Positronen-Emissions-Tomographie bei Knochenmetastasen

Die Positronen-Emissions-Tomografie (PET) mit ¹⁸F-2-Fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG) als Radiotracer – das „Arbeitspferd“ in der onkologischen PET^[1] – ist bei vielen Tumorarten ein sehr effizientes Verfahren zur Bestimmung der Metastasierung und für die Nachsorgeuntersuchung (Rezidivdiagnostik). FDG ist ein Glucose-Derivat. Nach intravenöser Verabreichung wird es von allen Zellen mit einem erhöhten Stoffwechsel bevorzugt aufgenommen. Tumorzellen haben in der Regel aufgrund ihres gegenüber gesunden Zellen gesteigerten Stoffwechsels auch einen erhöhten Bedarf an Glucose. Diese Zellen reichern FDG an, da es wegen seiner Modifikation im Gegensatz zur Glucose nicht metabolisiert werden kann. Beim Zerfall des radioaktiven Fluor-18 (¹⁸F)entsteht ein Positron, das nach kurzer Zeit mit einem Elektron der näheren Umgebung in zwei hochenergetische Photonen zerstrahlt wird. Die Photonen werden über das PET detektiert und über die Summe der Ereignisse zu Schnittbildern berechnet. Aus dem ¹⁸F wird bei dem Zerfall ¹⁸O, wodurch aus dem FDG normale Glucose entsteht, die metabolisiert werden kann.

An Stelle von FDG eignet sich zur Darstellung von Knochenmetastasen der Radiotracer des Fluorid-Ions ¹⁸F⁻, der in vielen Fällen der FDG-PET überlegen ist. Man spricht dann von einer ¹⁸F-PET, beziehungsweise, da als Gegenion üblicherweise Natrium verwendet wird, von einer ¹⁸F-NaF-PET. Die Fluorid-Ionen gehen nach intravenöser Verabreichung sehr schnell per Diffusion in die extrazelluläre Flüssigkeit der Knochen, wo sie langsam mittels Anionenaustausch aus dem dort vorhandenen Hydroxylapatit Fluorapatit bilden. Dieser Vorgang findet bevorzugt in den Bereichen statt, bei denen ein intensiver Knochenumbau im Gang ist, beispielsweise Knochenmetastasen oder Frakturen.

In einer Studie konnten mit der ¹⁸F-PET im Vergleich zur konventionellen Skelettszintigrafie doppelt so viele Knochenmetastasen nachgewiesen werden. Die Spezifität ist ebenfalls deutlich höher.^[2]

Die Fluorid-18-PET ist deshalb derzeit die genaueste und empfindlichste Methode zur Bestimmung von Knochenmetastasen.^[3]

Für die Skelettszintigrafie wurde ¹⁸F-NaF bereits in den 1960er Jahren verwendet und erstmals 1962 beschrieben.^[4] In den 1970er Jahren wurde es dann durch die ^99mTechnetium-markierten Bisphosphonate weitgehend verdrängt,^[5] die für die in der Szintigrafie verwendeten Gammakameras besser geeignet sind. Mit der Verbreitung der Positronen-Emissions-Tomografie und vor allem aufgrund einer seit dem Jahr 2008 anhaltenden Verknappung von Molybdän-99,^[6] dem Ausgangsmaterial für Technetium-99m-Generatoren, erlebt dieser Radiotracer eine Art Renaissance, mit dem Potenzial die konventionelle Szintigrafie mit ^99mTc und Gammakamera zu ersetzen.^[7][8][9] Fluor-18 kann in einem Zyklotron erzeugt werden, während ⁹⁹Mo in einem Kernreaktor mit hohem Neutronenfluss produziert werden muss.

Die beiden Radiotracer FDG und ¹⁸F-NaF können auch simultan verabreicht und mit einem Scan detektiert werden, wodurch die Vorteile beider Tracer miteinander vereinigt werden.^[10] Noch vorteilhafter ist die kombinierte Anwendung in einem PET/CT.^[11]

Bei Knochenmetastasen einiger Tumorentitäten, speziell des Primärtumors Prostatakarzinom, ist die FDG-PET in vielen Fällen ungeeignet.^[12] Die Aufnahme von FDG ist bei den Zellen der langsam wachsenden Skelettmetastasen des Prostatakarzinoms bei einem großen Teil der Patienten zu gering. In einer Studie konnten beispielsweise nur 65 % der skelettszintigrafisch nachgewiesenen Metastasen per FDG-PET erkannt werden.^[13] Andere Studien kommen zu noch schlechteren Werten.^[14] Daher kommen zur Darstellung des Prostatakarzinoms die Radiotracer ¹⁸F-Fluorethylcholin und ¹⁸F-Cholin zum Einsatz. Die Aufnahme von Cholin ist bei diesen Tumorzellen höher als die von Glucose. Cholin ist ein für alle Zellen wichtiger Baustein zum Aufbau der Phosphatidylcholine, einer Gruppe von Zellmembran-bildenden Phospholipiden. Prostatakrebszellen nehmen im Vergleich zu normalen Zellen vermehrt Cholin beziehungsweise die ¹⁸F-markierten Cholin-Derivate auf, weshalb sich diese – mit dem natürlichen Cholin verwandten – Radiotracer dort anreichern. Dies ist nicht nur bei den Zellen des Primärtumors des Prostatakarzinoms, sondern auch bei allen seinen Metastasen der Fall.

Statt des ¹⁸F-Fluorethylcholin wird vereinzelt auch das mit dem natürlichen Cholin chemisch identische ¹¹C-Cholin verwendet. Allerdings ist dessen Handhabung wegen der sehr kurzen Halbwertszeit von 20 Minuten (im Vergleich dazu knapp zwei Stunden bei ¹⁸F) deutlich schwieriger.^[15]

• F-18-Cholin-PET/CT
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  Osteolytische Knochenmetastase im zweiten Halswirbelknochen (Axis) eines metastasierten Prostatakarzinoms
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  Osteoplastische Knochenmetastase eines metastasierten Prostata-Karzinoms im Hüftgelenk
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  CT einer Prostatakrebs-Metastase im linken Schambein (im Bild rechts)
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  PET derselben Metastase Cholin-PET im Schambein
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  Fusionsbild aus CT und Cholin-PET der Prostatakrebs-Metastase im linken Schambein

• Videos
• Maximumintensitätsprojektion (MIP) einer PET/CT mit Cholin. Die physiologische Anreicherung in Leber, Pankreas, Nieren, Blase, Milz, Knochenmark und den Speicheldrüsen ist deutlich zu erkennen. Die Knochenmetastase befindet sich im Schambein links.
• PET/CT in MIP mit ¹⁸Fluor-Desoxyglucose (FDG) bei metastasiertem Brustkrebs. Primärtumor in der rechten Brust. Lymphknotenmetastasen im Mediastinum und Lungenmetastasen. Die Knochenmetastasen lassen sich in der Untersuchung mit ¹⁸F-NaF (nächstes Video) besser abgrenzen.
• PET/CT in MIP mit ¹⁸F-Natriumfluorid (NaF) bei metastasiertem Brustkrebs. Knochenmetastasen in Schädel, Wirbelsäule, Becken, Rippen, linkem Schlüsselbein und rechtem Oberschenkel. Die gleiche Patientin wie in dem FDG-Video

• D. Hellwig, B.-J. Krause, H. Schirrmeister, M. Freesmeier: Skelettdiagnostik mittels ¹⁸F-Natriumfluorid-PET und PET/CT. DGN-Leitlinie, Version 1.0 Nuklearmedizin 2010; 49: 195–201 doi:10.3413/nukmed-0343
• B. J. Krause, U. Treiber, S. Schwarzenböck, M. Savatzoglou: Cholin-PET/CT zur Bildgebung des Prostata-Karzinoms. Der Nuklearmediziner 2010; 33: 181–186 doi:10.1055/s-0030-1254161