Radionuklide in Diagnostik und Therapie
Welche Radionuklide die PET, die γ-Szintigraphie und die α-Therapie nutzen und warum ihre Strahlungsart über den Einsatz entscheidet.
Das Wichtigste in Kürze
- Radionuklide dienen in der Nuklearmedizin der Bildgebung (PET, γ-Szintigraphie) oder der Therapie. Ihre Strahlungsart entscheidet über den Einsatz.
- Bei der PET zerstrahlt ein Positron mit einem Elektron zu zwei entgegengesetzt fliegenden 511-keV-Quanten, die in Koinzidenz registriert werden.
- \(\ce{^{18}F}\), \(\ce{^{11}C}\), \(\ce{^{13}N}\) und \(\ce{^{15}O}\) sind radioaktive Positronenstrahler für die PET. \(\ce{^{18}F}\) ist mit rund 110 min Halbwertszeit am wichtigsten.
- \(\ce{^{99m}Tc}\) ist ein γ-Strahler (140 keV) für die γ-Szintigraphie. Es entsteht direkt aus \(\ce{^{99}Mo}\) und wird im Radionuklidgenerator als Pertechnetat eluiert.
- \(\ce{^{224}Ra}\) ist ein α-Strahler für die α-Therapie und eignet sich nicht für die Szintigraphie.
Dieses Kapitel ist für Supporter
Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️
Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse
Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.
Worum es geht
Radiopharmaka machen Stoffwechselvorgänge im Körper von außen sichtbar oder zerstören gezielt krankes Gewebe. Welche Aufgabe ein Radionuklid übernehmen kann, hängt vor allem von seiner Strahlungsart ab. Ein Beispiel ist das Tumordiagnostikum [18F]FDG, das mit einem Positronenstrahler markiert ist.
Bildgebung mit Radionukliden
Für die Diagnostik muss die Strahlung den Körper verlassen, damit ein Detektor sie außen registriert. Das schaffen nur energiereiche Photonen. Zugleich soll die Strahlenbelastung gering bleiben. Diagnostische Nuklide haben deshalb eine kurze Halbwertszeit und möglichst keine Teilchenstrahlung, die nur Gewebe schädigt.
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) nutzt Positronenstrahler. Beim β⁺-Zerfall fliegt das Positron nur wenige Millimeter durchs Gewebe. Dann trifft es auf ein Elektron, und beide zerstrahlen vollständig (Annihilation):
\[\ce{e+ + e-} \rightarrow 2\,\gamma \quad (\text{je } 511\ \text{keV})\]
Die beiden Quanten fliegen in entgegengesetzte Richtungen. Ein Detektorring registriert sie in Koinzidenz, also gleichzeitig an zwei gegenüberliegenden Stellen. Der Zerfall liegt dann auf der Verbindungslinie. Aus vielen solchen Linien errechnet der Computer ein Schnittbild.
Die γ-Szintigraphie arbeitet einfacher. Das Nuklid sendet selbst einzelne γ-Quanten aus. Eine γ-Kamera mit Szintillationskristall fängt sie auf und zeigt, wo sich das Radiopharmakon anreichert. Wie solche Detektoren funktionieren, steht unter Messgrößen und Detektoren.
- Positronenstrahler (\(\beta^+\))
- zwei gegenläufige 511-keV-Quanten
- Koinzidenzmessung im Detektorring
- Beispiel: \(\ce{^{18}F}\)
- γ-Strahler
- einzelne Photonen
- γ-Kamera
- Beispiel: \(\ce{^{99m}Tc}\)
In der Therapie gilt das Gegenteil. Die Strahlung soll ihre Energie auf kurzer Strecke im Zielgewebe abgeben. Dafür eignen sich α- und β⁻-Strahler.
PET-Nuklide
Für die PET kommen nur Positronenstrahler infrage. Die vier wichtigsten sind radioaktive Isotope von Elementen, die in organischen Molekülen ohnehin vorkommen. Man kann damit einen Arzneistoff oder ein Stoffwechselsubstrat markieren, ohne seine Chemie stark zu verändern. Alle entstehen im Zyklotron.
| Nuklid | Zerfall | Halbwertszeit | Tochternuklid |
|---|---|---|---|
| \(\ce{^{18}F}\) | \(\beta^+\) | ca. 110 min | \(\ce{^{18}O}\) |
| \(\ce{^{11}C}\) | \(\beta^+\) | ca. 20 min | \(\ce{^{11}B}\) |
| \(\ce{^{13}N}\) | \(\beta^+\) | ca. 10 min | \(\ce{^{13}C}\) |
| \(\ce{^{15}O}\) | \(\beta^+\) | ca. 2 min | \(\ce{^{15}N}\) |
Beim β⁺-Zerfall wandelt sich ein Proton in ein Neutron um. Die Ordnungszahl sinkt um eins, die Massenzahl bleibt gleich:
\[\ce{^{18}_{9}F -> ^{18}_{8}O + e+} + \nu_e\]
Fluor-18 ist das wichtigste PET-Nuklid. Seine Halbwertszeit ist lang genug für Synthese, Qualitätskontrolle und Transport in eine andere Klinik. Kohlenstoff-11, Stickstoff-13 und Sauerstoff-15 zerfallen so schnell, dass man sie in der Nähe eines Zyklotrons herstellen und sofort einsetzen muss. Das bekannteste Präparat ist [18F]Fludesoxyglucose. Tumorzellen nehmen dieses Glucose-Analogon verstärkt auf. Seine Prüfung behandelt Radiopharmaka am Beispiel FDG.
Wird im Examen gerne gefragt: \(\ce{^{18}F}\), \(\ce{^{11}C}\), \(\ce{^{13}N}\) und \(\ce{^{15}O}\) sind radioaktive β⁺-Strahler und für die PET geeignet. Achte darauf, sie von den stabilen Isotopen \(\ce{^{19}F}\), \(\ce{^{12}C}\), \(\ce{^{13}C}\), \(\ce{^{14}N}\) und \(\ce{^{16}O}\) zu unterscheiden.
Technetium-99m
Technetium-99m ist das Standardnuklid der γ-Szintigraphie. Das „m“ steht für metastabil. Der Kern ist angeregt und gibt seine Energie als γ-Quant von 140 keV ab. Teilchenstrahlung entsteht dabei kaum. Mit einer Halbwertszeit von rund 6 h belastet es den Patienten wenig.
\[\ce{^{99m}_{43}Tc -> ^{99}_{43}Tc} + \gamma\]
\(\ce{^{99m}Tc}\) entsteht direkt durch β⁻-Zerfall von Molybdän-99, das eine Halbwertszeit von rund 66 h hat:
\[\ce{^{99}_{42}Mo -> ^{99m}_{43}Tc + e-} + \bar{\nu}_e\]
Ein Radionuklidgenerator enthält ein langlebiges Mutternuklid, aus dem laufend ein kurzlebiges Tochternuklid nachgebildet wird. Die Tochter lässt sich chemisch abtrennen, die Mutter bleibt zurück.
Im Technetium-Generator sitzt Molybdat fest an einer Säule aus Aluminiumoxid. Spült man mit isotonischer Kochsalzlösung, löst sich nur das entstandene Pertechnetat \(\ce{^{99m}TcO4-}\). Eine Bleiabschirmung umgibt die Säule. So steht \(\ce{^{99m}Tc}\) in der Klinik ohne eigenes Zyklotron zur Verfügung.
Nach jeder Elution wächst \(\ce{^{99m}Tc}\) wieder nach. Der Generator gleicht einer Kuh, die man täglich melkt. Weil das Molybdän selbst abklingt, wird die Ausbeute von Tag zu Tag kleiner.
α-Strahler in der Therapie
α-Therapie nutzt Nuklide, die Heliumkerne aussenden. α-Teilchen geben ihre Energie auf weniger als 0,1 mm Gewebe ab. Sie zerstören also nur Zellen in unmittelbarer Nähe. Umliegendes Gewebe bleibt weitgehend verschont.
Radium-224 ist ein solcher α-Strahler mit einer Halbwertszeit von etwa 3,6 Tagen. Es zerfällt zu Radon-220:
\[\ce{^{224}_{88}Ra -> ^{220}_{86}Rn + ^{4}_{2}He}\]
Man setzt es in der Strahlentherapie ein, etwa bei Morbus Bechterew. Das verwandte Radium-223 behandelt Knochenmetastasen.
Für die γ-Szintigraphie ist \(\ce{^{224}Ra}\) ungeeignet. Seine Hauptstrahlung verlässt den Körper nicht und kann deshalb kein Bild liefern. Sie würde aber das Gewebe stark schädigen.
Photonen nach außen dienen der Diagnostik, Teilchen mit kurzer Reichweite der Therapie: \(\ce{^{18}F}\) für die PET, \(\ce{^{99m}Tc}\) für die Szintigraphie, \(\ce{^{224}Ra}\) für die α-Therapie.
Quiz
Aussage 1
Bei der PET entstehen pro Annihilation zwei 511-keV-Quanten, die in dieselbe Richtung fliegen.
Die beiden Quanten fliegen in entgegengesetzte Richtungen. Nur deshalb kann ein Detektorring den Zerfall auf ihrer Verbindungslinie orten.
Aussage 2
\(\ce{^{224}Ra}\) ist ein typisches Nuklid für die γ-Szintigraphie.
\(\ce{^{224}Ra}\) ist ein α-Strahler und wird in der α-Therapie genutzt. Seine α-Strahlung verlässt den Körper nicht und liefert kein Bild.
Aussage 3
Im Technetium-Generator bleibt Molybdat an Aluminiumoxid gebunden, während Pertechnetat mit Kochsalzlösung herausgewaschen wird.
Das Mutternuklid \(\ce{^{99}Mo}\) bleibt auf der Säule. Das Tochternuklid wird als \(\ce{^{99m}TcO4-}\) eluiert.
Aussage 4
\(\ce{^{99m}Tc}\) wird wegen seiner α-Strahlung in der Szintigraphie eingesetzt.
\(\ce{^{99m}Tc}\) ist ein γ-Strahler mit 140 keV. Gerade die γ-Quanten verlassen den Körper und erzeugen das Bild.
Aussage 5
\(\ce{^{13}N}\) und \(\ce{^{15}O}\) sind Positronenstrahler und lassen sich für die PET einsetzen.
Beide zerfallen unter β⁺-Emission. Wegen ihrer sehr kurzen Halbwertszeiten (ca. 10 bzw. 2 min) müssen sie nahe am Zyklotron hergestellt werden.
Aussage 6
\(\ce{^{18}F}\) eignet sich besser für den Transport in entfernte Kliniken als \(\ce{^{11}C}\), weil seine Halbwertszeit deutlich länger ist.
\(\ce{^{18}F}\) hat eine Halbwertszeit von etwa 110 min, \(\ce{^{11}C}\) nur von etwa 20 min.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.