PET-CT in der Krebsdiagnostik: Funktionsweise und Nutzen
Bildgebende Verfahren erlauben Einblicke in die Struktur von Gewebe, ohne auch nur einmal das Skalpell anzusetzen. Gerade im Rahmen schwerwiegender Erkrankungen sind solche Untersuchungsmethoden extrem wichtig – etwa zur Diagnose und für den Behandlungsplanung bei Tumorerkrankungen. Mit den bildgebenden Verfahren verfolgt die Medizin mehrere Zielstellungen. Auf der einen Seite geht es um Früherkennung. Je eher ein Tumor erkannt wird (im Idealfall vor dem Auftreten der ersten Symptome), umso besser sind in der Regel die Behandlungsaussichten. Unter anderem für die Brustkrebsvorsorge sind radiologische Verfahren im Einsatz. Zusätzlich werden bildgebende Methoden zur Bestimmung des Tumorstadiums und der Behandlungsplanung genutzt. Dank sehr detaillierter räumlicher Darstellungen liefert die Radiologie wichtige Informationen für die Auswahl der Therapie.
In diesem Artikel erfahren Sie alles über das PET-CT – Funktionsweise, Vorteile und Herausforderungen.
Grundlagen des PET-CT: So funktioniert das Verfahren
Hinter dem Begriff PET-CT steckt eine Untersuchungsmethode, die zwei bildgebende Verfahren miteinander kombiniert. Auf der einen Seite steht die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), auf der anderen Seite die Computertomographie (CT). Durch die Kombination beider Methoden lassen sich Tumore mit sehr hoher Genauigkeit identifizieren. Dass der PET-CT Scan in der Krebsdiagnostik eine so große Rolle spielt, hat mit besonderen Eigenschaften der Krebszellen bzw. deren Stoffwechsel zu tun.
Der Stoffwechsel von Krebszellen unterscheidet sich deutlich vom Metabolismus einer gesunden Zelle. Aufgrund des Warburg Effekts haben Krebszellen einen sehr hohen Zucker-/Glucoseverbrauch. Und genau hier setzt die Radiologie mit dem PET-CT an. Die Methode zielt darauf ab, Regionen mit einem sehr hohen Zuckerverbrauch im Körper zu identifizieren.
Biologische Prinzipien: Radiotracer und Stoffwechselprozesse
Um die Unterschiede im Energieverbrauch verschiedener Zellen deutlich zu machen, werden Radiotracer benutzt, also radioaktiv markierte Moleküle. Diese lassen sich mithilfe der Positronen-Emissions-Tomographie im Körper identifizieren. Um als Tumormarker in Frage zu kommen, wird der Radiotracer in die Zellen eingeschleust. Dabei macht sich die Radiologie den erhöhten Glucosebedarf der malignen Zellen zunutze.
Statt wie bei gesunden Zellen die aus der Glykolyse entstehende Brenztraubensäure (Pyruvat) in den Citratzyklus einzuschleusen (der in den Mitochondrien stattfindet), wird bei Krebszellen Laktat aus der Milchsäuregärung ausgeschieden – was allerdings eine sehr ineffiziente Gewinnung von Energie darstellt. Gesunde Zellen nutzen diese Methode nur beim Fehlen von Sauerstoff. Tumorzellen nutzen diesen Effekt selbst unter einer normalen Sauerstoffversorgung. Aufgrund dieser Besonderheit brauchen Krebszellen sehr viel mehr Glucose als eine gesunde Zelle.
Fluorodeoxyglucose (FDG), eine radioaktiv markierte Form von Glukose, wird beim PET-Scan als Tracer benutzt und in den Körper injiziert. Anschließend verteilt sich der markierte Zucker im Körper. Dabei nehmen die Tumorzellen deutlich mehr FDG vor der PET-CT-Untersuchung auf und erscheinen deshalb in den Scans auch als Hotspots. Mit dem Untersuchungsergebnis kann die Radiologie kritische Bereiche identifizieren. Allerdings tritt eine erhöhte Glucoseaufnahme nicht exklusiv bei Tumoren auf. Es gibt einige physiologische Aspekte, welche ebenfalls differentialdiagnostisch bedacht werden müssen.
Im Rahmen von Infektionen und Entzündungen können sich in einem PET-Scan Bereiche ergeben, in denen eine höhere Aufnahme des radioaktiv markierten Zuckers zu erkennen ist. Zudem sind röntgendichte Strukturen oder durch Immuntherapien veränderte Metabolismusparameter Ursache für falsch-positive PET-Scan Ergebnisse.
Mithilfe einer PET-CT-Untersuchung lassen sich nicht nur Areale mit einer erhöhten Glukoseaufnahme identifizieren. Die Radiologie erkennt in den Scans auch Bereiche mit einem verminderten Zuckerstoffwechsel. Hiermit liefert die Methode wertvolle Informationen hinsichtlich der Diagnose von Demenz.
Physikalische und technische Grundlagen des PET-CT
Im PET-CT-Scan kombiniert die Radiologie zwei unterschiedliche Verfahren. Die Positronen-Emissions-Tomographie gehört in die Emissionscomputertomographie. Es handelt sich um Verfahren, welche die Strahlung aus dem radioaktiven Zerfall messen. Die dazu verwendeten schwach radioaktiven Substanzen (Radiotracer oder Radiopharmakon) variieren entsprechend der medizinischen Fragestellung. Im Kern geht es darum, die physiologischen Funktionen und Prozesse der körpereigenen Biochemie abzubilden. Dies ist möglich, weil bei den Zerfallsprozessen messbare Gammastrahlung freigesetzt wird.
Diese Gammastrahlung wird beim Aufeinandertreffen von Positronen und Elektronen erzeugt. Beide löschen sich beim Aufprall unter gegenseitiger Auslöschung auf. Die Gammastrahlung breitet sich in entgegengesetzte Richtungen aus. Um in der Messung keine falschen Ergebnisse zu erhalten, ist der Detektor so eingestellt, dass nur koinzident (zum gleichen Zeitpunkt) auftreffende Photonen registriert werden. Um alle Gammastrahlen zu erfassen, sind die Detektoren in einem Ring angeordnet.
Damit PET-Messungen so sensitiv reagieren, macht sich die Medizin die 18F-Fluordesoxyglucose zunutze. Das Radionuklid, ein radioaktives Isotop des Fluor, zerfällt in ein stabiles Sauerstoffisotop. Allerdings hat die Methode einen Nachteil: Die vergleichsweise geringe Auflösung. Daher lassen sich die betreffende Bereiche in Untersuchungen nicht immer ausreichend gut lokalisieren. Dieser Nachteil wird durch die Kombination der Positronen-Emissions-Tomographie mit einer CT kompensiert.
In der Radiologie ist nicht nur Fluordesoxyglucose als Radiotracer im Einsatz. Für die Darstellung von Tumoren der Prostata oder neuroendokrine Tumore wird auch Gallium-68 als Positronenstrahler verwendet.
Ablauf einer PET-CT-Untersuchung: Vorbereitung und Durchführung
Der technische Aufbau eines Scanners für die PET-CT-Untersuchung ergibt sich aus den physikalischen Grundlagen. Es handelt sich um ein ringförmiges Untersuchungsgerät: Patienten liegen auf der Untersuchungsliege. Das für die Untersuchung mittels PET-CT speziell für die Krebsdiagnose schwach radioaktive Glukose verwendet wird, beeinflusst auch den Ablauf der Untersuchung.
Intravenös verabreicht, braucht es einige Minuten, bis die 18F-Fluordesoxyglucose alle Bereiche des Körpers erreicht hat. Die Wartezeit zwischen der Gabe des Radiotracers und der eigentlichen Untersuchung liegt in der Regel zwischen 30 Minuten und 60 Minuten. Für diverse Fragestellungen kann zudem die Gabe eines Kontrastmittels erforderlich werden.
Sollte dieser Schritt bei Ihnen nötig werden, sind einige Besonderheiten in der Vorbereitung zu beachten. Unsere Standorte benötigen in diesem Fall die TSH- und Kreatininwerte. Des Weiteren berücksichtigen Sie bitte Hinweise zur Nahrungskarenz, welche Ihnen die Radiologen mit auf den Weg geben.
Je nach Fragestellung gelten für die PET-CT-Untersuchung von Haus aus Vorgaben bezüglich der Nahrungskarenz. Bei Untersuchungen auf Prostatakarzinome oder neuroendokrine Tumore müssen Sie weniger strenge Regeln einhalten. Für andere Tumoruntersuchungen sollte für die letzte Mahlzeit ein Abstand von zwölf Stunden zum Untersuchungstermin eingehalten werden.
Für die eigentliche Untersuchung werden Patienten auf der Untersuchungsliege positioniert. Diese fährt anschließend in die Öffnung des PET-CT-Scanners, wo die Scans innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden. Einige Patienten empfinden die Öffnung als sehr eng. Sollten Sie damit Probleme haben, sprechen Sie dies bitte im Patientengespräch an.
Interpretation der PET-CT-Bilder: Analyse und Befundung
Der PET-CT-Scan ist nur ein Schritt in der Krebsdiagnose. Dazu müssen die Bilder natürlich noch durch den Arzt interpretiert werden. Dafür werden die Daten aus dem funktionalen PET-Scan mit den anatomischen Daten aus der CT kombiniert. Es zeigen sich in den Bildern Areale mit erhöhter Stoffwechselaktivität, die als Tumorherde in Frage kommen.
Ihr Radiologe kann anhand der Scans auch einschätzen, ob es sich um eine bösartige oder gutartige Struktur handelt. Sofern Aspekte unklar sind, kann nach der Analyse eine weitergehende Diagnostik empfohlen werden. Über die CT-Aufnahme werden die genaue Lage und Ausdehnung des Tumors bestimmt. Mithilfe des Standardized Uptake Value (SUV) ist eine Bewertung der metabolischen Aktivität möglich.
Die Analyse der PET-CT-Bilder mündet schließlich in den Befund. Dieser umfasst eine detaillierte Beschreibung der anatomischen und funktionellen Befunde (Lokalisation und Ausdehnung der Tumore). Mithilfe der Analyse und des Befundes unterstützt die Radiologie in der Behandlungsplanung und liefert in Nachuntersuchungen wichtige Informationen hinsichtlich des Behandlungserfolgs.
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Vergleich PET-CT mit anderen bildgebenden Verfahren in der Onkologie
Im Rahmen der Krebsdiagnostik ist der PET-CT-Scan nicht die einzige Methode, mit welcher die Onkologie arbeitet. Welches Verfahren letztlich verwendet wird, hängt von individuellen Faktoren und der genauen medizinischen Fragestellung ab. So eignen sich andere bildgebende Verfahren in der medizinischen Praxis eher zur Darstellung von Knochenmetastasen als eine PET-CT-Untersuchung. Welche Methoden sind parallel zu PET-Scans gängige Untersuchungen in der Krebsdiagnostik?
- Magnetresonanztomographie (MRT): Die Magnetresonanztomographie nutzt Magnetfelder und Hochfrequenzimpulse, um Wasserstoffprotonen anzuregen und stellt die Relaxation im Bild dar. Hier tritt keine Strahlenbelastung auf. Über Kontrastmittel lassen sich Gewebe sehr gut unterscheiden und Strukturen dreidimensional darstellen. Vorteile hat die Methode bei Weichteilgewebe-Untersuchungen dank ihrer hohen Auflösung. Allerdings dauert der MRT-Scan deutlich länger als Röntgen, Ultraschall oder CT. Zusätzlich lässt sich die Methode bei Patientengruppen mit festen Implantaten möglicherweise nicht anwenden, da vorher sämtliche metallische Gegenstände entfernt werden müssen.
- Ultraschall (Sonographie): Beim Ultraschall werden Schallwellen und deren Rückstrahlung zur Bildgebung verwendet. Dass die Sonographie Bilder in Echtzeit liefert, ist einer der wichtigsten Vorteile dieser Methode. Deren Einsatz ist zudem sehr günstig. Viele Arztpraxen verfügen heute über entsprechende Geräte. Der Ultraschall hat Nachteile bei der Darstellung von Knochen und luftgefüllten Strukturen.
- Szintigraphie: Bei einer Szintigraphie macht sich die Radiologie die Tatsache zunutze, dass radioaktiv markierte Stoffe (Radiopharmakon) in Organen oder Körperstrukturen angereichert werden können. Diese Regionen werden mit einer Gammakamera abgelichtet und so sichtbar gemacht. Eingesetzt wird die Szintigraphie unter anderem bei Untersuchungen der Schilddrüse aber auch bei Untersuchungen auf Metastasen von in Tumoren, die typischerweise in Knochen Tochtergeschwülste absiedeln oder als Lymphszintigraphie bei Verdacht auf Lymphknotenmetastasen.
- Optische Kohärenztomographie (OCT): Die Optische Kohärenztomographie ist eine Methode, die Licht benutzt und unter anderem in der Dermatologie im Rahmen der Behandlungsplanung von Hautkrebsoperationen zum Einsatz kommt. Der Vorteil dieser Methode ist die sehr gute Auflösung. Allerdings hat die Methode auch eine nur begrenzte Eindringtiefe.
Alle Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. Was den PET-CT-Scan hervorhebt, ist die Möglichkeit, den Tumorstoffwechsel zu beobachten. Daher lässt sich die Methode zum Beispiel verwenden, wenn das Ansprechen eines Tumors auf die Chemotherapie überprüft werden muss. Parallel bietet sich das PET-CT in der Nachsorge und Beobachtung auf Rezidive an. Das MRT hat auf der anderen Seite den Vorteil, dass mit ihr Ganzkörperaufnahmen angefertigt werden und sich damit auch kleinherdige Tumore bzw. Metastasen erkennen lassen.
Spezifische Anwendungen des PET-CT in der Krebsdiagnostik
PET-CT-Scans spielen in der Onkologie auf verschiedenen Ebenen eine Rolle. Da die Methode sehr sensitiv auf stoffwechselaktive Tumore reagiert, ist sie wichtig in der Tumordetektion. Auf Basis der PET-CT-Bilder kann auch charakterisiert werden, um welchen Tumortyp es sich handelt – sprich ob eine gutartige Neubildung oder ein maligner Tumor vorliegt. Für die Behandlung und Therapieplanung ist es nicht nur wichtig, den Tumor zu lokalisieren. Das Staging, also die Ausbreitungsdiagnostik, hat hier genauso große Bedeutung. Unter anderem spricht das PET-CT bei Bronchialkarzinomen oder malignen Lymphomen im Kopf-Hals-Bereich an. Damit leistet die Methode einen Beitrag zur Behandlungsplanung, beispielsweise im Zusammenhang mit dem Eingrenzen des Tumors für die Strahlentherapie. Sobald die Krebsbehandlung beginnt, muss die Medizin wissen, wie gut die Therapie anschlägt.
Je früher ein Therapieversagen erkannt wird, desto eher kann in der Behandlung ein alternativer Pfad eingeschlagen werden. Die Therapiekontrolle gehört zu den Aufgaben der PET-CT-Untersuchungen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Suche nach Rezidiven. Ist eine Behandlung des Tumors abgeschlossen und sind keine Krebszellen mehr vorhanden, müssen Patienten trotzdem weiter überwacht werden. Es kann nie zu 100 Prozent ausgeschlossen werden, dass nicht einzelne Krebszellen überlebt haben, die sich wieder zu teilen beginnen und ein Rezidiv bilden. Diese lassen sich mit einem PET-CT-Scan aufspüren.
Vorteile des PET-CT: Präzision, Sensitivität und Spezifität
In der PET-CT-Untersuchung fließen mehrere Vorteile zusammen. Durch die Verbindung anatomischer Daten, die aus der Computertomographie stammen, und den funktionalen Informationen arbeitet die Methode insgesamt sehr präzise.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Sensitivität durch die Abbildung der metabolischen Veränderungen. Damit kann über einen PET-CT-Scan bereits sehr früh ein Tumorherd erkannt werden. Dies ermöglicht eine frühere Diagnose und Intervention. Parallel spielt die Sensitivität eine Rolle in der Therapieüberwachung. Die Methode spricht bereits auf kleine Veränderungen im Stoffwechsel der Zellen an, wodurch sich Rückschlüsse auf das Ansprechen des Tumors auf die Behandlung ziehen lassen.
Mit Einsatz der PET-CT lassen sich nicht nur Tumorherde erkennen. Die Methode ist auch in der Lage, Entzündungsherde mit einem erhöhten Zuckerstoffwechsel zu erkennen. In der Radiologie ist über Unterschiede im Glukosestoffwechsel zudem mit dem PET-CT-Scan eine Unterscheidung zwischen malignen und benignen Erkrankungen möglich.
Limitationen und Herausforderungen des PET-CT in der Praxis
Die PET-CT-Untersuchung hat sich in den zurückliegenden Jahren zu einem festen Standard in der Untersuchung vieler Krebserkrankungen etabliert. Aber die Methode lässt sich nicht für jeden Patienten vorbehaltlos anwenden. Es gibt Limitationen, denen der PET-CT-Scan unterliegt. Dazu gehört auch die Tatsache, dass nicht alle Tumore in gleicher Weise auf das Verfahren ansprechen. Besonders geeignet ist der PET-CT-Scan für stoffwechselaktive Strukturen. Außerdem sprechen auch andere Erkrankungen auf die verwendeten Tracer an, weshalb die Interpretation zur Vermeidung falsch-positiver Ergebnisse besonders wichtig ist.
Ein zweiter Nachteil: Die Methode arbeitet nicht Tumor-exklusiv. Auch andere Pathologien, wie zum Beispiel Entzündungen, tauchen in den Scans auf. Damit ist eine hochqualifizierte Beurteilung der Bilder erforderlich.
