PET/CT: Molekulare Diagnostik und Theragnostik für die Radionuklidtherapie

Die kombinierte Positronenemissions- und Computertomografie (PET/CT) ist unverzichtbarer Bestandteil vieler diagnostischer Algorithmen in der Pneumologie geworden. Mit ihr können exakte anatomische und molekulare Informationen erfasst werden, sodass Erkrankungen umfassend charakterisiert werden können. Mit ¹⁸F-Fluorodeoxyglukose (FDG) steht ein universell einsetzbarer Radiotracer zur Darstellung maligner und entzündlicher Prozesse zur Verfügung.

Einleitung

Die Positronenemissionstomografie/Computertomografie (PET/CT) ist ein bildgebendes Hybridverfahren, das die simultane Erfassung von molekularen, in der Regel funktionellen, und anatomischen Informationen erlaubt. Die entstehenden Schnittbilder vereinen damit sowohl anatomische als auch funktionelle Informationen (multimodale Bildgebung). Seit Einführung der ersten kommerziellen kombinierten PET/CT-Hybridgeräte im Jahr 2001 ist dieses Verfahren insbesondere im Bereich der Pneumoonkologie zu einem unverzichtbaren Bestandteil der diagnostischen Algorithmen geworden.

Dabei stellt die PET ein nuklearmedizinisches bildgebendes Verfahren dar, bei dem die Anreicherung und Metabolisierung radioaktiv markierter Moleküle im menschlichen Körper visualisiert werden kann (Molecular Imaging), z. B. zur Darstellung des Zellstoffwechsels oder von Oberflächenrezeptoren. Hierbei steht insbesondere im Bereich der Forschung eine Vielzahl an möglichen Radiotracern zur Verfügung, wobei in der klinischen Routine das Glukoseanalogon ¹⁸F-Fluorodeoxyglukose (FDG) am verbreitetsten eingesetzt wird [1].

Die radioaktive Markierung von Radiotracern für die PET erfolgt grundsätzlich mit Positronenstrahlern. Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons, von dem es sich im Vorzeichen der elektrischen Ladung und des magnetischen Moments unterscheidet. Beim Zusammentreffen von Positron und Elektron im Gewebe kommt es zu einer Paarvernichtung (Annihilation), wobei die Teilchen in zwei Vernichtungsquanten von je 511 keV zerstrahlen. Dabei handelt es sich um zwei γ-Quanten, die in einem Winkel von 180° zueinander ausgesandt werden. Diese beiden γ-Quanten werden im Positronenemissionstomografen detektiert und bilden letztlich die Grundlage des PET-Bildes.

Die Tracerakkumulation kann hierbei semiquantitativ in einem Zielvolumen mittels des sog. Standardized Uptake Value (SUV) gemessen werden, sodass sowohl quantifizierende Verlaufsuntersuchungen als auch interindividuelle Vergleiche möglich werden [1]. Hierbei existieren unterschiedliche Ansätze zur Berechnung des SUV (z. B. Normalisierung auf das Körpergewicht, auf die fettfreie Körpermasse, Berücksichtigung des Blutglukosespiegels etc.).

Bei Kenntnis der arteriellen Eingangsfunktion kann in der PET auch vollständig quantitativ in SI-Einheiten gemessen werden (z. B. in g/cm³). Eine akkurate SUV-Messung stellt hierbei hohe Anforderungen an Kalibrierung und fortlaufende Qualitätskontrolle. Sie kann durch eine Vielzahl technischer (z. B. Rekonstruktionsparameter) und biologischer Faktoren (z. B. Body Mass Index, Blutglukosespiegel, Zeit zwischen Tracerinjektion und Bildakquisition) beeinflusst werden [2].

Merke

Eine semiquantitative Auswertung der Traceranreicherung erfolgt mittels des Standardized Uptake Value (SUV).

Die γ-Quanten unterliegen auf dem Weg durch das Gewebe einer Schwächung, welche durch eine Schwächungskorrektur für eine optimale Bildqualität ausgeglichen werden muss. Die akquirierten CT-Daten dienen hierbei zur Schwächungskorrektur des PET-Datensatzes. Diese ist sowohl zur Rekonstruktion der Bilddaten für die letztliche Befundung als auch für eine exakte Quantifizierung der Tracerakkumulation notwendig [1] [2].

Nicht schwächungskorrigierte PET-Daten werden üblicherweise nur zur Interpretation in diagnostischen Sonderfällen herangezogen, wie bei der Beurteilung von metallischen Implantaten, welche zu Rekonstruktionsartefakten in der PET führen können. Atemgetriggerte PET-Aufnahmen verbessern die Darstellung pulmonaler Rundherde. Zudem können bei den aktuellen PET/CT-Scannern problemlos Computertomografien in diagnostischer Qualität, ggf. nach intravenöser Kontrastmittelapplikation, durchgeführt werden, bis hin zu getriggerten Herzaufnahmen.

Wegen der Möglichkeit einer Verschlechterung der Nierenfunktion sowie der Gefahr einer jodinduzierten Hyperthyreose sollten vor der Applikation von jodhaltigem Kontrastmittel ein aktueller Kreatininwert sowie ein TSH-Wert vorliegen.

Grundsätzlich sind an aktuellen PET/CT-Geräten alle Fragestellungen zu beantworten, die sonst auch an alleinigen CT-Scannern adressiert werden können. Eine Durchführung aller notwendigen Untersuchungen an einem Termin (one-stop-shop-imaging) vereinfacht den Untersuchungsaufwand für den Patienten und erlaubt eine konklusive Beurteilung aller notwendigen bildgebenden Informationen (z. B. ¹⁸F-FDG PET/CT und kontrastmittelgestütztes CT Thorax/Abdomen zum Staging).

Merke

Zur Gabe von intravenösem jodhaltigen Kontrastmittel sollten ein aktueller Kreatinin- und TSH-Wert vorliegen.

Hinsichtlich der durch eine ¹⁸F-FDG PET verursachten Strahlenexposition ist bei einem derzeit gültigen diagnostischen Referenzwert von 350 MBq bei einem Standardpatienten mit ca. 7 mSv zu rechnen [1]. An modernen hochsensitiven PET/CT-Geräten der neuesten Generation lassen sich PET-Untersuchungen regelhaft mit deutlich niedrigeren Dosen (z. B. 200 MBq) realisieren. Die Strahlenexposition durch die CT variiert deutlich mit dem angeforderten Untersuchungsbereich (z. B. Ganzkörper) und dem CT-Protokoll (z. B. mehrphasiges Oberbauch-CT) und kann typischerweise für ein Low-Dose-CT des Ganzkörpers bei 3 mSv liegen, wohingegen bei mehrphasigen CT-Untersuchungen Bereiche bis 20 mSv durchaus erreicht werden. Die Strahlenexposition der PET/CT wird daher heutzutage wesentlich durch den CT-Anteil bestimmt.

Bildgebung des Glukosestoffwechsels mit ¹⁸F-FDG

Die meisten Tumorentitäten weisen zur Sicherstellung ihres Energiebedarfs (Generierung von Adenosin-5′-triphosphat, ATP) eine gesteigerte aerobe Glykolyserate auf, in deren Verlauf Glukose zu Laktat abgebaut wird. Diese charakteristische Eigenschaft von Tumorzellen wurde erstmals in den 20er-Jahren des vorigen Jahrhunderts von Otto Warburg beschrieben [3].

Wenngleich die im normalen Gewebe dominierende mitochondriale oxidative Phosphorylierung von Glukose deutlich effizienter ist, bevorzugen viele Tumorzellen auch bei ausreichendem Sauerstoffangebot die aerobe Glykolyse, möglicherweise, um über glykolytische Zwischenprodukte eher anabole Reaktionen und die Generierung von Biomasse zu unterstützen als eine effiziente ATP-Synthese zu gewährleisten. Glukose wird hierbei vor allem über den insulinunabhängigen Glukosetransporter Typ 1 (GLUT1) aufgenommen, der bei vielen Tumorzellen überexprimiert wird und dessen Dichte die FDG-Anreicherung beeinflusst [4].

¹⁸F-FDG wird in der Zelle zunächst wie Glukose durch die Hexokinase phosphoryliert, jedoch dann nicht in signifikantem Umfang weiter metabolisiert, sodass es zu einer zunehmenden Anreicherung des ¹⁸F-FDG in stoffwechselaktivem Gewebe kommt. Allerdings ist ein hoher Glukosestoffwechsel nicht tumorspezifisch. Insbesondere Granulozyten und aktivierte Makrophagen, aber auch andere Immunzellen, weisen ebenfalls einen hohen Glukosemetabolismus auf, weshalb ¹⁸F-FDG auch zur Darstellung entzündlicher Prozesse genutzt werden kann. Hieraus erklären sich falsch positive Befunde in der onkologischen ¹⁸F-FDG PET/CT bei infektiösen oder inflammatorischen Erkrankungen wie Tuberkulose, Sarkoidose, Histoplasmose oder auch in Rheumaknoten [5].

Falsch negative Befunde werden bei Tumoren mit niedriger ¹⁸F-FDG-Aufnahme beobachtet. Diese betrifft im Bereich der Thoraxbildgebung vor allem Adenokarzinome mit lepidischem Wachstumsmuster, muzinöse Adenokarzinome oder hochdifferenzierte neuroendokrine Tumore [5]. Ferner kann ein hoher physiologischer Glukosestoffwechsel im zu untersuchenden Organ (vor allem zerebral/zerebellär) die Detektion insbesondere kleinerer Metastasen erschweren, diese sind – wenn überhaupt – teils nur an der Minderung des Glukosestoffwechsels in der umgebenden Ödemzone indirekt zu erkennen. Daher bleibt die kraniale MRT auch weiterhin die bevorzugte Methode zum Ausschluss einer zerebralen Metastasierung [1].

Vorbereitung des Patienten auf eine ¹⁸F-FDG PET/CT

Für die Vorbereitung des Patienten auf eine ¹⁸F-FDG PET/CT sind mehrere Faktoren zu beachten. Patienten müssen mindestens vier Stunden vor Injektion des Radiopharmakons streng nüchtern bleiben, lediglich das Trinken von Wasser ist erlaubt [1]. In der Praxis bedeutet dies, dass die meisten Patienten bei Untersuchung am nächsten Morgen ab Mitternacht nüchtern bleiben, dies gilt natürlich auch für eine parenterale Ernährung oder glukosebasierte Infusionen.

Merke

Eine Nüchternperiode von mindestens vier Stunden vor Injektion des Radiopharmakons ist einzuhalten.

Vor der Untersuchung sollte eine ausreichende Hydrierung zur Stimulation der Tracerausscheidung und Minimierung von Ausscheidungsartefakten sichergestellt sein (z. B. ein Liter Wasser in den zwei Stunden vor der PET/CT; kein Kaffee oder Tee). ¹⁸F-FDG ist auch bei fortgeschrittener Niereninsuffizienz nicht nephrotoxisch. Zur Vermeidung einer erhöhten intramuskulären Traceraufnahme sollten die Patienten in den Stunden vor der PET/CT anstrengende körperliche Tätigkeiten vermeiden (z. B. Radfahren).

Eine klinische PET/CT sollte bei einem Blutzuckerspiegel von > 200 mg/dl nicht mehr durchgeführt werden, da aufgrund der hohen endogenen Glukoseverfügbarkeit eine eingeschränkte Sensitivität resultiert [1]. Daher ist insbesondere eine adäquate Vorbereitung von Patienten mit Diabetes mellitus wichtig. Die Vorbereitung dieser Patienten kann komplex sein und sollte in enger Abstimmung mit dem die PET durchführenden Nuklearmediziner geschehen, um eine Untersuchung in Normoglykämie zu gewährleisten. Patienten mit mittels oraler Medikation kontrolliertem Diabetes mellitus Typ 2 halten sich an die oben beschriebene Vorbereitung und nehmen ihre orale Medikation wie gewohnt ein. Die PET erfolgt vorzugsweise am späten Vormittag. Bei Diabetes mellitus Typ 1 oder insulinabhängigem Diabetes mellitus Typ 2 bevorzugen die Autoren die Einnahme eines Frühstücks um spätestens 7 Uhr mit Nüchternperiode bis zur PET (bis auf die Hydrierung mit Wasser), die PET erfolgt dann 4 – 5 Stunden später. Kurzwirksames Insulin darf je nach verwendetem Präparat ab 4 – 6 Stunden vor der PET nicht mehr gegeben werden. Langwirksame Insuline sollten am Tag der Untersuchung nicht vor der PET/CT gegeben werden [1].

Stellenwert der ¹⁸F-FDG PET/CT beim solitären pulmonalen Rundherd

Ein solitärer pulmonaler Rundherd ist eine rundliche oder ovale Verdichtung von ≤ 3 cm Diameter, umgeben von pulmonalem Parenchym und ohne begleitende Lymphadenopathie, Minderbelüftung oder pneumonische Infiltrate [6]. Die meisten Läsionen entsprechen hierbei Granulomen, Bronchialkarzinomen oder Hamartomen [7] [8]. Die Diagnostik solitärer pulmonaler Rundherde muss akkurat und effektiv sein, um potenziell maligne Befunde sicher zu identifizieren und einer Resektion zuzuführen, wohingegen weitere invasive Maßnahmen bei benignen Befunden reduziert werden sollen.

Daten an 53454 Patienten aus dem National Lung Screening Trial zeigen, dass bei Screeninguntersuchungen in Risikopopulationen auffällige Befunde in der CT (nichtkalzifizierter Nodulus > 4 mm oder z. B. Lymphadenopathie) in 24,2 % der Patienten erhoben werden, im konventionellen Röntgen immerhin noch in 6,9 %, was die Häufigkeit und klinische Relevanz des Problems verdeutlicht [9]. Hierbei ist das Risiko für Malignität eindeutig von der Größe des Nodulus abhängig [10]. Bei einem malignomverdächtigen, isolierten Lungenrundherd > 8 – 10 mm Durchmesser soll daher in der Regel eine chirurgische Abklärung durchgeführt werden. In der Praxis wird in aller Regel vor Resektion bereits zur Therapieplanung eine ¹⁸F-FDG PET/CT zum Staging durchgeführt.

Die ¹⁸F-FDG PET/CT ([Abb. 1]) ist ein hochsensitives Verfahren zur Detektion von Malignität und zeigte in einer aktuellen Metaanalyse zur Beurteilung des isolierten pulmonalen Rundherds eine gepoolte Sensitivität von 0,95 (95 % KI: 0,93 – 0,98) bei einer gepoolten Spezifität von 0,82 (95 % KI: 0,77 – 0,88) [11].

Abb. 1 ¹⁸F-FDG-PET/CT (Darstellung des Glukosestoffwechsels) bei nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom bei einem 65-jährigen Patienten. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer stoffwechselaktiven Raumforderung. Kein Nachweis einer lokoregionären oder distanten Metastasierung.

Gemäß der aktuellen interdisziplinären S3-Leitlinie soll bei einem malignomverdächtigen, isolierten Lungenrundherd von > 8 – 10 mm eine ¹⁸F-FDG PET/CT bei Patienten mit erhöhtem Operationsrisiko durchgeführt werden, wenn eine Diagnosestellung mittels einer invasiven Diagnostik nicht möglich ist (Empfehlungsgrad A) [12].

Bei einem isolierten Lungenrundherd < 8 – 10 mm Durchmesser sollen radiologische Verlaufskontrollen durchgeführt werden (Empfehlungsgrad A), und zwar mittels diagnostischem CT oder Low-Dose-CT nach 3, 6, 12 und 24 Monaten (Empfehlungsgrad B) [12].

Im NELSON Trial an 7155 Patienten war die Wahrscheinlichkeit für einen malignen Lungentumor über den Studienzeitraum bei einem maximalen transversalen Diameter < 5 mm nicht signifikant höher als bei Patienten ohne Nodulus (0,4 % [95 % KI 0,2 – 0,7] vs. 0,4 % [95 % KI 0,3 – 0,6], p = 1,00) [13].

Merke

Isolierte Lungenrundherde finden sich beim CT-Screening in Risikopopulationen bei > 20 % der Patienten.

Die Rate falsch negativer oder falsch positiver Befunde in der PET beträgt beim isolierten Lungenrundherd jeweils ca. 8 – 10 % [11] [14]:

Falsch negative Befunde ergeben sich neben den zuvor erwähnten, nicht Glukose-aviden Histologien insbesondere bei kleinen Noduli wegen der Unterschätzung der ¹⁸F-FDG-Anreicherung aufgrund des Partialvolumeneffekts (Unterschätzung der Radioaktivitätskonzentration in einer Läsion, wenn das Volumen dieser Läsion kleiner als das Doppelte der Auflösung des Messsystems ist) und der Atembewegung [15]. Daher sollten Noduli < 8 mm nicht regelhaft in der PET/CT evaluiert werden.

Falsch positive Befunde ([Tab. 1]) ergeben sich vor allem aufgrund infektiöser Erkrankungen; bei Herkunft des Patienten aus Gebieten mit endemischen Infektionskrankheiten ist die Spezifität der PET/CT daher eingeschränkt [16].

Tab. 1 Isolierter Lungenrundherd: Ursachen falsch positiver Befunde in der ¹⁸F-FDG-PET/CT (Auswahl) [5] [16].

Ätiologie	Beispiele
bakteriell	Pneumonie, Abszess, Nokardiose
mykobakteriell	Tuberkulose, atypische Mykobakteriose
mykotisch	Aspergillose, Blastomykose, Kryptokokkose, Histoplasmose, Kokzidioidomykose
granulomatös	Sarkoidose, Morbus Wegener, Rheumaknoten
andere	kryptogene organisierende Pneumonie (COP), Anthrakose

Merke

Falsch positive Befunde in der PET werden beim isolierten Lungenrundherd in ca. 8 – 10 % der Fälle beobachtet und sind überwiegend entzündlich bedingt.

Stellenwert der ¹⁸F-FDG PET/CT beim nichtkleinzelligen Bronchialkarzinom

Der wesentliche Beitrag der ¹⁸F-FDG PET/CT beim nichtkleinzelligen Bronchialkarzinom besteht im mediastinalen Staging und in der Detektion einer Fernmetastasierung.

Lymphknoten (N-Status)

Der mediastinale Lymphknotenstatus soll vor der Behandlung des Primärtumors evaluiert werden. Im klinischen Stadium IA mit kurativer Behandlungsindikation kann, im Stadium IB – IIIB soll die ¹⁸F-FDG-PET/CT für das mediastinale und extrathorakale Staging eingesetzt werden [12]. Die ¹⁸F-FDG-PET/CT stellt dabei das derzeit sensitivste und spezifischste bildgebende mediastinale Staging-Verfahren dar ([Abb. 2]).

Abb. 2 ¹⁸F-FDG-PET/CT (Darstellung des Glukosestoffwechsels) bei nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom bei einem 77-jährigen Patienten. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer ausgedehnten mediastinalen Metastasierung.

So zeigte die PET/CT in mehreren Metaanalysen eine gepoolte Sensitivität von 0,77 – 0,85 bei einer gepoolten Spezifität von 0,90 – 0,92 [17] [18] [19]. Dies liegt signifikant über der gepoolten Sensitivität (0,59 – 0,61) und Spezifität (0,78 – 0,79) der CT [18] [19]. Hierbei ist insbesondere der hohe negative prädiktive Wert der Kombination von PET und CT von 0,98 hervorzuheben [20].

In der Konsequenz kann bei einer negativen PET/CT auf eine definitive Evaluation des Lymphknotenstatus vor der kurativ intendierten Therapie verzichtet werden. Allerdings sollten bei diskrepantem Befund computertomografisch vergrößerte Lymphknoten auch bei unauffälligem Glukosestoffwechsel in der PET weiter evaluiert werden, da die Wahrscheinlichkeit einer N2-Situation in dieser Konstellation bei bis zu 21 % liegen kann [21].

Merke

Die Kombination aus unauffälliger PET und fehlender Lymphknotenvergrößerung in der CT schließt eine mediastinale Metastasierung nahezu aus.

Fernmetastasierung (M-Staging)

Zur Detektion extrathorakaler Metastasen soll im klinischen Stadium IB – IIIB und bei kurativer Behandlungsintention eine Untersuchung auf extrathorakale Metastasen mittels cMRT und ¹⁸F-FDG-PET/CT erfolgen (Empfehlungsgrad A) [12]. Dabei soll ein Patient nur im Falle der pathologischen Bestätigung der Metastasierung oder im Ausnahmefall einer eindeutigen klinischen oder radiologischen Evidenz der Metastasierung von einer potenziell kurativen Behandlung ausgeschlossen werden (Empfehlungsgrad A) [12].

Die ¹⁸F-FDG PET/CT zeigt eine sehr hohe Sensitivität in der Detektion einer distanten Metastasierung. So werden mit ihrer Hilfe selbst bei mittels kontrastmittelgestützter Thorax-/Abdomen-CT bereits untersuchten Patienten noch in 19 % der Fälle bisher unbekannte Fernmetastasen diagnostiziert [22]. Die Detektionsrate insbesondere ossärer und adrenaler Metastasen ([Abb. 3]) ist mit 0,98 – 1,0 außerordentlich hoch [23] [24].

Abb. 3 ¹⁸F-FDG-PET/CT (Darstellung des Glukosestoffwechsels) bei nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom bei einem 55-jährigen Patienten. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer ausgedehnten, auch adrenalen Metastasierung.

Wenn die PET – wie in der S3-Leitlinie gefordert – als Ganzkörperuntersuchung durchgeführt wird, kann auf eine ergänzende Skelettszintigrafie zum ossären Staging grundsätzlich verzichtet werden, da letztere aufgrund der geringen Detektionsrate osteolytischer Metastasen ohnehin nur eine Sensitivität von 61 % aufweist [24].

Die hohe Sensitivität und Spezifität der PET/CT führt zu einem Stadienshift in bis zu 61 % der Patienten [25], wobei ungefähr zwei Drittel von ihnen ein Upstaging erfahren. Hiervon wird eine relevanter Patientenanteil korrekt einem nicht mehr kurativ behandelbaren Stadium zugeordnet. So kam es in einer Studie neben einem Stadienshift innerhalb der Stadien I – III zu einem Upstaging in Stadium IV in 19 % der Fälle [22]. In der niederländischen PLUS-Studie konnte gezeigt werden, dass sich durch den Einsatz der PET/CT eine letztlich frustrane Operation bei 20 % der Patienten vermeiden ließ [26]. In einer anderen Studie konnte die Anzahl der frustranen Thorakotomien (Rezidiv, Fernmetastasierung oder Exitus innerhalb von zwölf Monaten nach OP), von 52 % auf 35 % verringert werden, wenn präoperativ eine PET/CT eingesetzt wurde [27].

Da es sich bei der PET/CT um eine Ganzkörperdiagnostik handelt, wurden in den letzten Jahren neue Parameter zur Prognosestratifizierung und zum Therapiemonitoring evaluiert, welche die Ganzkörpertumorlast abbilden. Mit dem metabolisch aktiven Tumorvolumen (metabolic tumour volume, MTV) im Ganzkörper und der totalen intraläsionalen Glykolyse (total lesion glycolysis, TLG) stehen zwei neue summarische Parameter hierfür zur Verfügung, die in allen Tumorstadien signifikant mit dem Patientenoutcome assoziiert sind [28] und eine konklusive Verlaufsbeurteilung aller Tumormanifestationen in einem repräsentativen Parameter erlauben. Mittels PET/CT lassen sich also distante Metastasen mit teils deutlich höherer Sensitivität als mit anderen bildgebenden Verfahren detektieren. Dies ist insbesondere auch relevant zum Ausschluss weiterer Metastasen bei singulärer distanter Metastasierung und kurativ intendiertem multimodalem Therapiekonzept.

Bestrahlungsplanung

Mit der Möglichkeit der Koregistrierung von PET/CT und Bestrahlungsplanungs-CT findet die ¹⁸F-FDG-PET/CT immer weiteren Einzug in die Therapieplanung. Gegenüber der alleinigen CT kommt es hierbei zu einer Änderung der geplanten Bestrahlungsfelder in ca. 50 % der Fälle [29]. Zum einen werden bislang nicht detektierte Lymphknotenmetastasen durch die PET ins Bestrahlungsvolumen inkludiert, zum anderen kann der Primarius anhand des Glukosestoffwechsels von poststenotischen Atelektasen differenziert werden ([Abb. 4]).

Abb. 4 ¹⁸F-FDG-PET/CT (Darstellung des Glukosestoffwechsels) bei nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom bei einer 73-jährigen Patientin. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung eines Rezidivs mit begleitender Oberlappenatelektase.

Die Frage, mit welcher Methodik sich hierbei das Zielvolumen am besten definieren lässt (z. B. visuelle Analyse, SUV_max Schwellenwert, SUV_max Isokontur), ist weiterhin Gegenstand der Forschung [30]. Ebenso bietet sich die Möglichkeit der Dosiseskalation im anhand der PET besser definierten Zielvolumen bei gleichzeitiger Schonung des umgebenden gesunden Gewebes.

Dabei sollten insbesondere Patienten vor geplanter kurativ-intendierter Strahlentherapie einer ¹⁸F-FDG-PET/CT zugeführt werden. Die hohe Rate mittels PET/CT detektierter unerwarteter Fernmetastasen im aufgrund der CT angenommenen Stadium III von bis zu 24 % erfordert eine Modifizierung des Therapiekonzepts und würde anderenfalls – wie zu erwarten – mit einer Progression der Metastasierung assoziiert sein [22].

Merke

Anhand der ¹⁸F-FDG-Aufnahme lassen sich Tumor und umgebendes atelektatisches Lungengewebe differenzieren.

¹⁸F-FDG-PET/CT und Sarkoidose

Der unspezifische Anreicherungsmechanismus des Radiotracers ¹⁸F-FDG mit Aufnahme auch in inflammatorischen Zellen wie aktivierten Makrophagen, Neutrophilen und Lymphozyten kann zur Bildgebung entzündlicher Erkrankungen genutzt werden [5]. Am Beispiel der Sarkoidose kann dies gezeigt werden.

Die ¹⁸F-FDG PET/CT besitzt aufgrund des hohen Glukosestoffwechsels in granulomatösen Entzündungen eine äußerst hohe Sensitivität zur Detektion entzündlicher Herde und kann zu einer vollständigen Kartografierung des Sarkoidosebefalls ([Abb. 5]) eingesetzt werden [31]. Diese erscheint insbesondere hilfreich bei atypischen, komplexen oder multisystemischen Krankheitsverläufen.

Abb. 5 ¹⁸F-FDG-PET/CT (Darstellung des Glukosestoffwechsels) bei Sarkoidose bei einer 21-jährigen Patientin. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer ausgeprägten, bihilär betonten stoffwechselaktiven Lymphadenopathie.

Für thorakale oder sinunasale Manifestationen beträgt die Sensitivität im Vergleich zur bioptischen Sicherung nahezu 100 %, die Sensitivität für einen oft kleinherdigen Hautbefall ist geringer [31]. Hierbei ist die ¹⁸F-FDG-PET insbesondere auch hilfreich bei Patienten, bei denen das ACE keinen brauchbaren Parameter zur Beurteilung darstellt (z. B. ACE-negative Patienten) [32]. Die ¹⁸F-FDG-PET kann eingesetzt werden, um eine Verschlechterung der Lungenfunktion nach zwölf Monaten vorherzusagen bzw. den zu erwartenden Effekt einer Behandlung [33] [34].

Der kardiale Sarkoidosebefall lässt sich ebenfalls unter Verwendung spezieller Untersuchungsprotokolle mit Suppression des physiologischen kardialen Glukosemetabolismus erfassen. Kardiale FDG-positive Sarkoidoseherde sind signifikant mit dem Auftreten von anhaltenden ventrikulären Tachykardien und einer erhöhten Mortalität assoziiert [35]. Die PET kann auch zum Therapiemonitoring unter immunsuppressiver Therapie eingesetzt werden. Eine Rückbildung der kardialen Inflammation in der PET ist signifikant mit einer Verbesserung der linksventrikulären systolischen Funktion assoziiert [36].

Bei kardialer Sarkoidose mit Überleitungsstörungen kann die FDG-PET häufiger kausale Entzündungsfoki detektieren als die kardiale MRT (8 % der Patienten nur in der MRT positiv, 33 % nur in der FDG-PET). Insbesondere bei Sarkoidosepatienten mit neu aufgetretenem AV-Block kann eine FDG-PET einen kardialen Befall darstellen, auch bei negativem MRT [37].

Studien, welche die diagnostische Genauigkeit der MRT und der PET/CT vergleichen, sind bei der kardialen Sarkoidose nur limitiert verfügbar. Die PET könnte eine höhere Sensitivität als die MRT besitzen, bei allerdings geringerer Spezifizität [38]. Zumindest bei Patienten mit negativem MRT und fortbestehendem Verdacht auf eine kardiale Sarkoidose sollte eine FDG-PET durchgeführt werden, ebenso bei Patienten, bei denen eine MRT kontraindiziert ist.

Merke

Mittels ¹⁸F-FDG-PET/CT kann man einen kardialen Befall bei Sarkoidose detektieren, das Ausmaß der Inflammation bestimmen und prognostische Informationen ableiten.

Neue theragnostische Radiopharmaka in der PET/CT

Neben ¹⁸F-FDG stehen auch in der klinischen Routine inzwischen verbreitet eine Reihe weiterer Radiopharmaka zur nichtinvasiven Charakterisierung bezüglich weiterer molekularer Targets zur Verfügung. Insbesondere mittels ⁶⁸Gallium markierte Peptidtracer haben in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung gefunden. Diese Radiopharmaka ([Tab. 2]) sind überwiegend theragnostisch, d. h. sie können sowohl mit einem diagnostischen Radionuklid wie ⁶⁸Gallium als auch mit einem für therapeutische Zwecke einsetzbaren Radionuklid wie dem aufgrund seiner physikalischen Halbwertszeit und der günstigen Gewebereichweite häufig verwendeten β-Strahler ¹⁷⁷Lutetium markiert werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit einer nichtinvasiven bildgebenden Expressionsanalyse molekularer Targets im Rahmen einer Ganzkörperdiagnostik, gefolgt von einer zielgerichteten Radiopeptidtherapie, bei der lediglich die das Target exprimierenden Metastasen therapiert werden, bei gleichzeitiger Schonung der übrigen Organe.

Tab. 2 Auswahl theragnostischer Radiopharmaka in der PET/CT.

Molekulares Target	Diagnostisches Radiopharmakon	Therapeutisches Radiopharmakon
Somatostatinrezeptor (Subtyp 2 und 5)	68Ga-DOTA-TATE	177Lu-DOTA-TATE, 90Y-DOTA-TATE
PSMA	68Ga-PSMA I&T	177Lu-PSMA I&T
CXCR4	68Ga-Pentixafor	177Lu-Pentixather
GRPr	68Ga-RM2	177Lu-RM2

PSMA: Prostataspezifisches Membranantigen; CXCR4: CXC-Motiv-Chemokinrezeptor 4; GRPr: Gastrin-releasing peptide receptor; Ga: Gallium; Lu: Lutetium; Y: Yttrium; DOTA-TATE: DOTA-(Tyr3)-octreotate; I&T: Imaging & Therapy; RM2: DOTA-4-amino-1-carboxymethylpiperidine-d-Phe-Gln-Trp-Ala-Val-Gly-His-Sta-Leu-NH2

Merke

Theragnostische Radiopharmaka können sowohl mit diagnostischen Radionukliden als auch mit therapeutischen Radionukliden markiert werden.

Gerade bei neuroendokrinen Tumoren hat sich die Somatostatin-Rezeptor-Diagnostik ([Abb. 6]) bewährt und dient sowohl dem Staging als auch der Evaluation einer ausreichenden Rezeptorexpression für eine peptidvermittelte Rezeptortherapie [39]. Gallium-markierte Somatostatinanaloga zeigen hierbei eine höhere Sensitivität für bronchopulmonale Karzinoide als ¹⁸F-FDG [40], insbesondere bei typischen Karzinoiden [39]. Hierbei sollte der PET/CT mit Gallium-markierten Somatostatinanaloga gegenüber der älteren ¹¹¹Indium-Octreotid Szintigrafie wegen der deutlich geringeren Strahlenexposition, der höheren Auflösung und der höheren Sensitivität der Vorzug gegeben werden.

Abb. 6 ⁶⁸Ga-DOTA-TATE-PET/CT (Darstellung der Somatostatinrezeptorexpression) bei neuroendokrinem Tumor bei einem 63-jährigen Patienten. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer disseminierten, auch pulmonalen Metastasierung.

Als weitere theragnostische Radiopharmaka stehen Liganden des prostataspezifischen Membranantigens (PSMA) zur Verfügung ([Abb. 7]). PSMA wird vor allem im Endothel neu gebildeter Gefäße bei einer Vielzahl von Tumoren exprimiert und kann sowohl diagnostisch als auch therapeutisch adressiert werden [41]. PSMA-Liganden stehen inzwischen in Deutschland in der klinischen Routine zur Verfügung und werden vor allem beim kastrationsresistenten metastasierten Prostatakarzinom eingesetzt. Hierbei stellen sie eine systemische Behandlungsoption bei therapierefraktärem metastasierten Prostatakarzinom dar.

Abb. 7 ⁶⁸Ga-PSMA-Liganden-PET/CT (Darstellung der PSMA-Expression) bei Adenokarzinom der Prostata bei einem 71-jährigen Patienten. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer disseminierten, auch mediastinalen Metastasierung.

Der CXC-Motiv-Chemokinrezeptor 4 (CXCR4) stellt ebenfalls ein interessantes theragnostisches Target dar ([Abb. 8]), das derzeit bei einer Reihe von Tumorentitäten, wie dem kleinzelligen Bronchialkarzinom, evaluiert wird [42].

Abb. 8 ⁶⁸Ga-Pentixafor-PET/CT (Darstellung der CXCR4-Expression) bei nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom bei einer 63-jährigen Patientin. a Maximum-Intensitäts-Projektion des PET des Thorax. b Axiales CT. c Axiales fusioniertes PET/CT mit Darstellung einer hoch CXCR4-exprimierenden Raumforderung. Kein Nachweis einer lokoregionären Metastasierung.

Kernaussagen

Die kombinierte PET/CT ist seit ihrer Einführung zu einem unverzichtbaren Bestandteil vieler diagnostischer Algorithmen in der Pneumologie geworden. Mit ihr können sowohl exakte anatomische als auch molekulare Informationen erfasst werden, sodass Erkrankungen umfassend charakterisiert werden können.

Mit dem Glukoseanalogon ¹⁸F-FDG steht ein universell einsetzbarer Radiotracer zur Darstellung maligner und entzündlicher Prozesse zur Verfügung.

Bei malignen thorakalen Tumoren stellt die ¹⁸F-FDG PET/CT inzwischen den bildgebenden Referenzstandard zum nichtinvasiven Staging dar.

Bei entzündlichen Erkrankungen erfolgt ein zunehmender Einsatz der PET/CT zur sensitiven Erfassung aller entzündlichen Veränderungen.

Aktuell erfolgt ein zunehmend breiter Einsatz neuer theragnostischer Radiopharmaka, welche die nichtinvasive Analyse der Expression therapeutischer Targets über die bloße Darstellung des Glukosestoffwechsels hinaus erlauben und eine nachfolgende zielgerichtete Radionuklidtherapie ermöglichen.

Zukünftige Radiopharmakaentwicklungen müssen darauf gerichtet sein, auch bei den soliden thorakalen Tumoren neue Behandlungsoptionen zu eröffnen.

Vorstellung der Autoren

PD Dr. med. Thorsten Derlin

PD Dr. med. Thorsten Derlin. Leitender Oberarzt an der Klinik für Nuklearmedizin der Medizinischen Hochschule Hannover (seit 7/2014). 2008–2014 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin und an der Klinik und Poliklinik für Diagnostische und Interventionelle Radiologie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf. 2013 Anerkennung zum Facharzt für Nuklearmedizin. 2014 Habilitation für das Fachgebiet Nuklearmedizin.

Prof. Dr. med. Frank M. Bengel

Prof. Dr. med. Frank M. Bengel, Direktor der Klinik für Nuklearmedizin, Medizinische Hochschule Hannover (seit 1/2011). Nuklearmedizinische Klinik der TU München: Facharztausbildung (1995–2000); Oberarzt (2000–2005); Habilitation (2002). Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA: Associate Professor of Radiology and Medicine (2005–2010); Director of Cardiovascular Nuclear Medicine (2005–2010); Adjunct Associate Professor of Radiology (seit 2011).

Interessenkonflikt

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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