote Pfeile) und des Ramus frontalis der A. temporalis bds. (orangene Pfeile) im FDG-PET/CT
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Bei der Untersuchungsdurchführung sind spezielle Akquisitions- und Befundungskriterien zu berücksichtigen. So sind u. a. für die Realisierung eines guten Kontrastes zwischen der Gefässwandaktivität und der zirkulierenden Blutaktivität spezifische Ruhezeiten und Grenzen der Blutglukosekonzentrationen zu beachten. Zusätzlich kann es erforderlich sein, einen Gewebe-spezifischen Glukosestoffwechsel zu unterdrücken, beispielsweise des braunen Fettgewebes oder des Myokards, um die Detektierbarkeit von inflammatorischen Prozessen in regionalen Gefässen zu erhöhen. Um eine hohe Ortsauflösung zu gewährleisten, ist je nach verwendetem Scanner eine Anpassung der Scanzeit erforderlich.
In jüngerer Vergangenheit wurden konkrete Protokollempfehlungen formuliert, die diesen Besonderheiten Rechnung tragen. Zum anderen wurden Interpretationskriterien entwickelt, um ein hohes Mass an Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Untersuchungsergebnisse zu gewährleisten (Slart 2018).
In einer Metaanalyse wurden gute Sensitivitäten und Spezifitäten für die PET-gestützte Diagnose einer Grossgefäßvaskulitis berichtet, insbesondere mit sehr hohen Werten für die Diagnostik einer RZA (90–92 % bzw. 92–98 %). Differenzialdiagnostische Herausforderungen ergeben sich bei der Abgrenzung anderer inflammatorischer Wandprozesse. Insbesondere die Atherosklerose stellt eine häufige differenzialdiagnostische Stolperfalle dar, v.a. bei älteren Patienten. Die Beachtung von typischen Mustern, wie Lokalisation, Ausdehnung sowie CT-Korrelaten (v. a. Kalzifikationen) lassen jedoch in der Regel eine Abgrenzung dieser Entitäten zu (Keser und Aksu 2019). Eine etwas geringere Performance der PET/CT bei Patienten mit einer TA (Sensitivität ca. 84 %/Spezifität ca. 84 %; Soussan et al. 2015) kann auf die diagnostischen Kriterien zurückgeführt werden, die vorrangig das chronische, inflammatorisch weniger aktive Spätstadium reflektieren. In einer Untersuchung zur diagnostischen Genauigkeit der empfohlenen Interpretationskriterien ergaben sich bei Patienten mit einer Riesenzellarteriitis eine Sensitivität von 83 % bei einer Spezifität von 91 %. Wenn Patienten mit Glukokortikoid-Medikation exkulidiert wurden, erhöhte sich sogar die Sensitivität auf 92 % (Stellingwerff et al. 2015).
Bei der Verlaufsbeurteilung unter Therapie sind die Ergebnisse teilweise inkonsistent. So zeigte sich in einigen Studien eine hohe Rate an rückläufiger inflammatorischer Aktivität unter Therapie, teilweise bereits nach wenigen Tagen. In anderen Studien ist dagegen von einem gemischten Ansprechen berichtet worden. Auch bzgl. der Rezidivprädiktion nach Absetzen einer Therapie liegen noch keine konsistenten Daten vor (Pelletier-Galarneau und Ruddy 2019).
Offene Fragen, insbesondere hinsichtlich des optimalen Untersuchungszeitpunktes vor oder nach Einleiten einer anti-inflammatorischen Medikation sowie der Untersuchungsintervalle unter der Therapie sind durch weitere Studien zu klären. Im Hinblick auf die mögliche Entwicklung von ischämischen Ereignissen in nachgeschalteten Gefässterritorien ist vor dem Absetzen einer anti-inflammatorischen Medikation die Rücksprache mit dem behandelnden Rheumatologen angeraten.
Aktuell wird die FDG-PET/CT bei der Diagnostik von Grossgefäßvaskulitiden durch das American College of Rheumatology (ACR) und die European League against Rheumatism (EULAR) empfohlen. Zudem wurden jüngst die FDG-PET/CT in den Kriterienkatalog zur Diagnostik der TA aufgenommen.
Durch die rasante Entwicklung der PET-Technologie, sowohl auf Geräteseite (Entwicklung der digitalen PET bzw. hochsensitive Ganzkörper-Scanner) als auch auf Tracer-Seite (durch die Entwicklung von Entzündungs-spezifischen Radiotracern), zeichnen sich weitere Einsatzmöglichkeiten in der Grundlagen- und Therapieforschung als auch für die klinische Versorgung ab.
Nuklearmedizinische Verfahren zur Perfusionsdiagnostik
Ventilations-/Perfusions-Szintigraphie der Lunge
Auch wenn aufgrund der besseren Verfügbarkeit heutzutage die pulmonalarterielle CT-Angiographie (pCTA) in der Mehrzahl der Verdachtsfälle durchgeführt wird, hat die Ventilations-/Perfusions-Szintigraphie (V/P-Szintigraphie) weiterhin einen wichtigen Stellenwert bei der Diagnostik der Lungenarterienembolie, insbesondere bei der Detektion von peripheren bzw. chronisch rezidivierenden Embolien, bei Kontraindikationen gegen CT-Kontrastmittel oder in der Schwangerschaft.
Während die pCTA den direkten Thrombusnachweis als Ziel hat und damit bei kleinen Thromben in der Peripherie der Lungenstrombahn ihre Limitationen findet, erfolgt bei der Perfusionsszintigraphie der Embolienachweis indirekt durch Darstellung des im Vergleich zum Embolus viel grösseren Perfusionsausfalls im nachgeschalteten Kapillarbett. Da auch Belüftungsstörungen unterschiedlicher Ätiologie, z. B. pneumonische Infiltrate und COPD, über den Euler-Liljestrand-Mechanismus zu Perfusionsminderungen führen können, ist eine vergleichende Berücksichtigung der Ventilationsverhältnisse obligat (Abb. 3).
Abb. 3
Beidseitige segmentale und subsegmentale Lungenembolien im SPECT/CT: weitgehend regelrechte Verteilung der inhalativen [99mTc]-Kohlepartikel im Lungenparenchym bds. (a und d) und regional fehlende Anreicherung des [99mTc]-Albuminpräparates im Mittellappen (rote Pfeile) und subsegmental im Unterlappen bds. (orangene Pfeile). Obere Zeile sagittale Rekonstruktion: a Ventilationsaufnahme, b Perfusionsaufnahme, c Fusion von Perfusionsaufnahme und CT; untere Zeile axiale Rekonstruktionen: d Ventilationsaufnahme, e Perfusionsaufnahme, f Fusionsbild von Perfusionsaufnahme und CT
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Die V/P-Szintigraphie wird in der Regel als 1-Tages-Untersuchung mit initialer Ventilationsszintigraphie und nachfolgender Perfusionsszintigraphie durchgeführt. In speziellen Fällen kann im Hinblick auf eine Dosisreduktion, z. B. bei schwangeren Frauen oder Kindern, zunächst die Perfusionsaufnahme durchgeführt und falls nötig die Ventilationsaufnahme in einem zweiten Schritt ergänzt werden.
Inhalative, [99mTc]-markierte Kohlepartikel mit langsamer mukoziliärer Clearance dienen zur Erfassung der pulmonalen Ventilationsverteilung. Zur Darstellung des pulmonalen Kapillarbetts werden [99mTc]-markierte Albuminpartikel intravenös injiziert, die über die Erzeugung von minimalen Embolien auf Kapillarebene pulmonal anreichern. Die heute als Standard geltende SPECT-Aufnahmetechnik liefert detaillierte Tomografien und in Kombination mit einer Niedrigdosis-CT ist zusätzlich die Beurteilung der Lungenstruktur möglich (Bajc et al. 2019).
Für die Anwendung und Befundung der V/P-Szintigraphie wurden verbindliche Kriterien definiert und haben sich in der klinischen Praxis bewährt. Diese angewendet, werden in Studien ein negativer Vorhersagewert von 97–99 %, eine Sensitivität von 96–99 % und eine Spezifität von 96–98 % für die Diagnose einer pulmonalarteriellen Embolie bei geringer Rate an nicht-diagnostischen Studien (1–4 %) berichtet (Grüning et al. 2014). Dabei ist die Strahlenexposition insgesamt als niedrig anzusehen (1,2–2,4 mSv) und auch in der Schwangerschaft ist, mit im Vergleich zur pCTA ähnlich niedriger Strahlenexposition für den Fötus jedoch geringerer Exposition für das Mammaparenchym, die Anwendbarkeit der V/P-Szintigraphie gegeben bzw. evtl. vorzuziehen (Astani et al. 2014).
Weitere seltene Indikationen für die V/P-Szintigraphie sind Untersuchungen zur Vorhersage der postoperativen Lungenfunktion sowie zur Bestimmung des Volumens eines Rechts-Links-Shunts. Bei diesen Untersuchungen steht die Quantifizierung der Messdaten, nämlich der Ventilations- und Perfusionsanteile von einzelnen Lungenlappen bzw. des Anteils der in den grossen Kreislauf gelangten Albuminpartikel im Vergleich zur applizierten Menge im Vordergrund.
Nuklearmedizinische Untersuchungen der Gehirnperfusion
Pathologien der Gehirnperfusion werden szintigrafisch indirekt durch die Darstellung der Blutfluss-abhängigen Verteilung eines Hirn-gängigen Radiotracers detektiert. Hierfür notwendige physiologische Eigenschaften des Tracers sind neben der Passierfähigkeit der Bluthirnschranke, eine gleichförmige, Blutfluss-unabhängige zelluläre Extraktion, eine ausreichend lange zelluläre Speicherung sowie eine geringe Rezirkulation. Die zum Aufnahmezeitpunkt erfasste cerebrale Verteilung des Radiotracers spiegelt unter diesen Bedingungen den bei Injektion vorherrschenden, regionalen cerebralen Blutfluss (rCBF) wider. Im Ergebnis werden relative regionale Strömungsunterschiede auf der Basis der Anreicherungsintensität von verschiedenen Hirnregionen visuell erfasst (z. B. Rechts/Links-Asymmetrien, Verhältnis in Bezug auf Referenzregionen, etc.). Voxel-basierte statistische Auswertungen können zusätzlich angeschlossen werden (Ahmadzadehfar und Biersack 2014).
Für die Ermittlung der Hirnperfusion kommen insbesondere [99mTc]-markierte Verbindungen wie Ethylcystein-Dimer (ECD, Neurolite) und Hexamethylpropylenaminoxim (HMPAO, Ceretec) im Rahmen einer SPECT/CT zum Einsatz. Beide Radiotracer sind in ihrer nativen Form lipophil, werden intravenös appliziert und passieren die Bluthirnschranke. Nach Umwandlung in hydrophile Verbindungen werden sie im Gehirn angereichert. Unterschiede zwischen beiden Radiotracern umfassen die in vitro-Stabilität, Art der Aufnahme- und Metabolisierung, cerebrale Verteilung und Dosimetrie. Der differente Metabolismus führt zu unterschiedlichem Verhalten der Tracer bei spezifischen Perfusionsstörungen. So entspricht zum Beispiel beim subakuten Schlaganfall die ECD-Verteilung eher der metabolischen Aktivität, während HMPAO besser mit der cerebralen Perfusion korreliert. Daher sind beide Tracer nicht austauschbar und die Vergleichbarkeit von Untersuchungsergebnissen ist nur eingeschränkt möglich (Kapucu et al. 2009).
Indikationen für die Perfusions-SPECT/CT des Hirns sind die funktionelle Evaluation von Gefässstenosen, die durch die i.v. Applikation des Vasodilatators Acetazolamid zusätzlich verbessert werden kann (Wong et al. 2020). Die präoperative Detektion von epileptogenen Foci gelingt mittels iktaler Applikation des Tracers, welcher sich im epileptogenen Focus aufgrund der gesteigerten Durchblutung verstärkt anreichert. Die Hirntod-Diagnostik stellt eine weitere, seltene Indikation dar. Andere Indikationsbereiche, wie z. B. die Diagnostik von neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumorabklärungen werden heutzutage durch spezifische Radiotracer und PET-basierte Untersuchungsverfahren übernommen.
Eine strenge Indikationsstellung hat wie immer in der nuklearmedizinischen Diagnostik in der Schwangerschaft, während der Stillzeit und bei Kooperationsunfähigkeit zu erfolgen.
Nuklearmedizinische Untersuchungsverfahren bei GI-Blutungen
Die Blutungsszintigraphie wird bei unklaren, z. B. chronischen oder intermittierenden Blutungen im unteren GI-Trakt als diagnostische Reservemassnahme angewendet. Ein Vorteil der Blutungsszintigrafie liegt dabei in der langen „szintigraphischen“ Beobachtungszeit, die bis zu 24 h betragen kann (Dolezal et al. 2011).
Indikationen für eine Blutungsszintigraphie sind die Identifizierung einer Blutung des mittleren und unteren GI-Traktes bei hämodynamisch stabilen Patienten. Zudem kann sie in Fällen verwendet werden, wenn andere Verfahren keine Blutung nachweisen konnten, eine langwierige Vorbereitung erfordern oder kontraindiziert sind. Weitere mögliche Einsatzmöglichkeiten sind die Stratifizierung des Risikos bei Patienten mit gastrointestinalen Blutungen, als Wegleitung einer zeitgerechten diagnostischen Angiographie bzw. als Unterstützung für die Planung interventioneller Verfahren.
Die Blutungsszintigraphie sollte nicht zur Abklärung von Patienten mit positivem Haemoccult-Test durchgeführt werden, da mikroskopisches Blut oder sehr niedrig-volumige Blutungen unterhalb der Nachweisgrenze der Szintigraphie liegen können (etwa 0,05–0,1 mL/min). Eine Abschätzung der Blutungsrate wird im Allgemeinen vor Anwendung der Blutungsszintigraphie empfohlen.
Das Prinzip der Blutungsszintigraphie beruht auf dem Nachweis eines intraluminalen Extravasates von radioaktiv markierten Erythrozyten. Dafür werden Erythrozyten entweder in vivo oder nach Blutentnahmein vitro radioaktiv markiert und anschliessend reinfundiert. Chemisch erfolgt die Markierung über eine Redox-Reaktion an der β-Kette des Hämoglobins nach vorgängiger Injektion einer Sn2+-Lösung. Im Ergebnis ist das Radionuklid [99m Tc] an das Hämoglobin gebunden und erlaubt somit die szintigraphische Erfassung einer Extravasation von markierten Erythrozyten. Hierfür reicht bereits ein Volumen von ca. 2–3 ml.
Für die Durchführung wurden konkrete Protokollempfehlungen formuliert, die eine dynamische Bildakquisition direkt im Anschluss an die Radiopharmakon-Applikation für 60 min sowie mehrere sequenzielle statische Aufnahmen im Verlauf bis 24 h p.i. oder auch länger beinhalten. Die planaren Aufnahmen können ggf. durch zusätzliche SPECT/CT-Akquisitionen zur Steigerung der Sensitivität bzw. Genauigkeit der segmentalen Zuordnung ergänzt werden (Abb. 4). Für die Interpretation der Bilddatensätze sind ebenfalls konkrete Kriterien formuliert worden, die sich in der klinischen Praxis als robust erwiesen. Notwendige Voraussetzungen für die sichere Interpretation sind klinische Aspekte, wie vorgängige Operationen oder entzündliche Erkrankungen und Gefässanomalien. Des Weiteren ist die Medikamentenanamnese von Bedeutung, da verschiedene Substanzen die Markierungsausbeute beeinträchtigen können und daher ggf. vorher pausiert werden sollten. Die Strahlenexposition ist im Vergleich mit der mehrphasigen CT-Angiographie gering (bis ca. 8 mSv) (Grady 2016).
Abb. 4
Blutungsszintigraphie nach in vivo Erythrozytenmarkierung mit [99mTc]-Pertechnetat bei einer Patientin mit rezidivierenden, Hb-wirksamen GI-Blutungen und einem Transfusionsbedarf von 1–2 Erythrozytenkonzentraten pro Monat (frontale Projektionen a – e: 1, 2, 3, 4, 6 h p.i.): Nachweis einer intestinalen Erythrozyten-Extravasation in Projektion auf den Unterbauch rechts ab 4 h p.i. (roter Pfeil) mit progredienter Verteilung in Projektion auf das Colon ascendens zum Zeitpunkt 6 h p.i. (orangene Pfeile). In der SPECT/CT (f) Darstellung der Erythrozyten-Extravasation im Colon ascendens mit p.m. im Coecum, zudem geringe Anreicherungen im präterminalen Ileum (hier nicht dargestellt)
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Wesentliche Einschränkungen der Untersuchungsmethode liegen in der oft nur schlechten Korrelation zwischen szintigrafischen und angiographischen Befunden, was bei einer intermittierenden Blutung im Zeitintervall zwischen beiden Modalitäten begründet liegen kann und im Rahmen von Studien die Frage nach dem geeigneten Referenzstandard aufwirft (Chung et al. 2016). Des Weiteren kann die exakte Lokalisation einer nachgewiesenen GI-Blutung aufgrund der Darmperistaltik erschwert sein, da in den späteren Untersuchungsphasen nur eine intermittierende Bildakquisition durchgeführt wird. Dies führt in Studien zur einer schlechten Korrelation zwischen operativen oder angiographischen Befunden, die bis über 30 % betragen kann.
Szintigraphische Untersuchung der Lymphzirkulation
Die Detektion und Quantifizierung von pathologischen Flussstörungen der Lymphe stellen in jeder bildgebenden Diagnostik eine grosse Herausforderung dar. Sie sind jedoch für die frühzeitige Diagnose und das Therapie-Monitoring von Lymphödemen von entscheidender Bedeutung. Die Nuklearmedizin leistet seit Jahren mit der Lymphszintigraphie einen wesentlichen Beitrag zur funktionellen Untersuchung der sogenannten dritten Zirkulation.
Das technische Prinzip der Lymphszintigraphie beruht auf der Injektion eines lymphgängigen Radiotracers und der nachfolgend bildgebenden Erfassung dessen Abflusses und seiner Speicherung in den lokoregionären Lymphknoten (Abb. 5).
Abb. 5
2-Tagesprotokoll einer 2-Kompartment-Lymphszintigraphie mit [99mTc]-Nanokolloiden bei kombinierter Angiodysplasie des tiefen Venensystems, Varikosis und Naevus flammeus zur Evaluation der Lymphzirkulation bei schwergradig geschwollener, unterer Extremität links: Nach subfascialer (Tag 1, Bilder a-d) bzw. epifascialer Tracerapplikation (Tag 2, Bilder f-i) Nachweis eines schwergradig reduzierten Lymphabflusses auf der linken Seite ohne Darstellbarkeit der inguinalen Lymphknoten. In den semiquantitativen Auswertungen (ROIs, Bilder e bzw. j) deutlich verminderte Speicherung des Radiopharmakons in den inguinalen Lymphknoten links: 1,5 % der epifascial applizierten Aktivitätsmenge (vs. rechts 16 %) und 1,4 % der subfascial applizierten Aktivitätsmenge (vs. rechts 26 %). Bilder a-d und f-i: jeweils frontale Projektion, von links nach rechts 30 min., 2 h, 5 h und 24 h nach Injektion; Bilder e und j: Platzierung von Messregionen zur semiquantitativen Auswertung der inguinalen Lymphknotenspeicherung (rote bzw. gelbe Kästen) im Verhältnis nur applizierten Aktivitätsmenge
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Als Radiotracer stehen eine Vielzahl von Substanzen zur Verfügung, die sich teilweise marginal und teilweise deutlich in den Eigenschaften hinsichtlich Abstromverhalten, lymphatischem Transport und Anreicherung unterscheiden. In der klinischen Praxis haben sich in den letzten Jahren vor allem [99mTc]-markierte Humanalbuminkolloide als praktikable Variante herausgebildet. Sie zeichnen sich durch eine weitgehend optimale Partikelgrösse und damit gute Abfluss- und Transporteigenschaften aus. Das [99mTc]-Nuklid garantiert zudem optimale Bildgebungseigenschaften bei geringer Dosis. Je nach verwendetem Tracer sind unterschiedliche Handhabungen (z. B. intrakutane vs. subkutane Injektionstechniken bzw. Aufnahmezeiten) zu beachten.
Der Abfluss des Radiopharmakons von der Injektionsstelle wird mittels einer dynamischen, Zeit-aufgelösten Bildakquisition erfasst. Je nach Untersuchungsprotokoll kann der Abfluss durch eine physikalische Belastung getriggert werden (z. B.: mittels Laufband oder Fahrrad bei der unteren Extremität, mittels rhythmischem Faustschluss oder Ballkompressionen bei der oberen Extremität).
Einseitige Verzögerungen des Abflusses weisen auf eine Lymphabflussstörung hin und können anhand des Bildmaterials visuell beurteilt werden. In zusätzlich angefertigten Spätaufnahmen wird die Intensität der Tracerspeicherung in den lokoregionären Lymphknoten visuell erfasst und kann nach notwendiger Schwächungskorrektur semiquantitativ ermittelt werden. Zur standardisierten Beurteilung dienen dabei evaluierte Normwerte bzw. der Vergleich mit der Gegenseite.
Die Diagnose eines primären oder sekundären Lymphödems kann mit der Lymphszintigraphie mit hoher Sensitivität und Spezifität diagnostiziert werden, bei minimaler falsch-negativ Rate bei primären Lymphödemen (Hassanein et al. 2017).
Häufig diskutierte Limitationen betreffen den je nach Institut gewählten Radiotracer, differente Untersuchungsprotokolle (v. a. bzgl. der Injektionstechniken, Aufnahmezeiten, Quantifizierungsmaßstäbe) und damit schlechte Vergleichbarkeit von semiquantitativen Untersuchungsergebnissen und die teilweise schlechte Korrelation der semiquantitativen Ergebnisse mit dem klinischen Schweregrad. Zudem eignet sich die Lymphszintigraphie nur deutlich eingeschränkt in der Beurteilung von Lymphzirkulationsstörungen an Kopf, Hals und Rumpf (Pappalardo und Cheng 2020).
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