Die Radiojodtherapie (RJT) ist ein etabliertes Verfahren zur Behandlung des differenzierten Schilddrüsenkarzinoms (DTC). Sie beruht auf der biologischen Fähigkeit der differenzierten Schilddrüsenkarzinomzellen Jod zu speichern. Das Jod wird dabei aktiv über einen membranständigen Natrium-Jodid-Symporter in die Zellen transportiert. Diese selektive Anreicherung ermöglicht die Therapie mit Jod-131 (I-131), einem Beta– und Gamma-Strahler. Die therapeutische Wirkung der RJT beruht hauptsächlich auf die Energieübertragung durch die Beta-Strahlung.
Aber nicht nur die Schilddrüsenkarzinomzellen sind in der Lage I-131 aktiv anzureichern, sondern auch andere Gewebszellen, die den Natrium-Jodid-Symporter exprimieren. Dazu zählen die großen Kopfspeicheldrüsen. Speziell konnte nachgewiesen werden, dass die großen Kopfspeicheldrüsen das I-131 bis zum 50-fachen der Plasmakonzentration konzentrieren. Aufgrund dieser Verteilung im Organismus kann eine „hochdosierte“ RJT neben der erwünschten Zerstörung des tumorösen Schilddrüsengewebes auch zu I-131 induzierten Speicheldrüsenschädigung führen. Als Folge können sich chronische Speicheldrüsenbeschwerden, Xerostomie und dentale Erkrankungen einstellen.
Die Energiedosen der großen Kopfspeicheldrüsen wurden mittels Gammakamera-Szintigraphie (GKS) und Ultraschall (US) während der RJT differenzierter Schilddrüsenkarzinome (DTC) mit I-131 kürzlich ermittelt und waren verglichen mit den bekannten Dosiswirkungsbeziehungen um den Faktor zehn zu niedrig. Die Quantifizierung der I-131 GKS/US-Dosimetrie war allerdings erschwert. Die Notwendigkeit einer genaueren Dosimetrie zeichnete sich ab. Die zurzeit genaueste in vivo Dosimetrie von I-131 speichernden Organen ist die Kombination aus Positronenemissionstomographie (PET) mit Jod-124 (I-124) als Tracer für das Therapienuklid I-131 und Computertomographie (CT). Da das I-124 ein kompliziertes Zerfallsschema besitzt, ist eine Beeinträchtigung in der Aktivitätsbestimmung im Aktivimeter und im PET-Bild zu erwarten.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl klinische Untersuchungen (serielle I-124 PET- und eine I-124 PET/CT-Untersuchung von Patienten mit DTC) als auch physikalische Messungen (Aktivimeterkalibrierung und Phantomstudien mit I-124) durchgeführt, um (a) die Energiedosen der großen Kopfspeicheldrüsen bei der RJT genauer abzuschätzen und (b) wichtige Einflussfaktoren auf die I-124 Quantifizierung zu untersuchen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Medizinische und physikalische Grundlagen
2.1 Eigenschaften der großen Kopfspeicheldrüsen
2.2 Eigenschaften von Jod-124 und seine PET-Quantifizierung
2.3 Partialvolumeneffekt und seine Korrektur
3 Material und Methoden
3.1 Produktion von Jod-124
3.2 Tomographie
3.2.1 EXACT HR+ PET- und BIOGRAPH PET/CT-System
3.2.2 Akquisitionsprotokolle
3.2.3 PET- und CT-Bildrekonstruktion
3.2.4 PET-Kreuzkalibrierung
3.3 Physikalisch-experimenteller Teil
3.3.1 Aktivimeterkalibrierung und Einfluss der Probengefäße
3.3.2 Zylinder- und Kopf-Hals-Phantom, ihre Akquisition, Signal und Untergrund
3.3.3 FWHM-, Peak- und Isovolumen-Recovery-Koeffizienten
3.3.4 Retrospektive PET–CT-Koregistrierung
3.4 Klinischer Teil
3.4.1 Patienten, Gruppeneinteilung, Signal und Untergrund
3.4.2 Das PET(/CT)-Dosimetrieprotokoll
3.4.3 Retrospektive PET–CT-Koregistrierung
3.4.4 Speicheldrüsenvolumetrie
3.4.5 Residenzzeit, maximaler Uptake-Wert und Energiedosis
3.5 Statistik und Software
4 Ergebnisse
4.1 Physikalisch-experimenteller Teil
4.1.1 Aktivimeterkalibrierung und der Einfluss der Probengefäße
4.1.2 Recovery-Koeffizienten und ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
4.1.3 Vergleich der Recovery-Koeffizienten von Kugeln und Rotationsellipsoiden
4.1.4 Robustheit der Recovery-Korrekturverfahren
4.1.5 Recovery-Koeffizienten bei verschiedenen S/U-Verhältnissen
4.1.6 Genauigkeit der retrospektiven PET–CT-Koregistrierung
4.2 Klinischer Teil
4.2.1 Genauigkeit der retrospektiven PET–CT-Koregistrierung
4.2.2 Speicheldrüsenvolumetrie
4.2.3 Aktivitätskonzentrationen und Zeitaktivitätskurven
4.2.4 Residenzzeit, maximaler Uptake-Wert und Energiedosis
4.2.5 Vergleich 124I-PET(/CT)- vs. 131I-GKS/US-Dosimetrie
5 Diskussion
5.1 Untersuchung von wichtigen Einflussfaktoren auf die 124I-Quantifizierung
5.2 Energiedosisvergleich – 124I-PET(/CT) vs. 131I-GKS/US
5.3 Limitationen der Phantomstudien und des Energiedosisberechnungsmodells
6 Zusammenfassung
6.1 Erweiterte Zusammenfassung in Englisch
6.2 Kurze Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit verfolgt das Hauptziel, eine präzisere Abschätzung der Energiedosen in den großen Kopfspeicheldrüsen bei der Radiojodtherapie (RJT) durch den Einsatz von 124I-PET(/CT) zu ermöglichen sowie systematisch jene Einflussfaktoren zu untersuchen, welche die 124I-Quantifizierung maßgeblich bestimmen.
- Dosimetrische Evaluierung der Speicheldrüsenbelastung bei Radiojodtherapie
- Einsatz von 124I als PET-Tracer zur Quantifizierung der Gewebeaktivität
- Vergleich zwischen 124I-PET(/CT)-Dosimetrie und konventioneller 131I-GKS/US-Dosimetrie
- Methodik zur Korrektur von Partialvolumeneffekten und kaskadierenden Koinzidenzen
- Retrospektive PET-CT-Koregistrierungsverfahren und deren Genauigkeit
Auszug aus dem Buch
2.2 Eigenschaften von Jod-124 und seine PET-Quantifizierung
Ein PET-Nuklid zerfällt unter Freisetzung eines Positrons (β+-Zerfall). Dieses verbindet sich mit einem negativ geladenen Elektron und zerstrahlt unter Abgabe einer charakteristischen Annihilationsstrahlung (diametrale Aussendung von zwei γ-Quanten von je 511 keV Energie). Das zeitlich koinzidente Ereignis wird von gegenüberliegenden Detektoren des PET-Scanners registriert und räumlich zugeordnet. In >90 % der onkologischen Studien wird als metabolische Tracer die Fluor-18-markierte 2-Deoxglukose (18F-FDG) verwendet. Dagegen wird das 124I zur Abschätzung der (absorbierten) 131I-Energiedosis vor RJT nur selten, aber zunehmend häufiger angewandt [6,20,23,32,40,49,57].
Das 124I hat eine physikalische Halbwertszeit von 4,18 d. Der Positronenanteil (mittlere Anzahl der emittierten Positronen pro Zerfall) beträgt 22,8 % [16]. Das vereinfachte Zerfallsschema (nur β+- und γ-Übergänge) von 124I ist in Abbildung 2 wiedergegeben. Nur solche Strahlungen mit einer relativen Häufigkeit größer als 1 % wurden berücksichtigt. Die dazugehörigen Energien der Positronen und der abgestrahlten γ- sowie der Röntgenquanten sind auch in Abbildung 2 angegeben. Die maximale Positronenenergie von 124I ist 2138 keV und die mittlere 819 keV. Zum Vergleich ist beim Standard-Radionuklid 18F (physikalische Halbwertszeit 109,8 min und Positronenanteil 96,7 %) die maximale Energie 634 keV und die mittlere 243 keV [16].
Die räumliche Auflösung im PET hängt unter anderem von der Positronenenergie ab [45]. Je höher die Positronenenergie, desto größer ist die mittlere freie Weglänge des Positrons vom Emissions- bis zum Annihilationsort. Messungen an verschiedenen PET-Systemen [25,31,53,55] zeigten, dass die höhere Positronenenergie zu einer um ~1 mm geringeren räumlichen Auflösung im Vergleich zu 18F führt. Diese geringere räumliche Auflösung von 124I hat klinisch keine Bedeutung [31]. Kritischer sind vielmehr die beim Zerfall ausgesendeten γ-Quanten und ihr Einfluss auf die Bildqualität und insbesondere auf die PET-Quantifizierung.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die klinische Relevanz der Radiojodtherapie-induzierten Speicheldrüsenschädigung und stellt die Notwendigkeit einer präziseren 124I-PET(/CT)-Dosimetrie dar.
2 Medizinische und physikalische Grundlagen: Erläutert die Anatomie der Kopfspeicheldrüsen sowie die physikalischen Zerfallseigenschaften von Jod-124 und die Mechanismen des Partialvolumeneffekts.
3 Material und Methoden: Beschreibt die Produktion von Jod-124, die verwendeten PET-Systeme, die experimentellen Phantomaufbauten und die klinischen Protokolle zur Datenerfassung.
4 Ergebnisse: Präsentiert die Resultate der physikalischen Kalibrierungsmessungen sowie die klinischen Daten zur Dosimetrie und den Vergleich mit Standardverfahren.
5 Diskussion: Analysiert die Einflussfaktoren auf die 124I-Quantifizierung und bewertet die Genauigkeit der entwickelten Dosimetriemodelle im Vergleich zur konventionellen Methodik.
6 Zusammenfassung: Fasst die wesentlichen Erkenntnisse der Arbeit sowohl in einer englischen als auch einer deutschen Zusammenfassung prägnant zusammen.
Schlüsselwörter
Radiojodtherapie, Schilddrüsenkarzinom, Dosimetrie, 124I-PET, Speicheldrüsen, Partialvolumeneffekt, Recovery-Koeffizienten, Quantifizierung, Aktivimeter, Bildregistrierung, Energiedosis, Strahlenbelastung, Nuklearmedizin, 131I-Therapie, Phantommessung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit primär?
Die Arbeit untersucht, wie die Belastung der Kopfspeicheldrüsen während einer Radiojodtherapie mittels moderner 124I-PET(/CT)-Bildgebung genauer als bisher abgeschätzt werden kann.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Zentral sind die physikalische Charakterisierung der 124I-Quantifizierung, der Einfluss von Messgeometrien und die klinische Evaluierung der Energiedosen in Submandibular- und Parotisdrüsen.
Was ist die Forschungsfrage?
Es wird untersucht, ob durch die Anwendung von spezifischen Recovery-Korrekturverfahren und präziser Bildregistrierung eine genauere Bestimmung der glandulären Energiedosen möglich ist, um die Diskrepanzen zu früheren Studien zu klären.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wurden sowohl experimentelle Phantommessungen unter kontrollierten Bedingungen als auch klinische Untersuchungen an 15 thyreoidektomierten Patienten unter Nutzung von 124I als PET-Tracer durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in einen physikalisch-experimentellen Teil (Methoden der Korrektur von Messfehlern) und einen klinischen Teil (Anwendung dieser Methoden an Patienten zur Dosimetrie).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Radiojodtherapie, 124I-PET, Speicheldrüsendosimetrie, Partialvolumeneffekt und Recovery-Koeffizienten stehen im Zentrum der terminologischen Einordnung.
Warum wird 124I anstelle des Therapienuklids 131I für die Dosimetrie genutzt?
124I ist ein Positronenstrahler und daher ideal für die PET-Bildgebung geeignet, wodurch eine präzise räumliche Erfassung der Biokinetik möglich ist, welche stellvertretend für das therapeutische 131I verwendet wird.
Welche Rolle spielt die Bildregistrierung für die Ergebnisse?
Die retrospektive Koregistrierung von CT- und PET-Daten ist entscheidend, um anatomische Volumina der Speicheldrüsen präzise zu definieren und die Aktivitätskonzentrationen korrekt zuordnen zu können.
- Quote paper
- Walter Jentzen (Author), 2010, Prätherapeutische I-124 PET(/CT)-Speicheldrüsendosimetrie bei der Radiojodtherapie differenzierter Schilddrüsenkarzinome, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/148580
