Positronenemissionstomographie/Computertomographie (PET-CT)

Die Positronenemissionstomographie/Computertomographie (PET-CT) ist ein kombiniertes nuklearmedizinisches (PET) und radiologisches (CT) bildgebendes Verfahren, bei dem das Verteilungsmuster radioaktiver Substanzen (Tracer) mithilfe der Schnittbildtechnik sehr genau lokalisiert werden kann. Die Integration der PET und der CT in einen Arbeitsgang ist ein bedeutender technischer Fortschritt, der erstmals im Jahre 2001 durch einen PET-CT-Scanner für den klinischen Alltag verfügbar wurde.

Die PET ist eine funktionsorientierte Untersuchung, bei der radioaktiv markierte Tracer in den Stoffwechsel bestimmter Zellen (z. B. Tumorzellen) eingeschleust und anschließend detektiert (mithilfe von Detektoren feststellen) werden. Die gleichzeitig durchgeführte CT-Untersuchung erlaubt es, die funktionell auffälligen Befunde der PET exakt anatomisch zuzuordnen. Dafür werden nach der Untersuchung die molekularen und morphologischen Bilddaten digital fusioniert, sodass eine verbesserte diagnostische Aussage erreicht wird. Die Auswertung erfolgt in der Regel interdisziplinär durch einen Nuklearmediziner sowie Radiologen.

Beurteilbare Strukturen in der PET-CT

Die PET-CT ermöglicht die detaillierte Beurteilung von anatomischen und metabolischen Informationen durch die Kombination von CT und PET-Bildern. Dies sind die typischen Strukturen und Aspekte, die beurteilt werden können:

Tumoren und Metastasen (Tochtergeschwülste): Erkennung und Lokalisierung von Primärtumoren und deren Metastasen, einschließlich Lymphknoten- und Fernmetastasen (Metastase, die sich nicht in der Nähe des Primärtumores und des regionalen Lymphknotensystems befindet).
Gehirn: Detektion von Hirntumoren, Bewertung von neurodegenerativen Erkrankungen und Epilepsie.
Herz: Beurteilung der Myokardvitalität (Vitalität des Herzmuskels), Erkennung von Durchblutungsstörungen oder inflammatorischen Prozessen.
Knochen: Aufdeckung von Knochenmetastasen und anderen Knochenerkrankungen.
Weichteilgewebe: Untersuchung von Weichteiltumoren und Entzündungen.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die wichtigste Indikation für die Durchführung einer PET-CT sind Tumoren. In Abhängigkeit vom Tumorursprung werden unterschiedliche Radiopharmaka eingesetzt, sodass sich heutzutage nahezu alle Tumorarten mithilfe der PET darstellen lassen. Als Screening-Verfahren zur Tumorsuche ist die PET-CT nicht geeignet. Sie ist in der Klinik in folgenden Situationen relevant:

Staging von Tumoren: Die Anreicherung des Tracers in Tumoren im Vergleich zum normalen Gewebe sowie die hohe Ortsauflösung lassen die Darstellung sehr kleiner maligner Prozesse (z. B. Lymphknotenmetastasen) zu. Hinzu kommt auch die Möglichkeit einer Ganzkörperuntersuchung, sodass die Voraussetzungen für eine als Tumorstaging (Erfassung der Tumorausdehnung) geeignete Methode erfüllt sind.
CUP („cancer of unknown primary“): Beim CUP-Syndrom wird eine Metastase entdeckt, ohne dass der Ursprungstumor bekannt ist. Als mögliches Verfahren zur Suche nach dem Primärtumor bietet sich auch hier die PET-CT als ¹⁸F‑Fluordesoxyglukose-Positronenemissionstomographie-Computertomographie (FDG-PET-CT) an.
Therapie-Stratifizierung während der Chemotherapie/Ermittlung des Therapieerfolges: Nach einer durchgeführten Chemo- oder Strahlentherapie kann mithilfe der PET-CT das Therapieansprechen des Tumors anhand seiner reduzierten (Therapieerfolg) bzw. gleichbleibenden/verstärkten (kein Therapieerfolg) Stoffwechselaktivität beurteilt werden.

Verschiedene Tumoren sind der PET-CT Diagnostik zugänglich:

DCUP-Syndrom: Cancer of Unknown Primary (engl.): Krebs bei unbekanntem Primärtumor (Primarius): bei ca. 3 bis 5 % aller Tumorerkrankung lässt sich trotz umfangreicher Diagnostik kein Primarius, sondern nur die Metastasierung (Bildung von Tochtergeschwülsten) feststellen.
Autopsiestudien können in 50 bis 85 % der Fälle den Primarius nachweisen, dieser wird in 27 % der Fälle in der Lunge, in 24 % im Pankreas (Bauchspeicheldrüse), und seltener in Leber/Gallenwegen, Niere, Nebenniere, Kolon (Dickdarm), Genitalorganen und Magen gefunden; histologisch (feingeweblich) handelt es sich meistens um Adenokarzinome.
Differenzierung benigner von malignen Neoplasien (gutartigen von bösartigen Neubildungen)
Frühzeitige Beurteilung eines Therapieansprechens
Detektion von Tumorrezidiven und deren Differenzierung von Narbengewebe
Optimierung der Strahlenbehandlungsplanung
Analkarzinom (Analkrebs) – Staging von Lymphknoten- und Fernmetastasen
Cervixkarzinom (Gebärmutterhalskrebs)
Hirntumoren (z. B. Gliome)
Hodentumoren
Kolorektales Karzinom (Dickdarm- und Mastdarmkrebs)
Kopf- und Halstumoren
Lungentumoren (solitäre Lungenrundherde; kleinzelliges Bronchialkarzinom, SCLC)
Maligne Lymphome – insb. Morbus Hodgkin wg. Eskalation oder Deeskalation der Therapie
Mammakarzinom (Brustkrebs)
Malignes Melanom (schwarzer Hautkrebs) – zum Staging bei Verdacht auf Metastasierung (Stadieneinteilung bei Bildung von Tochtergeschwülsten)
Multiples Myelom (Plasmozytom
Mundhöhlenkarzinom
Neuroblastome
Ösophaguskarzinom (Speiseröhrenkrebs) sowie zur Unterscheidung nach den ersten Therapiezyklen einer neoadjuvanten (Radio)Chemotherapie bei Ösophaguskarzinom zwischen Therapieansprechern und Nicht-Therapieansprechern
Ovarialkarzinom (Eierstockkrebs)
Pankreaskarzinom (Bauchspeicheldrüsenkrebs)
Prostatakarzinom (Prostatakrebs)
Sarkome (Ewing-Sarkome, Osteo-Sarkome, Weichteilsarkome, Rhabdomyosarkome)
Schilddrüsenkarzinom (Schilddrüsenkrebs)

Ein anderes Indikationsgebiet für die PET-CT ist die Neuromedizin. Durch die Möglichkeit einer funktionellen Untersuchung der Hirnrezeptoren können degenerative Hirnerkrankungen bereits in einem frühen Stadium differentialdiagnostisch abgegrenzt werden:

Frühe Differentialdiagnose des Morbus Parkinson
Frühe Diagnose von Multisystemdegenerationen (Synonym: Multisystematrophien, MSA); diese werden auch als Multisystemdegeneration bezeichnet. Es sind Krankheitsbilder, bei denen sich verschiedene Strukturen und Systeme des Zentralen Nervensystems (ZNS) gleichzeitig zurückbilden. Es entsteht dadurch das Krankheitsbild eines Parkinson (sekundäre Parkinson-'Syndrome). Zu diesen Erkrankungen gehören: Shy-Drager-Syndrom; striatonigrale Degeneration; Steele-Richardson-Olszewski-Syndrom; Kombination der amyotrophischen Lateralsklerose (ALS) mit Demenz und Parkinson-Syndrom; olivopontozerebellare Atrophie
Früherkennung der Chorea Huntington (Synonyme: Chorea major (Huntington); Huntington-Chorea; Huntington-Krankheit; älterer Name: Veitstanz) – unheilbare vererbliche Erkrankung des Gehirns

Ferner wird die PET-CT auch für dynamische Untersuchungen wie Darstellung der Myokardperfusion (Durchblutung des Herzmuskels) oder Hirnperfusion verwendet:

Verlaufskontrolle bei Lysetherapie (medikamentöse Therapie zur Auflösung eines Blutgerinnsels) bei Zustand nach Apoplex (Schlaganfall)
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).

Das PSMA(prostataspezifisches Membranantigen)-PET/CT kann gemäß der neuen S3-Leitlinie aus dem Jahre 2017 zur Rezidivdiagnostik des Prostatakarzinoms eingesetzt werden. Das Verfahren wird darüber hinaus auch bereits in der primären Staging-Untersuchung (wahrscheinlich weniger geeignet) und als Ersatz oder Zusatz der bei Risikopatienten notwendigen Knochenszintigraphie – vor Operation und Bestrahlung oder unter Therapie – eingesetzt. Man geht davon aus, dass die PSMA-PET-CT bei Prostatakarzinom sensitiver ist als die Skelettszintigraphie (Knochenszintigraphie).

Das PSMA-PET-CT-Bildgebung zeichnet sich durch hohe Detektionsraten auch bei niedrigeren PSA-Werten aus.

Nach aktuellen Studien weist eine PSMA-PET-aktive Läsion nur zu maximal 67 % auch einen Tumor korrekt nach Lage und Anzahl nach; Knochenmetastasen (Tochtergeschwülste einer Krebserkrankung) wurden mit dem Verfahren mit einer Spezifität (Wahrscheinlichkeit, dass tatsächlich Gesunde, die nicht an der betreffenden Erkrankung leiden, im Test auch als gesund erkannt werden) von 68,7-100 % (versus 60,8-96,1 % per Knochenszintigramm) nachgewiesen [6].
Beachte zur Differentialdiagnostik: Das PSMA-PET-CT weist auch folgende Erkrankungen nach; granulomatöse Erkrankungen wie Morbus Wegener, aktive Tuberkulose, Hämangiome, Morbus Paget, periphere Nervenscheidentumoren, Schwannome sowie Ganglien und fibröse Dysplasie.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

Schwangerschaft: Aufgrund der Strahlenbelastung durch die CT-Komponente und die mögliche Schädigung des Fötus ist eine PET-CT bei schwangeren Frauen generell kontraindiziert, es sei denn, der Nutzen überwiegt die Risiken bei schwerwiegenden Erkrankungen deutlich.
Stillzeit: Es wird empfohlen, das Stillen nach der Verabreichung der radioaktiven Tracer für 24 Stunden zu unterbrechen, um zu verhindern, dass radioaktive Substanzen in die Muttermilch gelangen und von dem Säugling aufgenommen werden.
Allergien gegen Kontrastmittel: Patienten mit einer bekannten Allergie gegen jodhaltige Kontrastmittel, die für die CT-Untersuchung benötigt werden, sollten dies dem medizinischen Personal vor der Untersuchung mitteilen. In solchen Fällen kann möglicherweise ein alternatives Bildgebungsverfahren in Betracht gezogen oder ein anderes Kontrastmittel verwendet werden.
Kürzliche Bildgebung mit Barium: Wenn kürzlich eine Untersuchung mit Barium-basierten Kontrastmitteln (z.B. für einen Bariumeinlauf oder eine Magen-Darm-Passage) durchgeführt wurde, kann dies die Klarheit der CT-Bilder beeinträchtigen. Es könnte notwendig sein, die PET-CT-Untersuchung zu verschieben, bis das Barium vollständig ausgeschieden ist.
Klaustrophobie: Patienten mit starker Klaustrophobie könnten Probleme haben, still in der PET-CT-Scanner-Röhre zu liegen. Hier kann eventuell eine Sedierung hilfreich sein, um die Untersuchung zu ermöglichen.
Schlechte Nierenfunktion: Die Verwendung von CT-Kontrastmitteln kann bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion gefährlich sein, da dies das Risiko einer weiteren Nierenschädigung erhöhen kann. Bei solchen Patienten sollte eine sorgfältige Überlegung oder die Suche nach alternativen bildgebenden Verfahren erfolgen.
Schweres Übergewicht: Sehr schwere oder übergewichtige Patienten könnten die Gewichtsgrenzen oder Größenbeschränkungen für PET-CT-Scanner überschreiten, was die Bildqualität beeinträchtigen oder die Durchführung der Untersuchung verhindern könnte.
Unfähigkeit, stillzuliegen: Patienten, die aus medizinischen oder anderen Gründen nicht in der Lage sind, während der gesamten Untersuchungsdauer stillzuliegen, sind möglicherweise nicht für eine PET-CT geeignet, da Bewegungen die Bildqualität erheblich beeinträchtigen können.

Vor der Untersuchung

Bei Verwendung eines an Glucose gekoppelten Tracers (z. B. 18F-FDG) sollten die Patienten für mindestens 8 Stunden vor der Untersuchung nüchtern sein. Der Glucosespiegel im Serum wird kontrolliert und sollte 6,6mmol/l (120 mg/dl) nicht überschreiten.
Zur Darstellung des Abdomens bzw. Körperstamms ist im Rahmen der CT-Untersuchung eine Darmkontrastierung erforderlich. Dafür erhalten die Patienten 60 Min. vor Untersuchungsbeginn eine Trinklösung mit wasserlöslichem, jodhaltigem Kontrastmittel (z. B. 20 ml Gastrografin® in 750 ml Mineralwasser).
Vor der Untersuchung sollte die Harnblase entleert worden sein.
Zur optimalen Bildqualität und Vermeidung von Artefakten sollten die Patienten in der Vorbereitungsphase und während der Tracer-Applikation entspannt liegen und nicht frieren.
Die Kombination der PET und CT in einem Arbeitsgang erfordert außerdem eine exakte Festlegung des anatomischen Untersuchungsumfangs, der Patientenpositionierung sowie der gewünschten Schichtdicke für die CT.

Das Verfahren

Die Grundlage für die PET ist die Verfolgung von Molekülen im Körper des Patienten durch die Positronenemission mithilfe eines Positronenstrahlers. Die Detektion (Entdeckung) der Positronen beruht dann auf dem Zusammenstoßen eines Positrons mit einem Elektron, da durch die Kollision der geladenen Teilchen eine Annihilation (Erzeugung von Gamma-Quanten) entsteht, die für eine Detektion ausreichend ist. Zur Anwendung geeignete Radionuklide sind diejenigen, die im Zustand des Zerfallens Positronen aussenden können. Wie bereits beschrieben, kommt es zur Kollision der Positronen mit einem nahegelegenen Elektron. Die Entfernung, bei der die Annihilation stattfindet, beträgt durchschnittlich 2 mm. Bei der Annihilation handelt es sich um einen Prozess, bei dem sowohl die Positronen als auch die Elektronen zerstört werden, sodass zwei Photonen entstehen. Diese Photonen sind Bestandteil der elektromagnetischen Strahlung und bilden die sogenannte Vernichtungsstrahlung aus. Diese Strahlung trifft an mehreren Stellen eines Detektors auf, sodass die Emissionsquelle lokalisiert werden kann. Da sich jeweils zwei Detektoren gegenüberliegen, ist so die Lagebestimmung möglich.

Ablauf der PET und Erzeugung der Schnittbilder (CT):

Zuerst wird dem Patienten ein Radiopharmakon appliziert. Diese sogenannten Tracer können durch unterschiedliche radioaktive Substanzen markiert sein. Am häufigsten werden radioaktive Isotope von Fluor (= ¹⁸F‑Fluordesoxyglukose-Positronenemissionstomographie-Computertomographie (F-FDG-PET-CT)) und Kohlenstoff verwendet. Aufgrund der Ähnlichkeit zum Grundmolekül ist der Körper nicht in der Lage, die radioaktiven Isotope von dem Grundelement zu unterscheiden, was dazu führt, dass die Isotope sowohl in anabole als auch in katabole Stoffwechselvorgänge integriert werden. Allerdings ist es notwendig, dass die Herstellung der Isotope als Resultat der geringen Halbwertszeit in direkter Nähe des PET-Scanners erfolgt.
Nach der intravenösen bzw. inhalativen Aufnahme des Radiopharmakons wird die Verteilung der radioaktiven Isotope im nüchternen Patienten abgewartet und nach ca. einer Stunde mit der eigentlichen PET-Durchführung begonnen. Die Position des Körpers muss so gewählt werden, dass der Ring der Detektoren in unmittelbarer Nähe zum zu überprüfenden Körperabschnitt liegt. Aufgrund dessen ist zur Ganzkörperaufnahme die Einnahme mehrerer Körperstellungen notwendig.
Die bereits beschriebenen Detektoren müssen in einer großen Zahl vorliegen, um die Detektion von Photonen zu gewährleisten. Die Methode zur Berechnung des Kollisionspunktes von Elektron und Positron wird Koinzidenzmethode genannt. Jeder Detektor stellt eine Kombination aus Szintilisationskristall und Photomultiplier (spezielle Elektronenröhre) dar.
Die Aufnahmedauer bei einer Untersuchung ist sowohl vom Gerätetyp als auch vom verwendeten Radiopharmakon abhängig.
Zusätzlich zur PET wird eine Computertomographie (CT) durchgeführt. Es ist entscheidend, die Positionierung des Patienten während der kombinierten Untersuchung (PET und CT) nicht zu verändern, damit eine anschließende anatomische Zuordnung möglich ist.

Mögliche Befunde der PET-CT

Die PET-CT liefert eine Reihe von Befunden, die für Diagnose und Therapieplanung entscheidend sind:

Normale Befunde: Keine ungewöhnliche Anreicherung von Tracern, was auf das Fehlen von malignen oder entzündlichen Prozessen hinweist.
Pathologische Befunde:
- Hypermetabolische Läsionen: Erhöhte Tracer-Aufnahme, die oft auf maligne (bösartige) Tumoren, Metastasen (Tochtergeschwülste) oder aktive Entzündungsherde hinweist.
- Hypometabolische Areale: Verminderte Stoffwechselaktivität, die in nekrotischen Tumorbereichen oder in Arealen mit Gewebeverlust, wie es bei neurodegenerativen Erkrankungen der Fall ist, auftreten kann.
- Rezidive und Narbengewebe: Differenzierung zwischen Tumorrezidiven (Wiederauftreten einer Tumorerkrankung), die oft eine erhöhte Stoffwechselaktivität zeigen, und Narbengewebe, das in der Regel eine geringere oder keine Tracer-Anreicherung zeigt.
- Therapieansprechen: Veränderungen in der Tracer-Aufnahme als Antwort auf Behandlungen, was hilft, effektive Therapien zu identifizieren oder Therapiepläne anzupassen.

Limitationen der PET-CT-Bildgebung

Auch benigne Neoplasien (gutartige Neubildungen) und vor allem diverse entzündliche und infektiöse Prozesse können zu einer erhöhten 18F-FDG-Anreicherung führen. Dieses ist bedingt durch den gesteigerten Glucoseverbrauch von Granulozyten (gehören zur Gruppe der Leukozyten/weißen Blutkörperchen) und Makrophagen (Fresszellen). Des Weiteren ist die Genauigkeit der ¹⁸F‑FDG-PET ebenfalls in Gewebe mit einem hohen physiologischen Glucosestoffwechsel – wie dem Hirnparenchym – eingeschränkt; gleiches gilt für Gewebe mit häufig niedrigen Glucosemetabolismus (Glucosestoffwechsel) wie beispielsweise dem Prostatakarzinom (Prostatakrebs).

Beachte: Eine hoher Blutglucosespiegel kann die Sensitivität der ¹⁸F‑FDG-PET bei onkologischen Fragestellungen reduzieren.

Nach der Untersuchung

Ergebnismitteilung: Schnelle und präzise Kommunikation der Ergebnisse an den behandelnden Arzt.
Weiterführende Empfehlungen: Basierend auf den Befunden kann eine weiterführende Diagnostik, wie Biopsien (Gewebeproben) oder zusätzliche bildgebende Verfahren, empfohlen werden.
Therapieplanung: Anpassung der Behandlungsstrategien basierend auf den PET-CT-Ergebnissen.

Literatur

Schober O: PET-CT. Georg Thieme Verlag 2007
Dössel O: Bildgebende Verfahren in der Medizin: Von der Technik zur medizinischen Anwendung. Springer Verlag 1999
Kramme R: Medizintechnik: Verfahren – Systeme – Informationsbearbeitung. Springer Verlag 2006
Goretzki G: Medizinische Strahlenkunde: Physikalisch-technische Grundlagen. Elsevier Verlag 2004
Schicha H, Schober O: Nuklearmedizin – Basiswissen und klinische Anwendung. Schattauer-Verlag 2007
Pyka T, Okamoto S, Dahlbender M et al.: Comparison of bone scintigraphy and 68Ga-PSMA PET for skeletal staging in prostate cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2016 Nov;43(12):2114-2121. Epub 2016 Jun 12.

Leitlinien

S1-Leitlinie: Skelettdiagnostik mittels 18F-Natriumfluorid-PET und -PET/CT. (AWMF-Registernummer: 031 - 047), Schattauer Dezember 2010
S1-Leitlinie: Ganzkörper-F-18-FDG-PET und -PET/CT bei Kindern mit onkologischen Erkrankungen. (AWMF-Registernummer: 031 - 049), Dezember 2011 Langfassung