Single-Photon-Emissions-Tomographie (SPECT)

Bei der Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT; deutsch: Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie – aus dem altgriechischen: tome: der Schnitt; graphein: schreiben) handelt es sich um ein funktionell bildgebendes Verfahren der Nuklearmedizin, mit welchem basierend auf dem Prinzip der Szintigraphie Schnittbilder lebender Organismen erstellt werden können.

Ähnlich wie bei der Positronen-Emissions-Tomographie wird auch bei diesem Verfahren die Herstellung der radiologischen Bilder durch die Verteilung schwach radioaktiver Substanzen ermöglicht. Das SPECT-Verfahren, welches die Grundlage des heutigen PET-Scans darstellt, bedarf der Applikation eines sogenannten Radiopharmakons (Tracer; Tracersubstanz: chemische Substanz, die mit einem radiologisch aktiven Stoff markiert wurde), durch welchen die biochemische Aktivität bestimmter Areale des zu untersuchenden Körpers dargestellt werden können. Die Stoffwechselaktivität dieser zu untersuchenden Areale ist nahezu linear zur Anreicherung der verabreichten radioaktiven Substanzen.

Die Entwicklung der Single Photon Emission Computed Tomography beruht maßgeblich auf den Forschern Kuhl und Edwards, die in einer Veröffentlichung 1963 die Anwendung einer Gamma-Kamera zur funktionellen Bildgebung beschrieben.  

Beurteilbare Strukturen bei der SPECT

Die Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) ermöglicht die dreidimensionale Darstellung verschiedener Körperregionen und Organsysteme, wobei spezifische strukturelle und funktionelle Informationen sichtbar gemacht werden können. Zu den beurteilbaren Strukturen gehören:

• Gehirn: Erfassung von Durchblutungsstörungen, Erkennung von Arealen mit veränderter Aktivität in neurodegenerativen Erkrankungen.
• Herz: Beurteilung der Myokardperfusion (Herzmuskeldurchblutung) und der Vitalität des Herzmuskels, Detektion von ischämischen Bereichen (Bereichen mit Durchblutungsstörung) und Narbengewebe nach einem Infarkt (umschriebenen Gewebsuntergang (Nekrose) infolge einer Durchblutungsstörung (Ischämie)).
• Knochen: Identifikation von Knochenmetastasen (Tochtergeschwülste im Knochen (oder entzündlichen Prozessen wie bei der Osteomyelitis (Knochenmarkentzündung).
• Schilddrüse: Evaluation von funktionellen Schilddrüsenadenomen oder -karzinomen.
• Lungen: Untersuchung auf Durchblutungsstörungen und Abgrenzung von anderen bildgebenden Verfahren bei unklaren Lungenherden.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Chorea Huntington (Veittanz)
• Darstellung der Durchblutung des Herzens
• Essstörungen (zum Nachweis einer Dysregulation von neuronalen Schaltkreisen im limbischen System, als Hinweis für ein verändertes Essverhalten)
• Fokale Epilepsie
• Hirntumoren (Gliome: z. B. Glioblastom)
• Hypophysenadenom (gutartiger Tumor der Hirnanhangsdrüse)
  
• Knochenläsionen
• Morbus Parkinson
  • Differenzierung von neuro-degenerativen und nichtneurodegenerativen Parkinson- oder Tremor-Syndromen durch SPECT-Untersuchungen mit dem ¹²³I-markierten Dopamintransporter-Liganden FP-CIT (DaTSCAN^TM)
• Morbus Wilson (Kupferspeicherkrankheit)
• Vertigo (Schwindel)
• Zerebrale Durchblutungsstörungen – zur Größendarstellung der Penumbra (als Penumbra (lat.: Halbschatten) bezeichnet man bei einem Hirninfarkt den Bereich, der unmittelbar an die zentrale Nekrosezone angrenzt und noch überlebensfähige Zellen enthält) und zur Ermittlung der Myokardvitalität z. B. nach Myokardinfarkt (Herzinfarkt).

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

• Schwangerschaft: Ähnlich wie bei anderen radiologischen Untersuchungen, ist auch die SPECT aufgrund der Strahlenbelastung während der Schwangerschaft in der Regel kontraindiziert, es sei denn, die Untersuchung ist absolut notwendig und der potenzielle Nutzen überwiegt das Risiko.
• Stillzeit: Mütter, die stillen, sollten darauf hingewiesen werden, dass sie nach der Verabreichung von radioaktiven Tracern möglicherweise das Stillen unterbrechen müssen. Die genaue Dauer der Unterbrechung sollte mit dem Nuklearmediziner besprochen werden.
• Allergische Reaktionen auf Radiopharmaka: Obwohl selten, können Patienten allergische oder hypersensitive Reaktionen auf das verabreichte Radiopharmakon zeigen. Eine vorherige Allergie gegen spezifische Radiotracer oder deren Bestandteile sollte vor der Untersuchung bekannt sein.
• Schwere Niereninsuffizienz: Bei Patienten mit schwerer Niereninsuffizienz kann die Ausscheidung der Tracer verzögert sein, was zu einer erhöhten Strahlenexposition führt. Hier muss eine sorgfältige Nutzen-Risiko-Abwägung erfolgen.
• Schwere psychiatrische Erkrankungen: Bei Patienten mit schweren psychiatrischen Erkrankungen oder Zuständen, die eine Kooperation während der Untersuchung erschweren (z. B. schwere Angstzustände, Klaustrophobie), können Alternativen oder eine Sedierung in Betracht gezogen werden.
• Klaustrophobie: Da die SPECT-Untersuchung in einer engen Röhre durchgeführt wird, können Patienten mit ausgeprägter Klaustrophobie Probleme haben, die Untersuchung ohne Sedierung zu vollenden.
• Jodempfindlichkeit: Bei Verfahren, die jodhaltige Tracer verwenden, sollten Patienten mit bekannter Jodallergie vorher andere diagnostische Optionen in Betracht ziehen oder entsprechende Vorsichtsmaßnahmen treffen.

Vor der Untersuchung

• Nüchternheit: Für SPECT-Untersuchungen, die den Stoffwechsel oder die Durchblutung von Gehirn oder Herz untersuchen, ist es oft notwendig, dass Patienten für 4 bis 6 Stunden vor der Untersuchung nüchtern bleiben. Dies stellt sicher, dass die Verteilung des Tracers nicht durch Nahrungsaufnahme beeinträchtigt wird.
• Medikamenteneinnahme: Patienten sollten jegliche Medikamente, Vitamine oder Nahrungsergänzungsmittel, die sie regelmäßig einnehmen, mit ihrem Arzt besprechen. Bestimmte Substanzen können die Traceraufnahme oder die Bildqualität beeinflussen und müssen eventuell vor der Untersuchung pausiert oder dosiert angepasst werden.
• Hydratation: Es wird empfohlen, vor und nach der Verabreichung des Tracers reichlich Wasser zu trinken. Dies fördert die Ausscheidung des Radiopharmakons und hilft, die Strahlenexposition des Körpers zu minimieren.
• Allergien und Vorerkrankungen: Wichtig ist die Angabe bekannter Allergien, besonders gegen Jod, sofern jodhaltige Tracer verwendet werden. Auch vorbestehende Erkrankungen sollten erwähnt werden, da sie die Untersuchung beeinflussen könnten.
• Kleidung und Schmuck: Zur Untersuchung sollten Patienten bequeme, locker sitzende Kleidung tragen und alle Metallgegenstände, einschließlich Schmuck, Brillen und herausnehmbare Zahnprothesen, ablegen, um Interferenzen im Bild zu vermeiden.
• Psychische Vorbereitung: Eine SPECT-Untersuchung kann stressig sein, insbesondere für Patienten mit Klaustrophobie. Eine ausführliche Aufklärung über den Ablauf kann helfen, Ängste zu reduzieren. Bei Bedarf kann eine leichte Sedierung angeboten werden.
• Spezielle Anweisungen: Für spezifische Untersuchungen, wie die des Skelettsystems oder der Schilddrüse, können zusätzliche spezielle Anweisungen notwendig sein, die beispielsweise die Einnahme von Kontrastmitteln oder das Pausieren bestimmter Medikamente umfassen.

Das Verfahren

Das Prinzip der Single Photon Emission Computed Tomography basiert auf der Technik der Szintigraphie. Wie bereits beschrieben ist der Einsatz von Tracern unabdingbar für die SPECT, da die von dieser ausgehenden radioaktiven Strahlung von sogenannten Gamma-Kameras gemessen werden kann. Die Funktion der Kameras beruht auf der Anwendung von Kollimatoren, durch welche die Bündelung radioaktiver Strahlung erreicht werden kann. Überdies ist die Detektion von Strahlung auf bestimmte Raumrichtungen begrenzt; schräg einfallende Photonen werden als Resultat einfach absorbiert. Die Blenden der Kollimatoren werden vornehmlich aus Blei hergestellt.

Zum Ablauf der SPECT:

• Nach der intravenösen Applikation eines Radiopharmakons erfolgt eine mehrstündige Pause, in der sich der Tracer im zu untersuchenden Areal verteilen soll. In dieser Zeit ist der Patient zur körperlichen Ruhe angehalten, um leistungsabhängige Werte des Patienten zu gewährleisten. Die Injektion wird im Allgemeinen in die oberflächlichen Armvenen verabreicht. Bei der Mehrzahl der SPECT-Scans wird heute Technetium angewendet.
• Im Anschluss hieran wird die Detektion der von den Radionukliden abgegebenen Gammastrahlung mithilfe der Gamma-Kamera durchgeführt. Der Patient bleibt auf einer Liege, während die Kameras um den Körper rotieren und eine dreidimensionale Abbildung der Verteilung der Radiopharmaka erstellen. Abhängig vom Gerätetyp erfolgt die Detektion der Strahlung mit mehreren Kameras gleichzeitig. Durch die Vielzahl der Kameras wird eine ortsabhängige Registrierung der Radionuklidstrahlung gewährleistet, die zusätzlich noch durch eine dynamische Untersuchung ergänzt werden kann.
• Der dynamische Scan basiert auf dem Prinzip der Mehrfachmessung, sodass die Verteilung der radioaktiven Substanzen zeitabhängig beobachtet werden kann. 

Die Anwendung eines SPECT-Scanners beschränkt sich heute allerdings größtenteils auf die Darstellung des zerebralen Blutflusses unter Verwendung des lipophilen Radiopharmaka Technetium 99m. Mittels SPECT-Untersuchung besteht die Möglichkeit, die den Insult (Synonyme: zerebraler Insult; apoplektischer Insult; Apoplexia cerebri; Schlaganfall; medizinischen Umgangssprache häufig auch: Apoplex oder Insult) auslösenden Durchblutungsstörungen zu beurteilen und die Penumbra (lat.: Halbschatten; bezeichnet bei einem Hirninfarkt den Bereich, der unmittelbar an die zentrale Nekrosezone angrenzt und noch überlebensfähige Zellen enthält) sowohl vom Ausmaß der Schädigung als auch von der Ausdehnung zu evaluieren.

Wie auch bei der PET ist eine Kombination des Verfahrens mit der konventionellen Computertomographie möglich, wodurch sich eine genauere Lokalisation der stoffwechselaktiven Areale ermöglichen lässt. Des Weiteren erhöht sich bei der gleichzeitigen Durchführung die Auflösung der SPECT, sodass eine deutlich verbesserte Präzision die Folge ist. Obwohl die Forschung auf diesem Gebiet noch am Anfang steht, führt schon jetzt die Verbindung der beiden Verfahren zur verbesserten funktionellen und morphologischen Betrachtung, da das Computersystem beide Methoden zur Bildanalyse verwenden kann. Durch das SPECT/CT ist es möglich geworden, veränderte Stoffwechseleigenschaften anatomischen Strukturen besser zuordnen zu können.

Mögliche Befunde der SPECT

Die Befunde, die mit der SPECT erhoben werden können, hängen stark von der verwendeten Tracersubstanz und der untersuchten Region ab:

• Neurologische Befunde
  • Morbus Alzheimer: Verminderte Aufnahme in spezifischen Hirnarealen wie dem Parietallappen.
  • Morbus Parkinson: Reduzierte Dopamintransporter in den Basalganglien.
  • Epileptische Foci: Lokalisierte Zonen erhöhter Aktivität während oder zwischen Anfällen.
• Kardiale Befunde (Herzbefunde)
  
  • Koronare Herzerkrankung (KHK): Minderperfusion (Minderdurchblutung) in spezifischen Myokardsegmenten (Herzmuskelsegment), die sich unter Stress verstärken kann.
  • Kardiomyopathie (Herzmuskelerkrankung): Diffuse oder fokale Minderperfusion, die auf eine verminderte myokardiale Funktion hindeutet.
• Onkologische Befunde
  • Tumoren und Metastasen: Erhöhte Tracer-Anreicherung in Tumoren oder Metastasen im Vergleich zum umgebenden gesunden Gewebe.
  • Rezidive (Wiederauftreten der Erkrankung: Unterscheidung von Narbengewebe und aktiven Tumorherden durch unterschiedliche Tracer-Aufnahme.
• Orthopädische Befunde
  • Frakturen: Erhöhte Tracer-Aufnahme in Bereichen von Knochenumbau oder -heilung.
  • Entzündliche Erkrankungen: Lokalisierte erhöhte Tracer-Aufnahme bei Osteomyelitis oder rheumatischen Erkrankungen.

Nach der Untersuchung

Nach der Durchführung einer SPECT-Untersuchung erfolgt eine umfassende Auswertung der erhaltenen Bilder durch Fachärzte für Nuklearmedizin oder Radiologie, oft in Zusammenarbeit mit dem behandelnden Arzt. Die Ergebnisse können folgende Schritte nach sich ziehen:

• Bestätigung einer Diagnose: Die Ergebnisse können zur Bestätigung einer vermuteten Diagnose beitragen, insbesondere in komplexen neurologischen oder onkologischen Fällen.
• Therapieplanung: Die detaillierte Darstellung von Stoffwechselaktivitäten hilft bei der Planung zielgerichteter Therapien, beispielsweise in der Strahlentherapie oder bei der neurochirurgischen Resektion von Epilepsieherden.
• Verlaufskontrolle: SPECT kann verwendet werden, um den Erfolg einer Behandlung zu überwachen und Anpassungen vorzunehmen, etwa bei der Beurteilung der Wirksamkeit von Medikamenten bei Parkinson oder der Überwachung der Tumoraktivität nach einer Chemotherapie.

Literatur

1. Wieler H: Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT) des Herzens. Springer Verlag 1997
2. Hartmann A: Der Schlaganfall. Pathogenese, Klinik, Diagnostik und Therapie akuter zerebrovaskulärer Erkrankungen. Steinkopff Verlag 2001
3. Dössel O: Bildgebende Verfahren in der Medizin: Von der Technik zur medizinischen Anwendung. Springer Verlag 1999
4. Kuwert T: Nuklearmedizin. Georg Thieme Verlag 2007
5. Walter H: Funktionelle Bildgebung in Psychiatrie und Psychotherapie: Methodische Grundlagen und klinische Anwendung. Schattauer Verlag 2004

Leitlinien

1. S1-Leitlinie: PET- und SPECT-Untersuchungen von Patienten mit zerebralen Gliomen mittels radioaktiv markierter Aminosäuren. (AWMF-Registernummer: 031 - 051), Juli 2013 Langfassung
2. S1-Leitlinie: SPECT-Untersuchungen mit dem 123I-markierten Dopamintransporter-Liganden FP-CIT (DaTSCAN). (AWMF-Registernummer: 031 - 037), Mai  2017 Langfassung
3. S1-Leitlinie: Hirnperfusions-SPECT mit Tc-99m Radiopharmaka. (AWMF-Registernummer: 031 - 016), September 2019 Langfassung