Center for Radiopharmaceutical Science of ETH, PSI and USZ

1
Sichtbarmachung physiologischer Vorgänge mit
Positronenemissionstomographie (PET) Beispiele
mit 18F-Fluordesoxyglukose und 18F-FDOPA
P. A. Schubiger Professor für Radiopharmazie
ETH/PSI
Center for Radiopharmaceutical Science of ETH,
PSI and USZ
2
Prinzip der Positronenemissionstomographie
(PET)?-Zerfall p? n ? ?

• Das Positron b ist ein Antimaterieteilchen. Es
  vereinigt sich mit einem Elektron und es entsteht
  aus Masse Energie nach der Gleichung Emc2.
• Diese Energie wird als Annihilationsstrahlung
  ausgesendet und zwar entstehen zwei g-Strahlen
  mit der Energie von 2511keV, welche in einem
  exakten 180-Winkel ausgesendet werden.
• Das Neutrino ? hat die Ladung 0, die Masse ist
  wahrscheinlich auch 0 und es besitzt kein
  magnetischen Moment, aber hat einen Spin von 1/2
  h

3
Zerfall von 18F
? (97)
18 8
18 9
O
F
EC (3)
18F (110 min)
18O (stabil)
Center for Radiopharmaceutical Science of ETH,
PSI and USZ
4
(No Transcript)
5
Prinzip PET Koinzidenzmessung und Rekonstruktion

6
(No Transcript)
7
Spectrum of Medical Imaging Modalities
Sensitivity versus Specificity
X-Ray-CT MRI
Structure
Physiology
MRI
Metabolism
Ultrasound PET
Drug Distribution
MRS, PET
Molecular Pathways
PET
Molecular Targets/ Receptors/ Binding Sites
PET
T.Jones, Eur. J Nucl Med (1996)
8
Medical Imaging Modalities
Imaging Method Spatial resolution Temporal resolution Sensitivity

Ultrasound gt 1 mm gt10 ms 10-3 Mol
CT gt 0.3 mm gt300 ms 10-3 Mol
MRI gt 0.8 mm gt50 ms 10-5 Mol
MRS gt 10 mm gt60 ms 10-5 Mol
PET (animal) gt 5 mm (1mm) gt5 s (6 s) 10-9-10-12 Mol
9
Zyklotron Produktion von 18F Reaktion Target
Aktivität Teilchen Träger-
material 18O(p,n)18F Wasser
up to 450 GBq F- nein 18O(p,n)18F Gas
gt 40 GBq F2 ja 20Ne(d,a)18F
Gas gt 20 GBq F2 ja
10
Zyklotron                                       
                                                  
                                                  
                                                  
     
11
Zyklotron I.
12
Zyklotron-Raum
13
Zyklotron III.
14
(No Transcript)
15
Small Animal HIDAC PET Camera

• Specifications
• HIDAC detectors (high density avalanche
  chambers)
• spatial resolution 1 mm fwhm
• field of view 28 cm axially, 17 cm in
  diameter
• data recorded on the fly (180 rotation)
• scatter-corrected sensitivity 1 (10cps/kBq)
• scatter fraction 30-40

16
Glukose und Fluordesoxyglukose (18F-FDG)

• Eigenschaften von Glukose und 18F-FDG

Glukose
18F-FDG
Glucosetransporter
Hexokinase
Pentose- phosphatweg
Glukose- 6-Phosphat
18F-FDG- 6-Phosphat
Ribose
Glycolyse
Pyruvat
Lactat
Glykogen
18F-FDG wird vom Glukosetransporter ins
Zellinnere befördert und vom Enzym Hexokinase zu
18F-FDG-6-Phosphat phosphoryliert. Im
Unterschied zu Glucose wird 18F-FDG aber weder
glycolysiert, noch zu Pentose oder zu Glycogen
um- oder aufgebaut und bleibt somit im
Zellinneren gefangen.
17
(No Transcript)
18
Herstellung von 2-18FFluor-2-desoxy-D-glucopyra
nose
19
18FDG-Modul
20
18FDG-Modul
21
18FDG-Verteilerschrank
Mit Blei abgeschirmter Schrank, für die
18FDG-Verteilanlage
22
Sichtbarmachung physiologischer Vorgänge mit PET
Darm
Herz
Harnblase
Koronare Schnittbilder einer lebenden Ratte,
welcher radioaktive (14 MBq) Glukose injiziert
wurde. Die Aufnahme wurde mit einer speziellen
Kleintier PET Kamera gemacht (HIDAC-animal
scanner Auflösung 1mm3)
23
Lymphdrüsenkrebs
24
Normale PET Untersuchung nach Therapie

• nach Chemotherapie
• normale Untersuchung
• (gleiche Patientin wie 1)

25
Alzheimer FDG-Bild des Gehirns

Alzheimer Erkrankung
Gesundes Gehirn
26
Normales FDG-Herz
27
Hibernating myocardium

• Ischämie in Perfusion (oben), Hibernating myocard
  (unten)

13N-NH3 (Perfusion)
SA
HLA
VLA
18F-FDG (Metabolism)
28
Dopaminsynapse
29
(No Transcript)
30
Chemische Struktur von 6-DOPA

• Garnett ES, Nature, 1983

31
Fluorierung des Stannylvorläufers-20oC, 10 min
30oC, 4 min
32
2. Entschützung 130oC, 10 min
33
Synthesemodul für 18F-Präparate
34
Aufnahme von 18F-FDOPA
Gesundes Gehirn
Parkinson Patient
35
Referenzen

• P.A.Schubiger,G.Westera Abbildung biochemischer
  Prozesse im Körper,BioWord 3-2002,S.6.
• P.A.Schubiger Spezifische Diagnostik durch
  Abbildung der biochemischen Prozesse im
  menschlichen Körper PET Forschung fürs
  Leben,Febr. 2002 (62).
• S.M.Ametamey et al Functional Brain Receptor
  Imaging with Positron Emission Tomography,Chimia
  2000,54(11),S.622.
• G.Stöcklin and V.Pike (Ed.) Radiopharmaceuticals
  for Positron EmissionsTomography-Methodological
  Aspects, Kluwer Academic Publishers 1993.