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PET Aufnahme, Foto: Jens Langner/Wikimedia Commons © Krebsinformationsdienst, Deutsches Krebsforschungszentrum

PET: Technik, Forschung, Fachinformationen

So funktioniert die Positronen-Emissions-Tomographie

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zählt zu den bildgebenden Verfahren. Sie kann Stoffwechselvorgänge im Körper sichtbar machen. Oft lassen sich  so Tumoren und Metastasen finden, die mit anderen Methoden nicht sichtbar gemacht werden können. Auch die Unterscheidung zwischen aktivem Gewebe und etwa Narbengewebe ist möglich. Die PET ist jedoch aufwendig und teuer und gehört deshalb noch nicht zu den Standarduntersuchungen; und sie ersetzt andere bildgebende Verfahren üblicherweise nicht.

Der folgende Text informiert über die technischen Grundlagen und Weiterentwicklungen der PET. Er richtet sich an Patienten, Angehörige und Interessierte, die sich über diese Methode informieren möchten. Fachleute finden Links und Hinweise auf Quellen.

Häufig gestellte Fragen zur praktischen Durchführung der PET werden in einem eigenen Text beantwortet.

Letzte Aktualisierung: 11.02.2015

Quellen und Links

Für den folgenden Text hat der Krebsinformationsdienst aktuelle Lehrbücher der bildgebenden Diagnostik als Quelle genutzt. Weitere Quellen und ergänzende Informationen sind am Ende dieser Seite aufgeführt.

Definitionen: Was heißt "PET", was ist ein "Tracer"?

Die PET zählt zu den bildgebenden Untersuchungsverfahren. Anders als beim Röntgen, der Magnetresonanztomographie oder Computertomographie werden jedoch nicht die Organe selbst abgebildet. Stattdessen werden Gewebe über ihre Stoffwechselfunktionen sichtbar gemacht. Damit ähnelt die PET der Szintigraphie. PET ist die Abkürzung für Positronen-Emissions-Tomographie. Tomographie bedeutet Schnittbild: Der Körper wird Schicht für Schicht untersucht, gerade so, als würde man ihn in hauchdünnen Scheiben betrachten.

Die PET gehört zu den nuklearmedizinischen Verfahren: Bei der Positronen-Emissions-Tomographie werden radioaktive Substanzen als "Marker" für die Stoffwechselaktivität benutzt. Bei ihrem Zerfall setzen diese Substanzen positiv geladene Elementarteilchen frei: sie emittieren Positronen. Diese Positronen verbinden sich im Gewebe rasch mit ihren überall vorhandenen "Gegenstücken", den negativ geladenen Elektronen. Durch die Verbindung vernichten sich die beiden Teilchen gegenseitig, dabei wird Energie in Form von Photonenstrahlung freigesetzt. Diese Photonen werden auch als "Lichtteilchen" oder "Gammaquanten" bezeichnet.

Die für die PET verwendeten Arzneimittel werden auch als Radiopharmaka bezeichnet. Sie bestehen üblicherweise aus einem nicht strahlenden Trägerstoff, einem sogenannten Carrier, und einer radioaktiven Substanz, einem sogenannten Radionuklid, das an den Träger gekoppelt oder in das Trägermolekül chemisch "eingebaut" ist. Die radioaktive Markierung bezeichnet man als Tracer (von engl.: trace = "Spur"). Der Begriff wird zunehmend auch für das radioaktive Arzneimittel als Ganzes verwendet.

Radiopharmaka: Wieso verwendet man häufig Glukose, einen Zucker?

Das in der Krebsmedizin am häufigsten bei der PET benutzte Radiopharmakon ist die sogenannte Fluor-18-Desoxyglucose (FDG), also mit radioaktivem Fluor markierter Traubenzucker.

Damit der Körper funktioniert, braucht er Energie. Die Energie wird in den Zellen produziert. Wichtigster Energieträger ist Traubenzucker (Glukose), der aus der Nahrung gewonnen wird. Sehr viele Krebszellen haben einen besonders großen Energiebedarf und verbrauchen mehr Traubenzucker als die meisten gesunden Zellen. Diesen Unterschied macht man sich bei der PET zunutze.

Möglich sind aber auch andere radioaktiv markierte Substanzen, die im Stoffwechsel von Tumorzellen eine besondere Rolle spielen oder sich aufgrund einer bestimmten Trägersubstanz nur an diese Zellen binden. Diesen Umstand macht man sich auch in der Forschung zunutze: So lassen sich beispielsweise Zytostatika radioaktiv markieren, um festzustellen, wie die Chemotherapie-Medikamente im Körper aufgenommen und verarbeitet werden.

In der Praxis erhalten die meisten Patienten vor ihrer Untersuchung jedoch "FDG", also radioaktiv markierten Traubenzucker. Anhand des Traubenzucker-Beispiels soll daher im Folgenden die Funktionsweise der PET erklärt werden.

Technik: Was passiert im Körper bei der FDG-PET?

Der radioaktiv markierte Zucker verteilt sich im Körper und wird von den Zellen aufgenommen. In manchen Geweben wird der Zucker rasch aufgenommen, in anderen langsamer. Dies ist abhängig von verschiedenen Zelleigenschaften und der Stoffwechselaktivität im jeweiligen Gewebe. Im Körper zerfällt der Tracer sehr schnell. Die beim Zerfall des Tracers frei werdende Energie in Form von Photonen oder "Gammaquanten" lässt sich messen: mithilfe eines speziellen Detektors, der Gammakamera. Ein angeschlossener Computer berechnet anhand der zeitlichen und räumlichen Verteilung der Strahlung Funktionsbilder einzelner Gewebe und Organe.

PET/CT-Aufnahme eines Lungentumors © Molecular Imaging/DKFZ
Eine PET/CT-Aufnahme des Brustkorbs: Ein hellgelb leuchtender Fleck im rechten oberen Lungenlappen deutet auf einen Tumor hin. ©Molecular Imaging/DKFZ

Wichtig sind dabei die gemessenen Unterschiede. Viele, wenn auch nicht alle Tumorzellen verbrauchen mehr Glukose als gesunde Zellen. Sie reichern also vermehrt Traubenzucker an, auch den radioaktiv markierten, und entsprechend mehr Energie wird beim Tracerzerfall frei. Auf den Bildern sind Bereiche im Körper, die viel Strahlung abgeben, demnach tumorverdächtig. Sie erscheinen besonders dunkel oder, bei farbigen PET-Bildern, als leuchtende Punkte und Flecken. Ärzte müssen allerdings auch natürliche Unterschiede im Stoffwechsel von Geweben berücksichtigen: Neben Krebszellen verbrauchen auch Gehirn und Herz viel Glukose.

Andere Tracer, die beim Zerfall Positronen abgeben, funktionieren ähnlich: Sie werden so gewählt, dass sie sich aufgrund ihrer Eigenschaften in Tumorzellen anders anreichern als in gesundem Gewebe. 

Die meisten Patienten vertragen eine Untersuchung mit einem Positronen-Emissions-Tomographen gut. Die Strahlenbelastung, die bei der Untersuchung entsteht, ist gering: Für die Untersuchung sind sehr kleine Mengen radioaktiver Substanzen ausreichend. Auch wählt man Radiopharmaka, die im Körper sehr schnell zerfallen oder rasch wieder ausgeschieden werden.

Wie wird die Strahlung gemessen?

Wenn ein Positron und ein Elektron sich gegenseitig aufheben, entstehen zwei Photonen oder Lichtquanten. Das Besondere an diesem Vorgang ist, dass die entstehenden Photonen im 180°-Winkel auseinanderfliegen. Diese Eigenschaft macht man sich bei der PET zunutze:

Ein Ring aus sehr vielen einzelnen Messeinheiten, den Detektoren, umgibt die Patientenliege. Zwei von einem Punkt im Körper ausgehende Gammaquanten treffen demnach gleichzeitig auf zwei genau gegenüberliegende Detektoren. So kann die Linie bestimmt werden, auf der der Zerfall stattgefunden hat. Durch den fortwährenden Zerfall des Tracers treffen sehr viele Photonen auf die Messeinheiten, und aus der Überlagerung der berechneten Linien kann exakt bestimmt werden, wo im Körper der Tracer zerfällt. Dies macht die PET zu einer sehr genauen Methode. Anders als bei anderen Untersuchungen, wie etwa der Szintigraphie, muss Streustrahlung nicht extra ausgeblendet werden. Die entstehenden Bilder haben also eine bessere Auflösung und damit eine hohe Qualität. Selbst sehr kleine Strukturen lassen sich noch voneinander unterscheiden.

Offene Frage: Krebs oder Entzündung? Tumor oder Narbe?

Ausgeprägte Entzündungen und Tumoren sind in der FDG-PET nicht immer sicher voneinander zu unterscheiden: Auch entzündetes Gewebe hat einen erhöhten Zuckerumsatz. Eine auffällig hohe Radiopharmakon-Anreicherung in der PET-Aufnahme deutet daher zunächst nur auf eine erhöhte Stoffwechselaktivität hin.

Onkologen kennen noch ein weiteres Problem: Manchmal haben Tumoren keinen auffallend schnellen, sondern sogar einen verringerten Energieumsatz, zum Beispiel dann, wenn der Körper versucht, sie durch Bindegewebe oder Kalk zu verkapseln oder wenn ein großer Tumor zerfällt: Dort, wo weniger oder kein Stoffwechsel mehr stattfindet, ist die Glukoseaufnahme entsprechend verringert. Dann lässt sich ein Tumor unter Umständen nicht von Bindegewebe oder Narbengewebe unterscheiden, das zum Beispiel nach einer Operation entstanden ist.

Um zwischen Tumor, aktiver Entzündung oder "Narbe" zu unterscheiden, müssen Fachleute die Gesamtsituation des Patienten berücksichtigen. Eventuell sind dazu weitere Untersuchungen notwendig, wie etwa eine Gewebeentnahme (Biopsie) oder andere bildgebende Verfahren.

Das Fazit: Mit der PET allein lässt sich die Diagnose Krebs so gut wie nie sichern. Die PET eignet sich auch nicht als Routineuntersuchung zur Krebsfrüherkennung.

Technik und Forschung: Weiterentwicklungen und neue Verfahren

PET/CT: Zwei Verfahren kombiniert

PET/CT-Aufnahme eines Lungenkarzinoms © Molecular Imaging/DKFZ
Der Krebs in der rechten Lunge kann mit der PET/CT-Aufnahme genau lokalisiert werden. ©Molecular Imaging/DKFZ

Inzwischen werden in vielen Kliniken sogenannte Hybridgeräte verwendet: Sie verbinden die Vorteile der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit denen der Computertomographie (CT). Man spricht von PET/CT-Geräten. Werden PET- und CT-Aufnahmen von unterschiedlichen Geräten erstellt und erst im Nachhinein am Computer übereinandergelegt, wird die Schreibweise "PET-CT" verwendet.

Mit kombinierten PET/CT-Geräten können beide Untersuchungen direkt nacheinander gemacht werden, was Patienten einen zweiten Untersuchungstermin erspart: die PET, die den Stoffwechsel der Zellen untersucht und die CT, auf deren Bildern man die einzelnen Gewebe besser erkennen kann. Wie bei der Computertomographie allein, können auch bei der PET/CT Kontrastmittel verwendet werden, um verschiedene Gewebe voneinander abzugrenzen.

Da die Aufnahmen von einem Gerät gemacht werden und Patienten zwischendurch nicht aufstehen müssen, lassen sich PET- und CT-Bilder exakt übereinander legen. Auffällige Befunde können so leichter einem bestimmten Organ oder einer bestimmten Region zugeordnet werden. Notwendig ist die Doppeluntersuchung jedoch längst nicht für alle Betroffenen: Wenn man wissen möchte, ob ein Tumor nach einer Behandlung kleiner geworden ist, reicht oft eine CT oder eine PET alleine aus. Wenn man den Tumor jedoch genau eingrenzen will, ist die PET/CT von Vorteil, zum Beispiel zur Planung einer Strahlentherapie.

Die PET/CT ist mit einer größeren Strahlenbelastung verbunden als die PET oder die CT alleine. Ob der Nutzen des kombinierten Verfahrens die Risiken aufwiegt, muss man im Einzelfall mit den behandelnden Ärzten besprechen.

PET/MRT: Neue Möglichkeiten

Seit einigen Jahren stehen auch kombinierte PET/MR-Geräte zur Verfügung: Sie kombinieren die Positronen-Emissions-Tomographie mit der strahlungsfreien Magnetresonanztomographie. Die Verbindung der beiden Verfahren galt lange Zeit als technisch sehr schwierig und wurde daher zunächst nur im Rahmen von Studien angewendet. Inzwischen gibt es mehrere Kliniken mit MR/PET-Geräten. Insbesondere der Weichteilkontrast ist bei der Magnetresonanztomographie besser als bei der Computertomographie.

Non-FDG-PET: Welche Tracer kommen noch zum Einsatz?

Bei der PET wird heute meist mit Fluor-18 markierter Traubenzucker (FDG) verwendet. In Deutschland ist FDG bislang das einzige PET-Radiopharmakon, das für die Routineuntersuchungen in der Krebsdiagnostik zugelassen ist.

Eine PET mit einem anderen Radiopharmakon als FDG bezeichnet man als Non-FDG-PET. Solche anderen Radiopharmaka sind noch nicht zur allgemeinen Verwendung in der Krebsdiagnostik zugelassen. In der Forschung und in klinischen Studien können sie jedoch zum Einsatz kommen: Ihr Nutzen wird im Rahmen vorklinischer und klinischer Studien noch erprobt, zum Beispiel bei Prostatakrebs, Hirntumoren, Knochentumoren oder Tumoren der Hormondrüsen. Das Ziel: Non-FDG-Tracer sollen die Diagnostik bei Tumorarten mit weniger auffälligem Energiestoffwechsel verbessern. Man setzt auf andere veränderte Merkmale der Tumorzellen: Bei der Non-FDG-PET benutzt man beispielsweise markierte Aminosäuren, die in Krebszellen eine besondere Rolle spielen, oder Stoffe, die an tumorspezifische Rezeptoren der Zelloberfläche binden.

Ein Beispiel: In der Forschung zur PET beim Prostatakarzinom verwendet man mit radioaktivem Fluor markiertes Cholin als Radiopharmakon. Aufgrund ihres vergleichsweise langsamen Stoffwechsels nehmen Prostatakrebszellen relativ wenig Traubenzucker auf. Eine Unterscheidung von gesundem Prostatagewebe wäre mit radioaktiv markierter Glukose (FDG) schwierig. Stattdessen verwendet man den körpereigenen Stoff Cholin, der Bestandteil von Zellmembranen ist und im Fettstoffwechsel der Zellen eine Rolle spielt. Von Prostatakrebszellen wird Cholin vermehrt aufgenommen. Noch lässt sich der Nutzen nicht eindeutig beurteilen: Auch wenn einige Zentren ein Cholin-PET bei Prostatakrebs anbieten, gehört es bisher nicht zu den Standarduntersuchungen. Weitere Radiopharmaka, von denen man sich eine noch genauere Diagnostik des Prostatakarzinoms verspricht, werden ebenfalls in Studien erforscht. 

Zum Weiterlesen: Linktipps, Quellen, Fachinformationen (Stand: 2/2015)