Allen nuklearmedizinischen Verfahren ist gleich, dass sie nicht den Aufbau, sondern die Funktion des Körpers sichtbar machen, auf molekularbiologischer Ebene. Dazu wird dem Patienten eine schwach radioaktive Substanz mit geringer Halbwertszeit injiziert, die sich - je nach Trägermolekül - an verschiedenen Stellen des Körpers anreichert. Nach einer kurzen Einwirkzeit, während der sich das Mittel im Körper verteilt, wird die von den Radionukleiden ausgehende Strahlung gemessen und bildlich dargestellt. Man nutzt hierbei aus, dass z. B. Tumore oder Stellen, an denen entzündliche Prozesse stattfinden, höhere Stoffwechselaktivität (sprich: Glukoseverbrauch) aufweisen - für diese Diagnostik z. B. ist das Kontrastmittel an ein Zuckermolekül gebunden. In anderen Fällen werden auch spezielle Eiweiße verwendet, die im Körper an bestimmte Zelloberflächen (z. B. spezielle Tumore) andocken. Für bestimmte Untersuchungen des Gehirnstoffwechsels lässt man Patienten auch eine radioaktive Form von Sauerstoff einatmen. Auch in der Kardiologie können mittels nuklearmedizinischer Verfahren Entzündungsprozesse und Stoffwechselvorgänge oder z. B. der Grad der Durchblutung beobachtet werden.

Entsprechend der geringen Halbwertszeit der Substanzen ist die Herstellung bzw. der Transport teilweise problematisch - die Verfahren benötigen daher ein eigenes Zyklotron in »Reichweite« (einen kleinen Teilchenbeschleuniger), in dem die Radiopharmaka für die Untersuchung eigens hergestellt werden können. Ansonsten wären sie bei der Ankunft im diagnostischen Labor bereits weitgehend wertlos bzw. müssten in viel höherer Dosis gegeben werden, um eine ausreichende radioaktive Intensität für die Aufnahme zu bieten.

Nachteile aller Verfahren: Patient (und nicht zu vergessen das Personal) werden einer gewissen radioaktiven Strahlung ausgesetzt. Außerdem: Die reine Funktionsdarstellung ist manchmal insofern problematisch, als dass auf den Bildern kaum anatomische Details sind, die eine genaue Lokalisation z. B. des Tumors ermöglichen würden. Daher sind oft zusätzlich Computertomographieaufnahmen nötig (werden teilweise schon in eigens kombinierten PET-CT- oder SPECT-CT-Geräten angefertigt). Die 3D-Rekonstruktionen der jeweiligen Aufnahmen werden dann per Software miteinander verschmolzen, um so die Vorteile der verschiedenen Verfahren in einer Ansicht zu vereinen.

Szintigraphie

Hierbei wird über den zu diagnostizierenden Teil des Körpers ein ca. 40x60cm großer Flachdetektor (auch Gamma-Kamera genannt) positioniert, in dem sog. Szintillationskristalle auf einen auftreffenden Gammastrahl der radioaktiven Substanz im Körper mit einem kleinen Lichtimpuls reagieren. Um die Ortsgenauigkeit zu erhöhen, sorgt eine Lochblende aus Blei (Kollimator) am Detektor für die Abschirmung derjenigen Strahlung, die nicht genau senkrecht auftrifft. Die Lichtimpulse werden von einem Bildverstärker aufgenommen und aus der Impulszahl der einzelnen Kristalle wird dann ein Bild errechnet, das die Verteilung der Strahlungsintensität in der aufgenommenen Region zeigt. Im Prinzip handelt es sich hier um ein überlagertes Gesamtbild, ähnlich wie bei einem normalen Röntgenbild; eine räumliche Auflösung wie bei Schnittbildverfahren gibt es nicht.

Vorteile: Kurze Untersuchungszeit (15 Min.). Ersetzt in manchen Fragestellungen eine Gewebsentnahme, die bei bestimmten Tumoren das Risiko einer Metastastasierung erhöhen würde.
Nachteile: Die örtliche Auflösung ist begrenzt. Überlagerungen von (aus Sicht der Kamera) übereinanderliegenden Strukturen (ähnlich wie beim Röntgenbild).

Single-Photonenemissions-Computertomographie (SPECT)

Das technische Prinzip ist das gleiche wie bei der Szintigraphie. Im Gegensatz zum dabei verwendeten statischen Detektor rotieren jedoch hier ein oder zwei davon um den Patienten herum, während er auf dem Untersuchungstisch ggf. weiterbewegt wird. Aus den einzelnen radialen Aufnahmen lassen sich Schnittbilder errechnen, die - ähnlich wie beim Röntgen-Computertomographen - überlagerungsfrei sind und damit dreidimensionale Rekonstruktionen der aufgenommenen Körperregionen ermöglichen. Die Auflösungsgenauigkeit moderner SPECT-Geräte liegt bei ca. 1cm.
Vorteile: Überlagerungsfreie Bilder. Viele klinisch erprobte Substanzen für die unterschiedlichsten Fragestellungen verfügbar.
Nachteile: Deutlich längere Untersuchungszeit (30-45 Min.) im Vergleich zur Szintigraphie.

Positronenemissionstomographie (PET)

Im Vergleich zu Szintigraphie bzw. SPECT das aufwändigere Verfahren. Hier wird nicht die unmittelbare Gammastrahlung der radioaktiven Substanz gemessen, sondern ein Sekundäreffekt. Bestimmte Radionukleide senden beim Zerfall ein Positron aus. Dieses wird nach kurzer Laufstrecke (bis ca. 2 mm) beim Auftreffen auf ein Elektron vernichtet; das Resultat sind zwei Gammastrahlen, die in entgegengesetzter Richtung davonfliegen und daher im Gerät bis auf wenige Nanosekunden gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden Stellen eintreffen. (Der Detektor ist dementsprechend in den meisten Geräten eine geschlossene Röhre und bewegt sich nicht selbst.) Nur diese gleichzeitigen Impulse werden gezählt und für die spätere Schnittbildberechnung herangezogen. Damit ist eine wesentlich genauere Ortsauflösung möglich als bei SPECT. Die deutlich kürzeren Halbwertszeiten (wenige Minuten bis 2 Stunden) der verwendeten Substanzen sind aus logistischer Sicht problematisch (siehe Einleitung).

Vorteile: Deutlich bessere Ortsauflösung (wenige Millimeter) als bei anderen nuklearmedizinischen Verfahren. Überlagerungsfreie Bilder.
Nachteile: Lange Untersuchungszeit (30-45 Min.). Teures Verfahren. Bislang nur sehr wenige Substanzen verfügbar, die über die Forschung herausgekommen sind, daher in der klinischen Routine im Gegensatz zu SPECT nur für wenige Fragestellungen geeignet.

Weiterführende Links

Szintigraphie: KID, Netdoktor, Wiki (englisch)
SPECT: KID, Wiki
PET: KID, Wiki

Serie: I (Röntgen), II (Magnetresonanz), III (Nuklearmedizin), IV (Ultraschall)