Endlich war es wieder soweit: Nach 364 Tagen des langen Wartens startete die zweite Webseminarveranstaltung der Fachstelle Nuklearmedizin unter dem Titel «HOT OR NOT» vor vollbesetzten Interneträngen. Satte 170 Teilnehmende hatten sich im Vorfeld angemeldet, um mit uns zusammen in der Welt der Nuklearmedizin und des Strahlenschutzes ein paar Schritte zu wandern. Vielleicht war die Intention vieler Teilnehmer auch geprägt von der Aussicht, mal einen ganz anderen, extraterrestrischen Aspekt des Themas Strahlenschutz kennenzulernen und einen Blick in himmlische Sphären zu wagen.
Das Programm war vielschichtig und hatte drei Schwerpunktbereiche, wobei wir mit dem Hotlabor und dessen Facetten starteten. Danach befassten wir uns mit einem Thema, das wir nach langer Wartezeit doch noch aufnehmen konnten: Ganzkörper-PET/CT aus Sicht des Arztes und der Radiologiefachperson, begleitet von den Erfahrungen mit F18-PSMA und dessen Einfluss auf den Therapieverlauf. Zu guter Letzt gab es ein Potpourri mit eher exotischen nuklearmedizinischen Themen, die jedoch in den letzten Jahren immer grössere Bedeutung erlangt haben, wie etwa die Magenszintigraphie und die SPECT/CT bei speziellen orthopädischen Fragestellungen.
Natürlich ist uns allen auf die eine oder andere Weise klar, woher unser nuklearmedizinisches Lebenselixier als idealer Begleiter mit idealen Eigenschaften stammt und wo es produziert wird. Die Auswahl der Produktionsstätten ist dabei begrenzt, vier davon befinden sich in Europa. Die Muttersubstanz Mo-68 wird durch Neutronenbeschuss von U-235 im jeweiligen Kernkraftwerksreaktor erzeugt, neben einer ganzen Reihe weiterer Isotope, die im anschliessenden Reinigungsprozess extrahiert werden müssen. Ab diesem Zeitpunkt beginnt der Zerfallsstress, dem wir als Endverbraucher letztendlich auch unterworfen sind, sei es im Zusammenhang mit Lieferverzögerungen oder Produktionsproblemen. Vielen von uns ist die Generatorkrise vor einigen Jahren noch nachhaltig in Erinnerung, verbunden mit langen Lieferwegen oder dem Versuch, die maximale Ausbeute aus den Generatoren zu eluieren. Was vielleicht weniger bekannt ist, ist die Tatsache, dass der Hauptteil (85 %) des produzierten Mo-68 aus angereichertem, hochenergetischem, waffenfähigem U-235 gewonnen wird. Die Umstellung auf niederenergetisches U-235 ist bereits in Gang, führt aber gleichzeitig zu Lieferschwierigkeiten im Bereich der I-131-Therapien, da I-131 zurzeit noch vorwiegend aus dem hochenergetischen U-235 gewonnen wird. Grossanlagen wie Petten in Holland produzieren bis zu 3000 Generatoren pro Woche. Der Transport erfolgt jeweils per Flugzeug und/oder Landweg bis in die jeweiligen Kliniken. Immerhin ist es möglich, den Generator inkl. Transportverpackung zu 95 % zu rezyklieren.
PET-Tracer werden von verschiedenen Herstellern auf dem Markt angeboten. Die schweizweit grösste Anlage mit modernsten, GMP-zertifizierten Herstellungsverfahren gewährleistet den schweizweiten Bedarf an PET-Tracern zu decken. Hergestellt werden neben F18 auch O-15, N-13, C-1 sowie Ga-68 und Rb-82. Die Bindung der Radionuklide an die jeweiligen Tracer erfolgt inkl. Abfüllung vollautomatisch. Um den Zerfallsstress zu minimieren, werden die notwendigen, zum Teil zeitaufwendigen Qualitätskontrollen während des Transports in die jeweiligen Spitäler durchgeführt. Die Produktion von F18 umfasst täglich bis zu 700 GBq. Die Umstellung der Ga-68-Generatorproduktion auf eine Zyklotrongewinnung ist zwar noch nicht abgeschlossen, aber in absehbarer Zeit durchaus denkbar, was die Verfügbarkeit von Ga-68 wesentlich verbessern würde.
Ganzkörper-PET-CT
Nach einigen erfolglosen Versuchen in der Vergangenheit ist es uns dieses Mal gelungen, ein besonderes PET/CT vorstellen zu können: das Ganzkörper-PET/CT SIEMENS QUADRA mit einem PET FOV von insgesamt 106 cm Scanlänge und einem TOF von 223 ps. Somit lassen sich alle relevanten Organe in einem Sichtfeld mit sehr hoher Auflösung akquirieren. Selbstverständlich geht mit der Lancierung eines solchen Geräts auch die Weiterentwicklung von PET-Detektoren, hier als digitale Abtastung hinter dem sensibleren PET-Kristall, besserer Time-of-Flight-Messung und schnellerer Datenverarbeitung einher. Durch dieses Entwicklungspaket ist es möglich, die Aufnahmezeiten für eine Untersuchung auf vier bis sechs Minuten Gesamtzeit zu reduzieren. Gleichzeitig ergibt sich die Möglichkeit einer signifikanten Dosisreduktion, was insbesondere für kritische Patientengruppen (Kinder, Noncompliance-Patienten etc.) interessant ist. Es ermöglicht, mit den Parametern Aufnahmezeit und applizierter Dosis zu «spielen» und dem jeweiligen Untersuchungsschwerpunkt anzupassen. Bedingt durch das grosse FOV und die gesteigerte Sensitivität besteht prinzipiell die Möglichkeit von Multitracer-Studien wie zum Beispiel die gleichzeitige Akquisition von Hirn und Herz oder die Radiopharmakokinetik eines oder mehrerer PET-Tracers über 60 Minuten. Als Beispiel für das grosse Potenzial des Systems sei die bildliche Darstellung der Kniegelenk-Radiosynoviorthese angeführt. Es werden lediglich 185 MBq y-90 ins Kniegelenk injiziert. Die Kontrollaufnahmen können nun in einem PET mit einer Aufnahmezeit von zehn Minuten in exzellenter Bildqualität erfolgen, obwohl der Positronenzerfall des Y-90 lediglich 1 bis 2 Quanten pro 1 Million Zerfälle beträgt.
Atemgetriggerte Untersuchungen des Lunge-Zwerchfell-Bereichs können ohne Hilfsmittel und artefaktfrei erfolgen, da der Patient die Luft für lediglich zehn Sekunden anhalten muss. Insgesamt handelt es sich also um ein nettes neues Spielzeug für Ärzte mit grossem Entwicklungspotenzial. Da der BIOGRAPH VISION QUADRA aus vier hintereinanderliegenden Detektorringen besteht, werden naturgemäss auch mindestens viermal so viele Daten generiert wie beim Modell Biograph Vision. Jede Untersuchung hat nun, ohne TOF in z-Richtung, ein Datenvolumen von ca. 24 GB. Dieses enorme Datenvolumen muss jetzt auf externen Servern verwaltet und verarbeitet werden, wenn man nicht das Scansystem blockieren möchte, und ist zudem sehr zeitaufwendig. Andere, systembedingte Probleme manifestieren sich in der Peripherie des Untersuchungsworkflows. Die Qualitätskontrollen müssen in der Nacht vollautomatisch erfolgen. Sie dauern ca. vier Stunden, eine Stunde pro Detektorring.
Die Uptake-Zeiten der Patienten können aufgrund der Radiopharmakokinetik der Tracer nicht beliebig verkürzt werden, ohne die diagnostische Sicherheit zu gefährden, was bedeutet, dass die Uptake-Plätze für ein solches Highend-System strahlenschutzkonform vervielfacht werden müssen, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Für die Radiologiefachperson bedeutet es gleichzeitig eine massive Steigerung der Patientenzahlen pro Tag um ca. 30 %, was die Abteilung vor grosse logistische Herausforderungen stellt. Das System ist von innen beleuchtet, so dass Patienten mit Klaustrophobie besser mit der Untersuchung zurechtkommen, gleichzeitig wird aber die Zeit für einen Untersuchungs-Slot dem Patientenaufkommen angepasst, so dass der Systemvorteil bei diesen Patienten doch verloren gehen kann.
Strahlenschutz im Weltall
Wissen Sie noch, was Sie am 21.7.1969 machten oder wo Sie waren? Ich weiss es noch sehr genau, als wäre es gestern gewesen. Ich verbrachte zusammen mit meinen Eltern einen Teil meiner Sommerferien bei meinen Grosseltern in Italien. An diesem Abend sassen wir alle zusammen in der grossen Küche meiner Grossmutter und starrten gebannt in den Fernseher: ein altes, grosses Röhrengerät im klassischen, braunen Holzdesign und natürlich mit Schwarz-Weiss-Bild.
Es lief gerade eine total verrauschte Live-Sendung mit pixeligen Bildern eines kaum zu erkennenden Menschen, der langsam eine Leiter herunterstieg – Stufe um Stufe, bedächtig, kontrolliert und sich dieses besonderen Augenblicks durchaus bewusst – und beim Kontakt mit dem Boden eine kleine puderartige Staubwolke aufwirbelte. Seit diesem Tag liess mich das Thema Weltraum und dessen Besiedelung nie mehr so richtig los, wie viele von uns, die «dabei» waren.
Als in den 80er Jahren dann das Space Shuttle konstruiert wurde und regelmässig Flüge zu den Weltraumstationen im All stattfanden, stellten sich viele die Frage, warum wir es dabei beliessen. Was war denn nun mit der weiteren Erforschung unserer unmittelbaren Nachbarn, ganz nach Stanley Kubricks Visionen in «2001: Odyssee im Weltraum», einer Orbitalstation zwischen Erde und Mond, wo Menschen dauerhaft leben und arbeiten könnten, als Basis für den Sprung ins All? Warum sind wir also nicht schon längst in einem privaten Raumschiff unterwegs zum Mars, wenn auch nur, um zu schauen, ob es die Pyramide wirklich gibt?
Einige Aspekte dieser sich immer wieder stellenden Fragen konnte unser Referent David Hunn in seinem Vortrag zum Strahlenschutz auf der ISS näher beleuchten. Die auftretende und messbare Strahlung im Weltraum besteht zum einen Teil aus der galaktisch kosmischen Strahlung, welche aus hochenergetischen Protonen und Schwerionen besteht, und zum anderen aus dem von unserer Sonne erzeugten Strahlungsanteil, bestehend aus Protonen und Elektronen, gebildet in der Sonnencorona und mittels Sonneneruptionen in unser Planetensystem geschossen.
Zum Glück für uns alle ist die Erde, bedingt durch die Magnetosphäre eines Planeten, umgeben von einem Strahlungsgürtel, der uns sehr effektiv vor der kosmischen Strahlung schützt. Die maximale Ausdehnung des Strahlungsgürtels beträgt 25.000 km. Er hat die Aufgabe, die Protonen, Elektronen und Schwerionen einzufangen. Die bisherigen Raumstationen Skylab, ISS und auch die MIR befanden sich immer im unteren Drittel des Strahlungsgürtels.
Die dortigen Astronauten resp. Kosmonauten waren einer Strahlendosis von ca. 0,6 mSv pro Tag ausgesetzt (0,0025 mSv/d auf der Erde). Bei einer Aufenthaltszeit von fünf bis sieben Monaten ergibt dies eine Strahlenbelastung zwischen 90 und 120 mSv. Konkret heisst dies, dass in den Orbitalstationen eine Personen- und Raumdosimetrie durchgeführt werden muss. Somit zählen diese Astronauten, zusammen mit uns, auch zur Gruppe der beruflich strahlenexponierten Personen. Dies ist auch ein Grund dafür, dass sich Ausseneinsätze auf ein Minimum beschränken müssen und die Aufenthaltszeit so kurz wie möglich sein muss.
Blei wäre als Abschirmmaterial zum Strahlenschutz wie auf der Erde auch für die Aussenhülle der ISS geeignet, jedoch würde der Transport aufgrund des hohen Gewichts und der damit verbundenen Kosten den Rahmen zum Betrieb einer geostationären Raumstation sprengen. Zum Einsatz kommt daher Polyethylen, das ein geringes Gewicht und eine relativ gute Abschirmung gegen die niederenergetischen Strahlungspartikel aufweist.
Vor Sonneneruptionen wird die Besatzung mit einigen Minuten Vorwarnzeit informiert, damit sie sich in einen geschützten Bereich der Station begeben können. Einen echten, vollständigen Schutz gibt es für sie allerdings nicht. Um genetischen Veränderungen durch die erhöhten Strahlendosen entgegenzuwirken, erfolgt die Einnahme spezieller Medikamente, welche die Regeneration nach einer Strahlendisposition fördern, sowie von Nahrungsergänzungsmitteln, insbesondere Vitamin A und C, Ascorbinsäure und Antioxidantien. Diese Stoffe binden die durch Strahleneinwirkung entstehenden freien Radikale im Körper und wirken der Radiolyse des Wassers entgegen.
Es sind die gleichen Substanzen, die in der medizinischen Hochdosisbildgebung heiss diskutiert werden, und über deren Wirksamkeit es leider noch sehr wenige, dafür aufschlussreiche Studien gibt, welche für die Raumfahrtbehörde NASA anscheinend völlig plausibel erscheinen. Das grösste Problem bei langen Aufenthaltszeiten der Astronauten und für die Sicherheit der Raumstation scheint jedoch das Phänomen des «Space Brain» zu sein: Die betroffene Person leidet unter Orientierungslosigkeit, verlangsamter Reaktionszeit und reduzierten Lernprozessen – Umstände, die in Krisensituationen sehr problematisch sein können.
Im tieferen Weltall, ausserhalb des Strahlungsgürtels der Erde, würde die Strahlenbelastung um den Faktor 250 höher ausfallen, was einer Dosis von ca. 22,5 bis 30 Sv entsprechen würde. Dies ist dem Umstand der nur mässig abschirmbaren, hochenergetischen Teilchenstrahlung geschuldet. Ein weiteres Problem besteht in der Interaktion der hochenergetischen Partikel mit dem Material des Raumschiffes und der daraus resultierenden niederenergetischen Strahlung, welche die Strahlenbelastung des Personals zusätzlich erhöhen, aber auch überlebenswichtige Bereiche wie die Wasser-, Luft- und Lebensmittelversorgung betreffen würde.
Die grosse Herausforderung der nächsten Jahrzehnte wird daher nicht allein die Entwicklung von neuen und schnelleren Raumantrieben sein, sondern in erster Linie der effektive Schutz der Astronauten vor der immensen kosmischen Strahlung.
Magenszintigraphie
Probleme mit dem Gastrointestinaltrakt sind mit 20 % in den modernen Industriegesellschaften relativ weit verbreitet. Gleichzeitig gehen sie einher mit unspezifischen Symptomen wie Übelkeit, Schmerzen oder Blähungen während der Nahrungsaufnahme, die nicht immer organischer Natur sind, sondern auch durch psychische Interaktionen wie Angststörungen ausgelöst werden können. Klassische Untersuchungen wie Endoskopie, CT oder Ultraschall liefern oft kein eindeutiges Ergebnis, bedingt durch den Umstand, dass die Patienten bei der Untersuchung nüchtern sind. Hier kann die Magenszintigraphie aufschlussreiche Diagnoseinformationen liefern. Die Untersuchung erfolgt nach einer Testmahlzeit (Eiweiss, Toast, Marmelade, Flüssigkeit) und stellt quasi die realen Bedingungen für den Magen-Dünndarm-Trakt nach der Nahrungsaufnahme (Stresstest) dar. Im Fokus steht dabei die Frage nach einer Gastroparese, die jedoch auch durch eine Operation, eine Parkinsonerkrankung oder Diabetes Typ II bedingt sein kann. Untersuchungen dauern bis zu vier Stunden und erlauben die Interpretation der Magenwandbewegungen in den einzelnen Zeitintervallen sowie der halben Magentransferzeit, was ein geeigneter Richtwert zur Interpretation der Ergebnisse ist. Wie bei der Magenszintigraphie sehen Fachleute in der 4D-SPECT/CT-Untersuchung der Gelenke, insbesondere der Kniegelenke, mit Tc99m-HD eine Alternative zu den klassischen Untersuchungen. Sie steht klar in Konkurrenz zur MRI und zur Computertomographie, kann aber zusätzliche Informationen zur Knochenaktivität des Implantats liefern. Analog zu den klassischen Untersuchungen wird auch hier ein Mehrpositionen-CT über Hüftkopf, Kniegelenk und OSG gefahren, um die mechanischen und anatomischen Beinachsen, die Positionierung der Implantate sowie die Aktivität der Osteoblasten und -klasten zu bestimmen. In zweiter Priorität liegt der Fokus auf der Korrelation von pathologischen Prozessen mit der Beinachse, um gegebenenfalls die Beinachse anzupassen.
Im Namen der gesamten Fachstelle Nuklearmedizin möchte ich mich bei allen Referenten ganz herzlich bedanken: Prof. Dr. A. Rominger (Inselspital Bern), R. Shepis (Inselspital Bern), Dr. med. H. Rathke (Inselspital Bern), Dr. M. Streit (PSI), Dr. M. Wuillemin (b.e.imaging), Dr. sc.nat. A. Johayem (USZ), D. Hunn (BZG), Prof. Dr. med. M. Fox (Klinik Arlesheim), Dr. med. D. Mathis (Kantonsspital Baselland)
Dieser Artikel wurde ursprünglich in der aktuellen ASTRM-Ausgabe Nr. 1/2022 veröffentlicht. Autor: Ennio Müller
