ArchivDeutsches Ärzteblatt5/2006PET/CT – Evolution oder Revolution in der onkologischen Diagnostik?

MEDIZIN

PET/CT – Evolution oder Revolution in der onkologischen Diagnostik?

PET/CT – is it evolution or revolution in oncologic diagnosis?

Dtsch Arztebl 2006; 103(5): A-249 / B-215 / C-210

Bockisch, Andreas; Kühl, Hilmar; Freudenberg, Lutz; Antoch, Gerald; Müller, Stefan; Forsting, Michael

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LNSLNS Zusammenfassung
Die feste Kombination eines Positronenemissionstomographen (PET) und eines Computertomographen (CT), das PET/CT, hat sich seit seiner klinischen Einführung vor drei Jahren als routinetaugliches und wertvolles diagnostisches Gerät erwiesen. Die separate Wertigkeit der PET und der CT ist seit langem umfassend dokumentiert, und auch der Nutzen der vergleichenden Befundung steht außer Frage. Erst durch die Kombination beider Verfahren in einem Gerät ist jedoch die Bildfusion mit hoher Überlagerungsqualität und mit geringem Zusatzaufwand möglich. Es wurde gezeigt, dass sich die diagnostische Genauigkeit einer PET/CT-Untersuchung gegenüber der bereits hohen Genauigkeit einer PET- und einer CT-Untersuchung mit Bildvergleich noch erhöhen lässt. Darüber hinaus erschließt die PET/CT neue Indikationen für PET-Untersuchungen (beispielsweise Interventionen, Strahlentherapieplanung). Ebenso bedeutsam erscheint jedoch, dass die Durchführung einer PET/CT-Untersuchung die Diagnostik beschleunigt und ein abschließender Befund für beide Untersuchungen erstellt wird, in dem gegebenenfalls nicht konkordante Einzelbefunde von Spezialisten kompetent in einem Gesamtbefund zusammengefasst werden.

Schlüsselwörter: Krebsdiagnostik, Positronen­emissions­tomo­graphie, Computertomographie, nuklearmedizinische Diagnostik

Summary
PET/CT – is it evolution or revolution in oncologic diagnosis?
Since its clinical introduction 3 years ago, the combination of PET and CT into a PET/CT tomograph has become a valuable tool for diagnostic routine. The clinical value of PET and CT as individual modalities are well documented and there is no doubt about the value of a correlative interpretation. The fixed combination of the two modalities for the first time allows accurately fused high-quality images routinely without additional effort. It has been shown that the diagnostic accuracy of PET/CT is higher than that of the individual modalities, even with correlative interpretation. Furthermore, PET/CT opens the way for new uses, such as interventions and radiation treatment planning. Equally importantly, PET/ CT speeds up the diagnostic workup and yields a conclusive integrated final report for both modalities in which potentially discordant findings in the individual modalities are jointly addressed and interpreted by the imaging experts from both fields.

Key words: cancer diagnosis, positron emission tomography, computerised tomography, nuclear medical diagnosis

Townsend und Mitarbeiter entwickelten seit 1994 eine Kombination aus Positronen­emissions­tomo­graphie und Computertomographie, die so genannte PET/CT (1). Als Erstes lösten die Forscher das technische Problem, PET und CT so zu kombinieren, dass die aufgenommenen Bilder ohne weitere Manipulationen genau überlagert werden können. Diese Aufgabe mag zwar einfach erscheinen, war jedoch technisch anspruchsvoll und erforderte grundlegende Eingriffe in die technischen Konzepte beider Geräte. Seit 2001 sind ausgereifte Prototypen solcher Geräte für die Klinik verfügbar. Seither wird evaluiert, wie die Geräte klinisch eingesetzt werden können und welchen Wert sie im Vergleich zum bekannten diagnostischen Repertoire haben, insbesondere im Vergleich zur separaten Anwendung von PET und CT. Ende 2001 haben die Autoren das erste PET/CT-Gerät in Deutschland, eines der ersten Geräte weltweit, in Betrieb genommen, und es wurde rasch und sehr erfolgreich in die klinische Routine integriert. 2002 hat die DFG die Installation von fünf PET/CT-Geräten in deutschen Universitätskliniken befürwortet mit dem Auftrag, die klinische Wertigkeit der neuen Gerätekombination zu untersuchen. Im Dezember 2004 erfolgte vor der DFG eine Anhörung von sieben universitären PET/CT-Betreibern mit dem Ergebnis, dass die DFG in Zukunft PET/CT-Geräte für förderungswürdig anerkennt, sowohl als institutionelle Ausstattung im Hochschulbauförderungsgesetz-Verfahren als auch für einzelne Forschungsprojekte. Innerhalb der letzten vier Jahre hat sich PET/CT international jedoch rasch ausgebreitet, ohne dass vorher wissenschaftliche Untersuchungen abgewartet wurden. Weltweit sind zurzeit etwa 700 PET/CT-Geräte installiert (USA: 400, Deutschland: 15). PET/CT hat von allen medizinischen Großgeräten die höchste Zuwachsrate. Was macht die Kombination der beiden Untersuchungen PET und CT klinisch so attraktiv? Um diese Frage zu beantworten, erläutern die Autoren zunächst kurz einige Aspekte der PET, um dann das Prinzip des PET/CT sowie daraus abgeleitet klinische Konsequenzen und den Stand der wissenschaftlichen Evaluierung darzustellen. Abschließend werden einige pragmatische Überlegungen diskutiert.
PET
Vor etwa 30 Jahren stand erstmals ein zuverlässiger Positronenemissionstomograph zur Verfügung. In der Fol-
ge wurde die Entwicklung und Charakterisierung positronenemittierender Radiopharmaka intensiviert (2). Die zunehmende Verbreitung der Forschungsgeräte und die Erfolge der Forschung führten dazu, dass die PET verstärkt klinisch eingesetzt wurde. Vor etwa 15 Jahren erfolgte der klinische Durchbruch. Dabei ergab sich eine Verschiebung der Schwerpunkte von ursprünglich neurologischen (3) und kardiologischen (4) Fragestellungen auf die Onkologie (5). Heute erfolgen mehr als 90 Prozent aller klinischen PET-Untersuchungen zur onkologischen Diagnostik. Von den Hunderten verfügbarer Radiotracer werden Dutzende regelmäßig eingesetzt. Allerdings erfolgen weltweit über 90 Prozent aller Untersuchungen mit dem Glucoseanalogon F-18-2-Fluoro-2-Deoxyglucose ([18F]FDG), markiert mit dem radioaktiven Fluornuklid F-18. Die klinische Wertigkeit der PET ist für viele Fragestellungen, einschließlich der Therapieplanung und -überwachung, belegt (6, 7). Die Zahl der Studien nimmt kontinuierlich zu.
Die Entwicklung der PET ist komplex und kostenintensiv und führte auf den drei Hauptgebieten Geräteentwicklung, Radiopharmazie und klinische Evaluierung zu kontinuierlichen Erfolgen. In Deutschland hinkte allerdings die Anerkennung durch die Kostenträger hinter den klinischen Möglichkeiten der PET her. Ende der 1990er-Jahre – vor Einführung des PET/CT – bestand Konsens, dass eine PET-Kamera zur Ausstattung eines Krankenhauses der Maximalversorgung gehört (8). Die Überlegenheit der PET für zahlreiche, insbesondere onkologische Diagnosen gegenüber jeder anderen nichtinvasiven Methode war wissenschaftlich belegt. Die klinischen Möglichkeiten der PET wurden dennoch nicht überall akzeptiert. Dies änderte sich mit Einführung des PET/CT.
Prinzip des PET/CT
Technisch betrachtet stellt ein PET/CT lediglich die starre Kombination eines PET und eines CT dar – beides etablierte Geräte und Methoden. Daher sind die akzeptierten Indikationen für die Einzelmodalität übertragbar, was den raschen Start des PET/CT in der Klinik erklärt. Die PET/CT verspricht darüber hinaus eine Indikationserweiterung für die PET, beispielsweise zur Planung von Thermoablationen oder der perkutanen Radiatio.
Die PET basiert auf der Darstellung einer umschriebenen Änderung spezifischer zellulärer Funktionen, beispielsweise wird bei der PET mit FDG die Intensität des Zuckerstoffwechsels gemessen. Insbesondere eine pathologische Steigerung des Stoffwechsels wird erfasst und kann darüber hinaus quantifiziert werden. Der Schwachpunkt der PET ist die eingeschränkte morphologische Information auf den Bildern (Abbildung 1a). Da die Funktion und insbesondere die pathologische Funktionsstörung abgebildet wird, kann die zugrunde liegende anatomische Struktur nicht immer identifiziert werden. Primäres Ziel der Kombination des PET mit dem CT war es, diesen Mangel abzustellen (Abbildung 1b).
Die beiden Tomographen werden eng hintereinander gesetzt und starr miteinander verbunden. Es muss garantiert sein, dass sich die Aufnahmen von den beiden Untersuchungen PET und CT exakt bezüglich Lage, Drehung, Größe und auch Schichtmitte und -dicke entsprechen und damit ohne weitere Manipulationen überlagert werden können (Abbildung 2). Durch die präzise Zuordnung der zugrunde liegenden Struktur zu einer eindeutigen Funktionsauffälligkeit können Fehlinterpretationen vermieden werden (Steigerung der Spezifität). Umgekehrt können aber durchaus auch nur geringfügige Veränderungen in Kenntnis der anatomischen Struktur als pathologisch interpretiert werden (Verbesserung der Sensitivität).
Darüber hinaus ist oftmals die Kenntnis der genauen Lage einer Läsion essenziell, die die konventionelle PET-Untersuchung nicht immer liefern kann. Die PET/CT bietet aber offensichtlich mehr als nur die Verbesserung der anatomischen Information der PET. Die zusätzliche Anwendung einer komplementären Methode (CT) steigert die Genauigkeit. So hat sich PET/CT beispielsweise bei gastrointestinalen Stromatumoren (GIST) als Goldstandard der bildgebenden Diagnostik erwiesen (9).
Untersuchungsphilosophie
Die PET-Untersuchung zerfällt in zwei Teile: die Messung der Aktivitätsverteilung (Emission), die eigentliche PET-Untersuchung. Um ein quantitatives Bild zu erzeugen, ist noch eine Schwächungskorrekturmessung erforderlich, die halb so lang wie die Messung des Emissionsbildes dauert. Die Schwächungskorrekturmessung kann im PET/CT durch das CT ersetzt werden (1, 10), wodurch die Untersuchungszeit und damit die Liegedauer für den Patienten um ein Drittel verkürzt wird.
Das führt zu einer Steigerung der PET-Bildqualität bei gleichzeitig deutlich kürzerer Gesamtuntersuchungszeit. Durch die schnellere Untersuchung (weniger Bewegungsunschärfe) kann gegebenenfalls auch eine weniger bequeme, aber für die Untersuchung optimierte Patientenlagerung toleriert werden.
Das PET/CT kann mit zwei grundsätzlich verschiedenen Konzepten betrieben werden. Zum einen ist es möglich, ein Niedrig-Dosis-CT zu nutzen, das eine anatomische Orientierung erlaubt, jedoch für eine CT-Diagnostik unzulänglich ist. Dieses Konzept benutzt das PET/CT als PET mit anatomischer Landkarte und ist organisatorisch vergleichsweise wenig anspruchsvoll. Für eine CT-Diagnostik ist jedoch ein separates CT erforderlich, das gegebenenfalls mit der PET/CT-Untersuchung per Computerprogramm fusioniert werden müsste.
Beim anderen Konzept wird neben dem PET auch ein diagnostisches CT angefertigt (11). Dabei ist natürlich die Strahlenexposition des CT zu rechtfertigen. Bereits bei den zuweisenden Kollegen muss geregelt sein, dass Patienten mit PET- und CT-Indikation keine separaten Untersuchungen erhalten, sondern ein PET/CT. Die PET/CT-Untersuchung stellt allerdings zusätzliche Ansprüche. Bei entsprechenden Rahmenbedingungen hat dieses integrierte Konzept erhebliche Vorzüge: Der Patient erhält sowohl die Funktionsdiagnostik als auch die morphologische Diagnostik während einer Untersuchung, und es resultiert ein einziger und abschließender Befund. Dies beschleunigt und verbessert die Diagnostik. Im letzteren Fall ist eine enge Kooperation zwischen Nuklearmediziner und Radiologe erforderlich.
Wissenschaftliche Evaluierung
Die Kombination der beiden Geräte kann zu Artefakten führen: Das Ergebnis der Kombinationsuntersuchung könnte hinter das der Einzeluntersuchungen zurückfallen. Diese Aspekte wurden zunächst umfassend untersucht. In erster Linie sind dies die unterschiedliche Atmung bei beiden Untersuchungen und der Einfluss von Röntgenkontrastmitteln auf die Ergebnisse der PET (1016). Diese und weniger wichtige andere Effekte sind bekannt und konnten entweder abgestellt oder minimiert werden. Sie schränken heute die klinische Nutzung der PET/ CT nicht mehr ein (16).
Neben den genannten psychologischen und praktischen Aspekten sprechen auch wissenschaftlich Fakten für die PET/CT. In den über Medline zugänglichen Studien (Suchkriterien PET/CT, PET-CT, PET und CT, von 2001 bis Februar 2005) zeigte sich die PET/CT sowohl im Vergleich zur alleinigen Anwendung von PET und CT als auch bei retrospektiver Bildfusion niemals unterlegen. Vielmehr wurde stets ein diagnostischer Zugewinn durch PET/CT nachgewiesen (1722). Seine Höhe hängt von der Definition des Begriffs „Zugewinn“ ab und auch von der Qualität der Einzeluntersuchung und ihrer Befundung. Die Zahlen reichen von „bei 20 Prozent der Untersuchungen wertvoller Informationszugewinn durch PET/CT“ über „bei jeder zehnten Untersuchung therapieverändernde Zusatzinformationen“ bis zum konkreten Nachweis
von therapieverändernden Zusatzinformationen bei wohldefinierten Fragestellungen bei 5 bis 10 Prozent der Fälle. PET/CT erwies sich in einer Arbeit von Antoch et al. aus der Klinik der Autoren auch der Ganzkörper-Kernspintomographie überlegen (22).
Reinartz et al. (23) unterstreichen dabei die Bedeutung der integrierten Befundung von PET- und CT-Daten, die in 42 Prozent der Fälle wichtig für die korrekte Diagnose war. In einer nicht vergleichenden Studie hätte aber eine kombinierte Auswertung von PET und CT bei 95 Prozent der
Staging-Untersuchungen ausgereicht. Aufgrund des Studiendesigns konnten nicht vorhersehbare Befundänderungen nicht erfasst werden, da kein Vergleich mit PET/CT-Untersuchungen erfolgte. Nach den Erfahrungen der Autoren ist zu erwarten, dass die PET/CT in einigen Prozent der Untersuchungen noch therapierelevante Befundänderungen im Sinne von Zufallsbefunden erbringt. Diese Aussagen beziehen sich auf Patienten, die wegen etablierter PET-Indikationen untersucht wurden. Wie im Folgenden ausgeführt, hat die PET/CT aber weitere Indikationsgebiete erschlossen.
Somit ist PET/CT wissenschaftlich belegbar die derzeit sensitivste Einzelmodalität zum Tumorstaging und zum Nachweis eines Therapieansprechens für Tumoren mit etablierter PET-Indikation (3, 6). Darüber hinaus eröffnet die PET/CT neue Indikationen bei der gezielten Intervention in einen PET-Befund, wie bei der perkutanen Thermoablation (Abbildung 3) oder der CT-gesteuerten Biopsie. Der Nutzen der PET/CT in der Strahlentherapieplanung ist offensichtlich (24). Ein besonderer Wert der PET/CT wird auch für PET-Untersuchungen mit hochspezifischen Tracern, die sich also sehr stark im Tumor und kaum im übrigen Geweben anreichern, erwartet und ist teilweise bereits belegt (25), Abbildung 4.
Die Kosten der PET/CT entsprechen sowohl bei der Anschaffung mit etwa zwei Millionen Euro als auch bei der Durchführung derzeit etwa der Summe der PET und der CT. Obwohl die PET durch die Kombination mit der CT die Untersuchungszeit und damit die -frequenz erhöht, besteht jedoch ein erheblich gesteigerter Aufwand bei der Befundung. Es werden nicht nur Einzelbefunde durch einen Nuklearmediziner und einen Radiologen erhoben. Diese werden außerdem zusätzlich vergleichend befundet und interpretiert.
Neben einem Qualitätsgewinn, der für einen Teil der Patienten relevant ist, führt die kombinierte PET- und CT-Untersuchung mit dem PET/CT aber auch zu einer logistischen Optimierung: Der Patient hat einen Untersuchungstermin, der Zuweiser erhält einen Befund, in dem die Ergebnisse beider Methoden von den Spezialisten vergleichend und abschließend mitgeteilt werden. Insgesamt wird der Abschluss der Diagnostik deutlich beschleunigt und die Diagnostik effizienter.
Pragmatische Aspekte
Mit der klinischen Einführung der PET/CT ist das Interesse an PET schlagartig gestiegen. Da es sich beim PET/CT „lediglich“ um die Kombination zweier vorhandener Geräte und Methoden handelt, stellt sich die Frage, warum diese Technik so erfolgreich ist.
In der Vergangenheit hat die PET nicht den Stellenwert erhalten, der ihr aufgrund ihrer diagnostischen Potenz zukam. Abgesehen von wirtschaftlichen und eventuell vorhandenen anderen Interessen erklärt sich diese Vernachlässigung vermutlich dadurch, dass die PET-Bilder nicht selbsterklärend sind. Jeder Arzt ist mit der Anatomie vertraut, die er cum grano salis im CT-Bild wieder erkennt. Die Funktionsinformation im PET-Bild ist dem zuweisenden Kollegen dagegen fremd.
Er muss dem Befund des Nuklearmediziners weitgehend trauen. Dieser Aspekt wird noch dadurch verschärft, dass die PET als überlegene Metho-
de immer wieder im Widerspruch zu den morphologischen – vom Therapeuten überprüfbaren – Befunden stehen muss. Durch die Fusion des Funktionsbildes der PET mit dem morphologischen CT-Bild kann der Zuweiser den PET-Befund nachvollziehen. Es wird ihm möglich, die Lokalisation und die Stärke des pathologischen Signals zu erfassen und damit erheblich größeres Vertrauen in den Befund zu setzen.
Die Überlagerung von PET- und CT-Bildern mittels Computerprogrammen war bereits früher möglich und sinnvoll (23). In der Praxis fand sie jedoch selten statt. Die Realisierung scheiterte im täglichen Gebrauch. Die aktuellen CT-Bilder in digitaler Form und von der richtigen Körperregion waren nicht beschaffbar oder die Lagerung des Patienten in der PET- und CT-Untersuchung zu unterschiedlich. Auf jeden Fall erfordert die retrospektive Bildfusion einen hohen Organisations- und Personalaufwand. In einer eigenen Studie konnten die Autoren zeigen, dass eine befriedigende Bildfusion bei etwa 80 Prozent der Patienten möglich ist, jedoch nur für eine Körperregion und wenn die PET- und CT-Untersuchungen bereits in der Absicht eine Bildfusion vorzunehmen, durchgeführt wurden.
Somit stellt die PET/CT einen objektiven Fortschritt bezüglich der Qualität und Verfügbarkeit der Bildfusion zwischen PET und CT dar. Die Bildfusion ist nahezu ohne zusätzlichen Zeitaufwand möglich und wird daher auch regelhaft durchgeführt, selbst wenn die Einzelbefunde in der PET und CT eindeutig zu sein scheinen.
Ausgehend von einer diagnostischen Genauigkeit von meist mehr als 90 Prozent steigert die Bildfusion die Genauigkeit noch um wenige Prozent im Vergleich zur gleichzeitigen Befundung separat angefertigter PET- und CT-Untersuchungen. Diese dürften allerdings in der Regel nicht verfügbar sein.
Zusammenfassung
Die Hinzufügung des CT zur PET entspricht den klinischen Bedürfnissen. So erfolgreich die funktionelle Diagnostik des PET auch ist, für die Informationsübermittlung ist die anatomische Information sehr hilfreich. Darüber hinaus hat die klinische Nutzung des PET/CT bei einem geeigneten Konzept gezeigt, dass die Gesamtdiagnostik in der Realität erheblich beschleunigt werden kann. Der zuweisende Arzt erhält einen einzigen, abschließenden Befund, in dem gegebenenfalls diskrepante Einzelbefunde bereits bewertet wurden. Man steht erst am Anfang der PET/CT-Entwicklung, und es konnte bereits gezeigt werden, dass die Möglichkeiten, die PET und CT in Kombinationen bieten, mittels PET/CT einfacher realisiert werden können als mit den Einzelgeräten. Bereits jetzt hat die PET/ CT jedoch auch neue Indikationen für die PET erschlossen: funktionsorientierte Strahlentherapieplanung, Intervention und Biopsie. Es ist zu erwarten, dass die Entwicklung von PET-Radiopharmaka durch PET/CT beschleunigt und damit das Spektrum von PET- und PET/CT-Untersuchungen deutlich erweitert werden. Insbesondere die hochspezifischen Tracer werden eine Domäne des PET/CT sein.
Für viele Fragen ist bereits jetzt die PET/CT unter Verwendung der etablierten FDG als Radiotracer die Methode mit der höchsten Treffsicherheit. Angesichts der tatsächlichen diagnostischen Verbesserung und vorbehaltlich weiterer Studienergebnisse aus der Versorgungsforschung stellt die PET/CT-Technologie eher eine evolutionäre als revolutionäre Entwicklung der diagnostischen Möglichkeiten dar.

Prof. Bockisch erhielt Vortragshonorare von Siemens und besitzt einige Aktien dieses Unternehmens. Dr. Müller nahm Vortragshonorare und Reisekosten von PET/CT-Herstellern entgegen. Dr. Kühl, Prof. Forsting, Dr. Antoch und Dr. Freudenberg erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.
Manuskript eingereicht: 6. 2. 2005, revidierte Fassung angenommen: 27. 6. 2005

zZitierweise dieses Beitrags:
Dtsch Arztebl 2006; 103(5): A 249–54.


Anschrift für die Verfasser:
Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Andreas Bockisch
Klinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Essen
der Universität Duisburg/Essen
Hufelandstraße 55, 45122 Essen
E-Mail: andreas.bockisch@uni-essen.de
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