Willkommen zurück zu Medizintechnik 2 und heute wollen wir uns etwas über

nuklearmedizinische Verfahren unterhalten. Nun, wie schon angekündigt, das heutige Thema ist

Nuklearmedizin und wir wollen uns zunächst in der Einführung ein bisschen angucken, was das Thema

überhaupt ist und was die Besonderheiten in der Nuklearmedizin sind und später uns dann die

physikalischen Grundlagen ansehen, nachher uns die ganze Bildkette, wie wir eben am Ende zum Bild

kommen, untersuchen und zum Schluss werden wir noch kurz über das Thema hybride Bildgebung

sprechen. Für die nuklearmedizinische Bildgebung brauchen wir sogenannte TRACER und das TRACER

Prinzip wurde 1935 von George de Hezzi entdeckt. Er initiierte radioaktives Material in Ratten,

und fand heraus, dass es sich in den Knochen ablagert. Das interessante an diesem Experiment war,

dass er dadurch zeigen konnte, dass auch die Knochen tatsächlich ein Teil des lebenden

Organismus sind. Bis zu dem Zeitpunkt war man sich nicht ganz sicher, ob es überhaupt Stoffwechsel im

Knochen gibt oder ob das einfach nur Kalzium-Ablagerungen sind, die Stück für Stück mit

dem Körper wachsen, aber durch dieses Experiment konnte eben nachgewiesen werden, dass es auch im Knochen

Stoffwechsel stattfindet. Dieser Vorgang hat im Wesentlichen die Grundlagen für die funktionelle

Bildgebung in der nuklearmedizin gelegt und auch heute noch wird mit sogenannten TRACER gearbeitet,

die eben radioaktive Materialien, die langsam zerfallen und dadurch sich eben nachweisen lassen,

einsetzen, um zu lokalisieren, wo diese Materialien sich angesammelt haben. Man initiiert typischerweise

nicht nur ein radioaktives Isotop, sondern man baut das Ganze durch einen TRACER in ein besonders

interessantes Molekül ein und über die funktionelle nuklearmedizinische Bildgebung kann ich mir dann

ansehen, wo dieses Molekül sich im Körper ablagert und das ist natürlich besonders interessant,

wenn man dafür bestimmte Moleküle nimmt, von denen wir wissen, dass sie wichtig für den Stoffwechsel

sind. Im Gegensatz zu den morphologischen bildgebenden Verfahren, die wir bisher gesehen

haben, wie zum Beispiel MR und CT, haben wir bei der nuklearmedizinischen Bildgebung eine

deutlich geringere Auflösung. Dafür können wir aber auch viel kleinere Stoffmengen visualisieren.

Wir haben also durch den Einsatz von radioaktiven Isotopen die Möglichkeit, sehr geringe Stoffmengen

von interessierenden Molekülen im Körper zu visualisieren und das geht natürlich zu Lasten

der Auflösung. Prinzipiell haben wir bei den nuklearmedizinischen Verfahren hier beispielsweise

PET und SPECT genannt, die wir im späteren Verlauf dieses Videos noch genauer ansehen werden,

immer die Möglichkeit volumetrische Bilder zu rekonstruieren. Deswegen ziehen wir hier auch

den Vergleich zur MRT und CT, weil sich beides um volumetrische Verfahren handelt. Nun, die Idee

ist also die folgende. Wir geben ein radioaktives Isotop entweder durch Injektion oder durch das

in den Körper aufnehmen über den Mond oder einatmen in den Körper hinein und können dann den

Metabolismus vermessen. Und übliche Dinge, die man dort eben misst, basieren dann auf der Auswirkung

von Perfusion oder generell körperlichen Funktionen, die dann eine Verteilung des Tracers

durch den ganzen Körper erreichen. Ziel der nuklearmedizinischen Bildgebung ist es, die

einzelnen Bilder zu rekonstruieren. Wir wollen also nicht nur volumetrisch XY und Z auflösen,

sondern wir wissen auch, dass sich diese Tracer mit der Zeit verändern, weil sie eben einen

radioaktiven Zerfall unterliegen und wir wollen daher auch die Konzentration zu einem bestimmten

Zeitpunkt rekonstruieren. Nun, wie funktioniert das Ganze? Sehen wir uns mal die physikalischen

Grundlagen an. Hier als Beispiel, wir setzen Isotope ein. Wir wissen, dass es von den Elementen eben

verschiedene Versionen gibt, die sich dadurch auszeichnen, dass ihre Kerne eben entsprechend

anders aufgebaut sind. Hier sind drei Versionen von Wasserstoff. Einmal eben nur mit einem Proton,

dann den normalen Wasserstoff, wie er typischerweise in der Natur zu finden ist, mit einem Proton und

einem Neutron oder eben Wernwasserstoff, der hier zwei Neutronen im Kern hat. Dies sind unterschiedliche

Isotope und diese unterschiedlichen Isotope sind teilweise radioaktiv. Und wenn sie radioaktiv sind,

zerfallen sie und durch den radioaktiven Zerfall können wir sie entsprechend nachweisen. Beim

radioaktiven Zerfall nutzen wir aus, dass manche Isotope nicht stabil sind und durch den radioaktiven

Zerfall sich eben Stück für Stück verändern. Und beim Zerfall gibt es den sogenannten Alpha- und

Beta-Zerfall, beziehungsweise dann auch das Einfangen von Elektronen, Isomertransitionen oder

spontane Fusion. Wir haben nun hier in den meisten Fällen einen Alpha- oder Beta-Zerfall und die