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Positronen-Emissions-Tomographie

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Medizinische Physik

Zusammenfassung

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eines der wichtigsten Bildgebungsverfahren in der Nuklearmedizin und wird seit Anfang des Jahrtausends ausschließlich als Kombinationsverfahren mit der Computertomographie (PET/CT) und neuerdings auch mit der Magnetresonanztomographie (PET/MRT) weiterentwickelt. Für die PET-Bildgebung wird die beim Positronenzerfall entstehende sekundäre \(\upgamma\)-Strahlung genutzt. Man bildet also im Gegensatz zur Szintigraphie oder SPECT nicht direkt den Zerfallsort des eingesetzten radioaktiven Isotopes ab, sondern den Ort, an dem sich das emittierte Positron mit einem Elektron aus der Umgebung in Vernichtungsstrahlung umwandelt. Diese Besonderheit prägt die Bildgebungseigenschaften der PET, da sie einerseits messtechnische Vorteile mit sich bringt, andererseits aber auch eine grundsätzliche physikalische Grenze in der möglichen Ortsauflösung des Verfahrens darstellt. Das Kapitel behandelt die der PET zugrunde liegenden physikalischen Prozesse und die Messdatenerhebung an modernen Geräten. Ferner werden die Bildrekonstruktion und die für eine quantitative Auswertung der Bilddaten notwendigen Korrekturen beschrieben. Das Kapitel endet mit einer Einführung in die klinischen Anwendungsgebiete des Verfahrens.

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Notes

  1. 1.

    Das Abtasttheorem besagt vereinfacht, dass man für eine korrekte Erfassung eine Funktion mit einer Frequenz abtasten muss, die doppelt so groß ist wie die maximale Frequenz, die in der Funktion vorkommt.

  2. 2.

    Das radioaktive Germanium-Isotop \({}^{68}\)Ge zerfällt durch Elektroneneinfang mit einer Halbwertszeit von 270,8 Tagen zum ebenfalls radioaktiven Gallium-Isotop \({}^{68}\)Ga. Die Eigenschaften des Positronenstrahlers \({}^{68}\)Ga sind in Tab. 15.1 aufgeführt. Neben der Nutzung von \({}^{68}\)Ge für langlebige, umschlossene radioaktive PET-Quellen wird es auch in sogenannten \({}^{68}\)Ge/\({}^{68}\)Ga-Generatoren verwendet. Nach dem gleichen Grundprinzip wie beim \({}^{99}\)Mo/\({}^{99\mathrm{m}}\)Tc-Generator werden mit einem solchen Generator \({}^{68}\)Ga-Ionen für die Herstellung von Radiopharmaka zu eluiert.

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Authors and Affiliations

  1. Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Freiburg, Medizinische Fakultät, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg, Deutschland

    Prof. (Univ. Stellenbosch) Dr. Michael Mix

Authors
  1. Prof. (Univ. Stellenbosch) Dr. Michael Mix
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Corresponding author

Correspondence to Michael Mix .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Medizinische Physik in der Strahlentherapie (E040), Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Germany

    Wolfgang Schlegel

  2. Medizinische Physik in der Strahlentherapie (E040), Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Germany

    Christian P. Karger

  3. Medizinische Physik in der Strahlentherapie (E040), Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Germany

    Oliver Jäkel

Aufgaben

Aufgaben

15.1

Beschreiben Sie den physikalischen Zerfallsprozess, der der PET zugrunde liegt. Welche Besonderheit ist im Hinblick auf die Nutzung zur Bildgebung besonders zu beachten?

15.2

Was bestimmt die Reichweite der Positronen und in welcher Größenordnung liegt diese bei typischen PET-Isotopen im menschlichen Gewebe?

15.3

Skizzieren Sie grob den wesentlichen Aufbau und das Messprinzip eines modernen PET-Scanners. Was bezeichnet in der PET die Abkürzung TOF?

15.4

Durch welche Eigenschaften des Detektorsystems und des Positronenzerfalls wird die räumliche Auflösung in der PET bestimmt?

15.5

Welche beiden grundlegenden Rekonstruktionsverfahren werden in der PET verwendet?

15.6

Welche Aussage trifft bei der iterativen Rekonstruktion nicht zu?

  1. 1

    Die Daten werden bei der iterativen Rekonstruktion in diskretisierter Form behandelt.

  2. 2

    Es wird die stochastische Natur des radioaktiven Zerfalls (Poisson-Statistik) berücksichtigt.

  3. 3

    Das Bild wird in der iterativen Rekonstruktion in einem einzigen Rechenschritt erzeugt.

  4. 4

    Es werden Maximierungsverfahren zur Bilderzeugung eingesetzt (z. B. EM oder RA).

  5. 5

    Erst Konvergenzbeschleunigungen (z. B. OSEM) machen die iterativen Verfahren routinetauglich.

15.7

Nennen Sie die notwendigen Datenkorrekturen, um in der PET quantitative Aussagen über die absolute Aktivitätsverteilung im Messobjekt zu bekommen.

15.8

In der onkologischen Anwendung der PET wird häufig der „Standard Uptake Value“ (SUV) verwendet. Wie berechnet sich dieser?

15.9

Bei der Verwendung von FDG als Tracer in der PET für die onkologische Diagnostik gelten folgende Aussagen:

  1. 1

    FDG (Fluordesoxiglukose) mit dem Isotop \({}^{18}\)F visualisiert als Analogon den Glukosemetabolismus im Körper.

  2. 2

    Der Glukosestoffwechsel ist bei Tumorzellen erhöht. Daher reichern Tumoren mehr FDG als Normalgewebe an.

  3. 3

    Patienten müssen zur unmittelbaren Vorbereitung auf die Untersuchung zuckerhaltige Nahrung zu sich nehmen.

  4. 4

    Der SUV-Wert wird bei FDG u. a. durch den Zeitpunkt der Messung, den Blutzuckerspiegel und der Menge an Körperfett beeinflusst.

  5. 5

    Bei onkologischen Untersuchungen mit FDG sind diagnostisch insbesondere Negativkontraste relevant. Diese kommen bei der iterativen Rekonstruktion besonders schnell zum Vorschein (schnelle Konvergenz).

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Mix, M. (2018). Positronen-Emissions-Tomographie. In: Schlegel, W., Karger, C., Jäkel, O. (eds) Medizinische Physik. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-54801-1_15

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  • Publisher Name: Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg

  • Print ISBN: 978-3-662-54800-4

  • Online ISBN: 978-3-662-54801-1

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