Protokolle - PET

Neurologie 18-F Fluordeoxyglukose (FDG)

Aktualisiert am 29. Februar 2004

Leitlinie zur Anwendung von 18-F Fluordeoxyglukose (FDG) und PET bei neurologischen/psychiatrischen Erkrankungen

Autor
Univ. Prof. DDr. Susanne Asenbaum, Universitätsklinik für Nuklearmedizin und Neurologie, Universität Wien

Zielsetzung
Im folgenden Artikel sollen die Grundlagen, die Indikationen, die Durchführung, die Befundung und Interpretation der cerebralen 18-F Fluordeoxyglukose (FDG) Positronenemissionstomographie (PET) erörtert werden. Angestrebtes Ziel ist eine qualitativ hochstehende Untersuchung, die den Stellenwert dieser Technik in der neurologischen Diagnostik und psychiatrischen Praxis erhärten bzw. erhöhen kann.

Grundlagen und Definitionen
Neurologische und psychiatrische Fragestellungen stellen eine wichtige Indikation für eine FDG PET dar (Messa et al. 1995). Bei dieser Untersuchung wird durch eine Darstellung oder Messung des regionalen Glukosemetabolismus Informationen gewonnen, die für die Diagnosestellung bzw. Differentialdiagnose, für die Verlaufs- oder Therapiekontrolle notwendig sind. Das Spektrum der in Frage kommenden Erkrankungen ist groß, am häufigsten handelt es sich um die Abklärung dementieller Syndrome, um epileptische Anfälle, Bewegungsstörungen und zerebrovaskuläre Erkrankungen, bzw. Raumforderungen.

Bei der cerebralen FDG PET sind folgende Begriffe von Bedeutung:

a) “statische” Tomographie: singuläre Aufnahme des Zielorgans, also des Gehirns
b) dynamische Tomographie: multiple sequentielle Aufnahmen, für die Quantifizierung der globalen und regionalen metabolischen Rate für Glukose (rCMRgluc) notwendig
c) 2D und 3D Modus: Bei Ringdetektoren können Koinzidenzen entweder nur innerhalb benachbarter Detektorringe (2D Modus) oder im Bereich sämtlicher vorhandener Ringe (3D Modus) gewertet werden.
d) Schwächungskorrektur: bei cerebralen Untersuchungen unerläßlich. Diese erfolgt entweder auf Grundlagen einer Transmissionmessung (eventuell mit nachfolgender Segmentation), wobei mittels einer externen Strahlenquelle ein zur Emissionstomographie korrespondierendes Bild gewonnen wird. Weiters kann die Schwächungskorrektur geometrisch und rein rechnerisch durch Abschätzung der Wegstrecke z.B. mit dem Verfahren nach Chang erfolgen.

Indikationen
1) Dementielle Erkrankungen wie Mb.Alzheimer, vaskuläre Demenz oder frontotemporale Demenz (z.B. Mielke and Heiss 1998)
2) Epileptische Anfälle, in erster Linie partielle Anfälle, insb. im Rahmen einer präoperativen Abklärung bei geplanten epilesiechirurgischen Eingriffen (z.B. Devous 1997)
3) Zerebrovaskuläre Erkrankungen, so im Rahmen akuter Ischämien (z.B. Heiss et al. 1992)
4) primäre und sekundäre cerebrale Raumforderungen, vor allem zur Bestimmung des Differenzierungsgrades und der Graduierung, Bestimmung eines Biopsieortes sowie der Frage Rezidiv vs. Strahlennekrose (z.B. Brock et al. 1997, Kaschten et al. 1998)
5) Bewegungsstörungen wie Mb.Parkinson oder atypisches Parkinsonsyndrom (z.B. Antonini et al. 1998)
6) Psychiatrische Erkrankungen, wie bei Abklärung depressiver Zustandsbilder (z.B. George et al. 1993)

Diese Fragestellungen weisen unterschiedliche Indikationsstufen auf, die in der Übersichtarbeit von Kuwert et al. 1998 sowie im Konsensus Neuro-PET der Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Nuklearmedizin (AWMF-Leitlinien-Register Nr. 031/008; Moser et al.) angeführt sind. Auch werden in diesen Arbeiten weitere Indikationen erwähnt, die hier im einzelnen nicht aufgezählt werden können.

Durchführung der Unersuchung
Bei einer nuklearmedizinischen Bildgebung sollte zunächst die allgemeine Leitlinie für nuklearmedizinische Bildgebung (Knoop 1999) berücksichtigt werden.

Patientenvorbereitung
1) Die Patienten müssen zumindest 4 Stunden vor der Untersuchung nüchtern bleiben, um die (cerebrale) FDG Aufnahme nicht durch die physiologische Glukoseutilisation zu verändern.
2) Vor Applikation von FDG soll der Blutzuckerspiegel bestimmt werden, um eine eventuell bestehende Hyperglykämie (ab 160 mg/dl) zu senken. In diesem Fall sind weitere Blutzuckerkontrollen bei Beginn der Aufnahme und nach Beendigung der Untersuchung notwendig. Der intravenöse Zugang soll 10 Minuten vor der FDG Applikation gelegt werden.
3) Zwischen Verabreichung der Aktivtät und Beginn der Aufnahme sollen die Patienten zwecks FDG Anreicherung mindestens 30 Minuten liegen. Der Patient muß sich währenddessen in komfortabler Lagerung in einem abgedunkelten und ruhigen Raum aufhalten, und nach Möglichkeit nicht reden, lesen oder andere Aktivitäten setzen.

Weitere Informationen bzgl. Durchführung der FDG PET
1) Erhebung vorbestehender Erkrankungen insb. neurologischer und psychiatrischer Vorerkrankungen, Operationen, Traumen und Bestrahlungen im Bereich des Schädels, Chemotherapien.
2) Rezenter neurologischer und psychiatrischer Status
3) Vorliegen eines Diabetes mellitus ? Dauer des Nüchternzustandes ?
4) Patient muß insgesamt ungefähr 1 Stunde ruhig liegen können, d.h. ansonsten ist eine Sedierung notwendig. Diese sollte im Untersuchungsablauf so spät wie möglich verabreicht werden.
5) Anforderung rezenter morphologischer Bildgebung, zumindest eines schriftlichen Befundes
6) Aktuelle Medikation, vor allem Psychopharmaka. Diese sind insbesondere bei Bestimmung der CMRgluc zu berücksichtigen (z.B. Spanaki et al. 1999)

Vorsichtsmaßnahmen
1) Überwachung und Betreuung des Patienten muß gewährleistet sein, insb. bei dementen Patienten und bei Vorliegen neurologischer Ausfälle und psychiatrischer Auffälligkeiten
2) Sedierung nur wenn absolut notwendig
3) Rechtzeitige Blasenentlehrung vor der Untersuchung !

Nur selten rechtfertigt eine neurologische Fragestellung die Durchführung der FDG PET während einer Gravidität.

Strahlenexposition
Dosimetriedaten lt. ICRP 53 (S.76), siehe Tabelle 1

Tabelle 1: Dosimetrie FDG PET

Aufnahmemodus

1) Vor Beginn der Aquisition muß auf eine exakte Lagerung des Patienten im Gesichtsfeld des Tomographen einerseits, andererseits auf die richtige Lagerung in den 3 Ebenen geachtet werden. Transaxial sollte die Einstellung in der (infra-)orbito-meatalen Ebene erfolgen. Eine maximal mögliche bequeme Lagerung sollte angestrebt werden, und der Patient auf die Notwendigkeit des “Nichtbewegens” hingewiesen werden. Eine leichte Fixierung des Kopfes ist vorzunehmen.

2) Für die Transmissionsmessung muß auf eine ausreichend hohe Gesamtzahl der Impulse geachtet werden, die typischerweise mehr als 100 Mio. Ereignisse beträgt. Die Aufnahmezeiten liegen je nach verwendetem System und Modus (3D oder 2D) bei 10 bzw. 20 Minuten. Transmissionsmessungen sind für die Schwächungskorrektur bzw. Quantifizierung notwendig und können vor oder, sofern vom Untersuchungssystem her möglich, auch nach der Applikation des Radiopharmakons durchgeführt werden.

3) Die statische Emissionsmessung beginnt 30-40 Minuten nach FDG. Sequentielle Aufnahmen starten unmittelbar nach der FDG Applikation, zusammen mit einer arteriellen Aktivitätsbestimmung bzw. einer solchen aus durch lokale Erwärmung ausreichend arterialisiertem venösen Blut. Im Falle einer Quantifizierung ist eine Datenakquisition bis 60-90 Minuten nach Applikation notwendig.

4) Die Dauer der Aufnahme sollte sich nach der Gesamtzahl der Emissionsimpulse richten. Anzustreben sind bei der cerebralen FDG PET in Abhängigkeit von Meßsystem und Aufnahmemodus 40-150 Mio. Ereignisse.

5) Zur semiquantitativen Abschätzung eines Tumorstoffwechsels in einer statischen Emissionsmessung kann der SUV (Standard Uptake Value) angegeben werden. Eine Transmissionsmessung ist dazu erforderlich. Der SUV errechnet sich aus der Aktivität in der Läsion, bezogen auf gesamte injizierte Aktivität zum Zeitpunkt der Applikation (auch Messung der leeren Spritze erforderlich) und Körpergewicht bzw. Körperoberfläche. Eine Berücksichtigung der Serum-Glukosekonzentration mittels eines Korrekturfaktors ist möglich. Die Bestimmung des SUVs erfolgt an Hand einer statischen Emissionsmessung zumindest 30 Minuten p.i. nach Erreichen eines Speicherplateaus im Bereich der Läsion. Es sollte vor allem bei geplanten Kontrolluntersuchungen immer der gleiche Zeitpunkt zur Bestimmung des SUVs gewählt werden.

6) Eine absolute Quantifizierung des FDG/Glukosemetabolismus beruht auf der Messung der arteriellen Inputfunktion der FDG, der Bestimmung des FDG und Glukose Spiegel im Plasma, der applizierten Gesamtaktivität und der Bestimmung der Körperoberfläche. Weiters muß ein Kalibrierungsfaktor bekannt sein, der eine Umrechnung der Impulse im PET System (Ereignisse/sec pro Volumselement) und der (im Bohrlochzähler) gemessenen Aktivitätskonzentration (Ereignisse/sec pro ml) erlaubt. Dies erfolgt mit Hilfe eines zylindrischen Phantoms mit bekannter Aktivitätskonzentration im Vergleich zu einer Bohrlochmessung dieser Lösung.

7) mFDG mit Koinzidenzkamera: Die zuvor angeführten Punkte IV/A -C sind anzuwenden. Auf Grund einer Zählraten abhängigen Auflösung muß je in Abhängigkeit vom System die verabreichte Aktivität vermindert werden. Die Aufnahmedauer beträgt z.B. 30 Minuten mit 3°-Winkelschritten bei step-and-shoot-Technik. Die Akquisition erfolgt mit einer 64x64 oder 128x128 Matrix und einem Energiefenster bei 511 keV +/- 10%. Der kleinste Rotationsradius soll gewählt werden. Dynamische Akquisitionen sind nicht möglich.

Interventionen
In der Routine sind Interventionen nur selten notwendig. Gegebenenfalls kann durch Anwendung verschiedener Stimualtionsparadigmen vor geplanten chirurgischen Eingriffen eine bessere Abgrenzung von funktionell bedeutenden Hirnregionen erzielt werden.

Bildauswertung

1) Verarbeitung der an einem dedizierten PET System gewonnen Daten: Die Daten werden transaxial (bei einem Gesichtfeld von ca. 50 cm) in einer 128x128 Matrix rekonstruiert. Die vom Gesichtfeld abhängige Pixelgröße soll 1/3 bis 1/2 der zu erwartenden Systemauflösung entsprechen, diese liegt zur Zeit bei den meisten Geräten zw. 4-5 mm. Nach Rekonstruktion beträgt die Bildauflösung 9-11 mm FWHM. Bei der Rekonstruktion werden z.B. Hanning oder Shepp-Logan Filter verwendet. Iterative Rekonstruktionsverfahren können erwogen werden. Eine Erstellung coronaler und sagittaler Schnitte muß erfolgen.

2) Quantifizierung: Die gewonnenen Zeit-Aktivitätskurven werden an ein Tracer-Kompartmentmodell angepaßt oder einer graphischen Analyse zugeführt, und somit die Berechnung der Phosphorylierung der FDG in bestimmten Regionen ermöglicht. Die unter IV/E6 angeführte Kalibrierung muß zumindest 1-2x/Woche vorgenommen werden. Ein Korrekturfaktor, die sogenannte “lumped constant”, kann für die Umrechnung der errechneten FDG Werte in die entsprechenden Ergebnisse für Glukose verwendet werden.

3) Verarbeitung der an einer Koinzidenzkamera gewonnen Daten: Nach einer Zerfallskorrektur erfolgt eine filtered backprojection z.B. mit einem Butterworth Filter. Eine Schwächungskorrektur ist notwendig.

4) Weiters zu beachten: Verwendung der höchstmöglichen Pixelauflösung; bei mathematischer Schwächungskorrektur - sorgfältiges Legen des Korrektur-ROI´s über den gesamten Kopf; wenn möglich Korrektur von Bewegungsartefakten; möglichst sparsame nachträgliche Reorientierungen in den Raumebenen.

Interpretation/Befundung

1) visuelle Beurteilung
Das Vorliegen eines Normkollektivs ist notwendig um das Ausmaß der normalen Variabilität der FDG Aufnahme abschätzen zu können. Bei der Interpretation der gewonnenen Scans ist die Spannweite der Normalverteilung des FDG Metabolismus zu berücksichtigen. Eine Überinterpretation, auch im Sinne der “Anpassung” an eine bestehende Klinik, ist zu vermeiden.
Die Befundung soll am Monitor erfolgen, um eventuelle Änderungen an Farbskala, Hintergrundsubtraktion und Kontrast durchführen zu können. Diese sind jedoch mit Vorsicht anzuwenden um nicht artefiziell Unterschiede im Glukose-STW zu kreieren.
Zu beurteilen sind neben globalen Veränderungen wie relativ reduziertem FDG Metabolismus cortical in erster Linie Seitenunterschiede in der FDG Aufnahme, wobei eine einseitige Reduktion von einer kontralateralen relativen Erhöhung der Speicherung abzugrenzen ist. Letzteres kann z.B. bei entzündlichen Prozessen, Tumoren oder einem fokalen epileptischen Status auftreten.
Die Studien sind auch im Rahmen der Befundung kritisch hinsichtlich vorliegender Bewegungs- (und eventueller Schwächungs)artefakte zu überprüfen.
Die vorliegende morphologische Bildgebung ist in die Beurteilung miteinzubeziehen, z.B. hinsichtlich bestehender Atrophie. Im Idealfall ist eine Bildfusion mit cerebraler Computertomographie oder Magnetresonanztomographie anzustreben.

2) Quantifizierung
Neben einer korrekten technischen Durchführung der Untersuchung muß ein, wenn möglich altersentsprechendes, Normkollektiv zum Vergleich vorliegen. Als pathologisch sollten nur solche Ergebnisse gewertet werden, die außerhalb der doppelten Standardabweichung liegen. Eine begleitende visuelle Beurteilung ist notwendig.

3) Der Befund sollte neben einer Angabe der Untersuchungsparameter und der Beurteilung der technischen Qualität der Untersuchung eine Wertung der Auffälligkeiten beinhalten, sowie Ausmaß und Ausprägung der pathologischen FDG Aufnahme. Mögliche Differentialdiagnosen sollen angeführt werden.

Qualitätskontrolle
Entsprechend Mayberg et al. 1996.

Fehlerquellen
- Sedierung bzw. nicht gewünschte Aktivierung spezieller Hirnregionen
- Patientenbewegung
- Veränderung der FDG Aufnahme bei Radiatio oder Chemotherapie bzw. in den ersten darauf folgenden Wochen
- Medikamenteneinfluß
- Fehlende Schwächungskorrektur führt zu einer schwachen Darstellung der Basalganglien
- Weichteilspeicherung nach operativen Eingriffen im Bereich des Schädels



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