Nuklearmedizin der Niere, des Retroperitoneums und der Harnblase

Die Erfassung der Nierenleistung ist eines der ältesten Anwendungsgebiete von Radioisotopen in der nuklearmedizinischen Diagnostik. Sie wurde in den späten 70er-Jahren als nicht invasive Methode zur Diagnostik und Kontrolle von Uropathien entwickelt (Blaufox 1989).

Die anfänglich eingesetzte radiojodmarkierte Hippursäure weist aufgrund der beinah vollständigen tubulären Sekretion nahezu ideale pharmakokinetische Eigenschaften auf. Aufgrund dieses biologischen Ausscheidungsverhaltens gilt O-Jod Hippursäure (OJH) nach wie vor als Goldstandard in der Nuklearmedizin zur Clearancebestimmung (Darstellung des gesamten renalen Plasmaflusses). Der Nachteile dieser Methode ist die Markierung mit Radiojod (Strahlenbelastung durch Beta-Komponente bei Jod 131 verbunden mit langer Halbwertszeit bzw. eingeschränkte Verfügbarkeit von alternativ verwendbarem Jod 123).

Der wichtigste Fortschritt für die breite Verfügbarkeit der Nierenszintigrafie war die Entwicklung eines Tc-99m markierbaren Tracers der in hohem Ausmaß tubulär sezerniert wird und damit ebenso eine zur Hippursäure vergleichbar hohe renale Clearance aufweist. Die Markierung mit Tc-99m verbesserte die Bildqualität der Nierenszintigramme, da Tc-99m durch seine geringe Photonenenergie (140 keV) ideal mit der Gammakamera darstellbar ist. Die fehlende Beta Komponente und die deutlich kürzere Halbwertszeit von 6 Stunden, führte zu einer insgesamt deutlich verringerten Strahlenbelastung im Vergleich zu Radiojod markierten Substanzen. Verglichen mit OJH ist bei gleicher injizierter Aktivität die Strahlenbelastung der Nieren (Organdosis) um einen Faktor 3,6 und das „Effektive Dosisäquivalent“ um den Faktor 6,2 niedriger, letzteres beträgt bei Anwendung von 100 MBq Tc-99m MAG3 ca. 0,8 mSv (Bubeck et al. 1987).

Es gibt verschiedene nuklearmedizinische Methoden um die Nieren zu untersuchen, wobei sowohl verschiedene Untersuchungsformen als auch unterschiedliche Radiopharmaka zur Verfügung stehen. Die jeweilige Fragestellung bestimmt die Untersuchungsart, den Untersuchungsablauf und das erforderliche Radiopharmakon.

Prinzipiell ist methodisch die dynamische von der statischen Nierenszintigrafie zu unterscheiden. Bei der dynamischen oder Perfusionsnierenszintigrafie werden die physiologische Durchblutung, die Sekretionsleistung und die Exkretion seitengetrennt beurteilt, zusätzlich kann die Clearance als quantitativer Parameter bestimmt werden. Der Nachweis geringfügiger Funktionsbeeinträchtigungen gelingt mit dieser Methode noch bevor die Konzentration harnpflichtiger Substanzen im Blut erhöht ist.

Bei der statischen Szintigrafie wird die Morphologie des funktionsfähigen Nierengewebes (Lage, Form und Größe) sowie etwaige Anomalien und Parenchymdefekte infolge entzündlicher, vaskulärer oder raumfordernder Prozesse einige Stunden nach Tracerapplikation dargestellt.

Zur nuklearmedizinischen Diagnostik und Beurteilung der Sekretion stehen vier Radiopharmazeutika zur Verfügung: Mit Radiojod markierte Hippursäure, Tc-99m Mercaptoacetyltriglycin (MAG3) und Tc-99m Ethylen-dicystin (EC) werden überwiegend tubulär sezerniert sowie Tc-99m Diethylen-triamin-penta-acetat (DTPA). Letzteres wird in der Beurteilung der glomerulären Filtration eingesetzt. Aufgrund der höheren Clearance der tubulär extrahierten Radiopharmaka und einem damit einhergehenden besseren Nieren zu Hintergrund Verhältnis, sollten die tubulär extrahierten Radiopharmaka dem rein glomerulär filtrierten DTPA vorgezogen werden. Vor einer Nierenlebendspende sowie nach erfolgter Nierentransplantation kann DTPA eingesetzt werden, wenn die objektive Bestimmung der glomerulären Filtrationsrate (GFR) benötigt wird (Piepsz et al. 1998; Dubovsky et al. 1999).

MAG3 ist das mit Abstand am häufigsten eingesetzte Radiopharmakon in der Nierendiagnostik. Nach intravenöser Applikation wird der Tracer in der Niere nahezu vollständig tubulär sezerniert und mit geringer parenchymaler Retention über den Urin ausgeschieden. In einem einzigen Untersuchungsgang können damit Nierenperfusion, tubuläre Sekretion und Exkretion beurteilt werden.

Das Prinzip der Nierenperfusions- und Nierenfunktionsszintigrafie ist denkbar einfach. Eine harnpflichtige Substanz wird radioaktiv markiert und intravenös appliziert. Die Anflutung, Akkumulation und Ausscheidung über die Niere werden bildlich dargestellt und können seitengetrennt ausgewertet werden. Bis auf das Achten auf eine adäquate Hydrierung ist keine besondere Vorbereitung des Patienten erforderlich. Diese erfolgt üblicherweise unmittelbar vor der Untersuchung (5–10 ml Flüssigkeit/kg Körpergewicht oral oder i.v. (Taylor et al. 2018)) um die Ausscheidung und damit verbundene Bildqualität und Aussagekraft der Untersuchung zu optimieren.

Die Untersuchung wird üblicherweise im Liegen durchgeführt. Bei Verdacht auf Wanderniere kann eine zusätzliche Untersuchung im Sitzen notwendig sein. Der Patient wird, nachdem er die Blase entleert hat, in Untersuchungsposition gebracht (Rückenlage oder sitzend) und die Kamera positioniert, sodass sich beide Nieren und die Harnblase im Blickfeld befinden. Die Aufnahmen werden bei normaler Nierentopografie von dorsal angefertigt.

Die Herausforderung bei Kindern besteht darin, ein ruhiges Liegen für die Untersuchungsdauer von ca. 30 Minuten zu gewährleisten und somit Bewegungsartefakte zu vermeiden. Aus diesem Grund wird die Untersuchung an vielen Abteilungen unter Sedierung des Kindes durchgeführt. An anderen Abteilungen hat sich die Fixation mittels einer Vakuummatratze am wachen Kind bewährt und etabliert. Meistens ist jedoch die Ablenkung und Beschäftigung mit Spielsachen oder einem Film, der während der Untersuchung vorgespielt wird, ausreichend (Mandell et al. 1997; Gordon 1998).

Die Aufnahme startet mit der i.v. Bolusinjektion des Radiopharmakons (z. B. MAG3). Die erforderliche Aktivitätsmenge wird üblicherweise dem Körpergewicht angepasst (Lassmann et al. 2009; Stabin und Gelfand 1998).

Bei den Harnabfluss betreffenden Fragestellungen kann zusätzlich Furosemid i.v. zur forcierten Diurese bereits vor dem Start der Untersuchung als auch während der Untersuchungssequenz verabreicht werden. Damit kann eine Abflussverzögerung (sog. funktionelle Harntransportstörung/Dilatationen des Abflusstraktes) von einer organisch fixierten und somit klinisch funktionell relevanten Obstruktion unterschieden werden. Je nach abteilungsüblichem Untersuchungsprotokoll und Fragestellung kann die Verabreichung von Furosemid entweder bereits 15 Minuten vor Untersuchungsbeginn (F−15), bei Untersuchungsbeginn (F+0) oder nach Verabreichung des Radiopharmakons (z. B. F+2−20) erfolgen.

Die Auswertung der Bilder erfolgt semiquantitativ. Dazu werden „region of interests“ (ROIs) über beide Nieren und der Hintergrundaktivität eingezeichnet und daraus eine Zeit- Aktivitätskurve erstellt = Nephrogramm (Abb. 1).

Zur Clearancebestimmung werden an ein bzw. besser zwei Zeitpunkten der Untersuchungssequenz (z. B. 20 und 40 Minuten nach Tracerapplikation) 2–5 ml venöses Blut entnommen und die Tracerkonzentration in counts/ml/min bestimmt. Zur Quantifizierung der Ganzkörper Clearance wird eine Ganzkörperkurve bzw. eine repräsentative extrarenale Teilkörperkurve erstellt. Die Eichung dieser Kurve erfolgt mittels Bestimmung der Tracerrestaktivität in der entnommenen Blutprobe (Taylor 2014). Mithilfe der Nephrogramme wird die prozentuale Seitenverteilung der Nierenclearance berechnet und es kann in Folge eine seitengetrennte Clearanceleistung üblicherweise genormt auf 1,73 m² Körperoberfläche errechnet werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die absolute Clearance alters- und geschlechtsabhängig ist (Abb. 2).

Das Funktionsverhältnis rechts zu links wird bis zu einer Abweichung ±5 % von 50 % als im Normbereich gewertet = (Funktionsanteil von 45–55 %).

Das Nephrogramm lässt sich in 3 Kurvenabschnitte (Funktionsphasen) unterteilen: Anflutung (Perfusion), Sekretion (Parenchymphase) und Exkretion (Harnabfluss) (Abb. 3).

Der Tracer flutet normalerweise gleichzeitig in der Aorta und in den Nieren an. In der Sekretionsphase kontrastieren sich zeitgleich beide Nieren homogen und ohne kortikale Parenchymdefekte. In dieser Zeit (zwischen der 45. und 120. Sekunde nach Tracerinjektion) werden auch die seitengetrennten Funktionsanteile ermittelt. Dazu wird die Fläche unter der Ganzkörper- und Zeitaktivitätskurve der jeweiligen Niere bestimmt und deren Verhältnisse zueinander errechnet. Anschließend erfolgt der intrarenale Transit, in dem der Tracer aus dem Parenchym ausgewaschen und im Nierenbeckenkelchsystem gesammelt wird. Das Nierenbeckenkelchsystem entleert sich in die Harnblase, wobei eine Traceranreicherung in der Harnblase normalerweise spätestens 5 Minuten nach Tracerapplikation zu beobachten ist (Abb. 4).

Die Beurteilung erfolgt zunächst visuell, wobei einerseits die Bildsequenz selbst als auch der zeitliche Aktivitätsverlauf im Nephrogramm, dargestellt als Kurve, begutachtet werden. Bei einer gesunden Niere zeigt sich in der Perfusionsphase ein steiler Anstieg der Kurve. Der Peak (Aktivitätsmaximum – Tmax) wird in der Sekretionsphase (= intrarenaler tubulosekretorischer Transport – 1.–4. Minute nach Tracerinjektion = p.i.) erreicht. In der anschließenden Exkretionsphase (Abtransport/Abfluss des Harns aus dem Nierenbecken entlang der ableitenden Harnwege üblicherweise ab 4.–6.Minute p.i.) beginnt der Kurvenabfall. Zum Endpunkt der Untersuchung sollte lediglich eine geringe Restaktivität im Nierenbecken nachweisbar sein, die Kurve nähert sich nach einem üblicherweise exponentiellen Abfall wieder der x-Achse (Abb. 5).

Bei Nierenfunktionsstörungen kommt es zu typischen Änderungen im Kurvenverlauf (Abb. 6).

A: unauffälliger Kurvenverlauf. B: eingeschränkte Nierenfunktion, im Vergleich zum Normalbefund zeigt sich initial ein geringer Kurvenanstieg und anschließend ein horizontaler Kurvenverlauf. C: Kletterkurve bei Abflussstörung; im Vergleich zum Normalbefund zeigt sich bis zum Endpunkt der Untersuchung ein Anstieg der Kurve aufgrund der fehlenden Ausscheidung. D: bei einer funktionslosen Niere entspricht der Kurvenverlauf in etwa der Ganzkörperkurve (Hintergrund) initial geringer Anstieg der Perfusion entsprechend, anschließend nähert sich die Kurve der X-Achse. Imp. = Impulsrate, min = Minute

Akut aufgetretene Harnabflussstörungen sind meist symptomatisch, chronische Obstruktionen verlaufen hingegen klinisch oft oligosymptomatisch bis stumm und sind somit häufig ein sonografischer Zufallsbefund z. B. im Rahmen einer Vorsorgeuntersuchung/Sonografie des Abdomens aus anderer Indikation heraus oder aber auch im Rahmen des intrauterinen Organscreenings (Abb. 2). Aufgabe der Szintigrafie ist es, eine funktionell wirksame Obstruktion als Ursache der sonografisch detektierten Nierenbecken-/Ureterdilatation nachzuweisen bzw. auszuschließen. Eine klinisch relevante Obstruktion ist im Nephrogramm am veränderten Kurvenverlauf und am fehlenden bzw. zumindest deutlich verzögerten Kurvenabfall, insbesondere im Vergleich zur gesunden Niere, erkennbar. Ob eine Obstruktion zusätzlich bereits zu einer Funktionseinschränkung der betroffenen Seite geführt hat, lässt sich durch die seitengetrennte Funktionsberechnung (split function) beurteilen. Sonografisch dilatierte Nierenbecken bzw. Harnleiter können jedoch auch einen unauffälligen Kurvenverlauf im Nephrogramm zeigen. Die Ursache der Dilatation ist dann nicht durch eine Obstruktion bedingt (Abb. 7).

Tc-99m Dimercaptosuccinylsäure (DMSA) ist ein Tracer der tubulär fixiert wird. Nierenanomalien (hypoplastische bzw. dystope Nieren, Doppelanlage, Hufeisennieren, Beckenniere, usw.) lassen sich in Bezug auf Lage, Ausdehnung und seitenanteilige Funktion sehr gut beurteilen und bereits kleine Parenchymdefekte und post-pyelonephritische Veränderungen sind mit einer sehr hohen Sensitivität darstellbar.

Zwei Stunden nach körpergewichtadaptierter intravenöser Injektion von DMSA werden zweidimensionale Aufnahmen von ventral und dorsal und gegebenenfalls zusätzliche Aufnahmen mit hochauflösenden Kollimatoren (sog. Pinholekollimator) und/oder eine dreidimensionale SPECT Akquisitionen angefertigt. Auch bei dieser Untersuchung ist es sehr wichtig, dass die Patienten ruhig liegen um Bewegungsartefakte zu vermeiden. Auch hier hat sich für Säuglinge und Kinder die Verwendung einer Vakuummatratze bewährt, eine Sedierung ist meist nicht erforderlich (Mandell et al. 1997).

Die Beurteilung erfolgt visuell, wobei die Größe, Lage sowie Form der Nieren über die Traceranreicherung im Nierenparenchym (homogen, inhomogen, Minderspeicherungen bis Speicherdefekte) beurteilt werden. Die Funktionsanteile der rechten bzw. linke Niere (split function) werden idealerweise aus den Aufnahmen von ventral und dorsal durch Bildung des geometrischen Mittels errechnet. Die split function kann mit der DMSA Methode insbesondere bei einem verminderten/niedrigen Funktionsanteil exakter berechnet werden als in der MAG3 Szintigrafie (Abb. 9).

Umschriebene Parenchymerkrankungen (Entzündungen, Tumoren oder Zysten) führen zu Minderspeicherungen in der DMSA Szintigrafie. Durch die Quantifizierung des Ausmaßes der Minderspeicherung und der dadurch verbliebenen seitenanteiligen Funktion lässt sich die Auswirkung der Erkrankung oder aber auch die Auswirkung einer Operation auf die zukünftige Funktion beurteilen (Clarke et al. 1996). (Abb. 10)

Eine Indikation für die Untersuchung besteht bei Verdacht auf vesikoureteralen Reflux (VUR), z. B. bei rezidivierenden Harnwegsinfekten oder auch zur Verlaufskontrolle. Die Spezifität beträgt zwar 100 %, die Sensitivität ist jedoch deutlich geringer, da der Reflux oft nur intermittierend auftritt und somit dem Szintigramm entgehen kann.

Diese Untersuchung ermöglicht die Diagnose eines VUR ohne Blasenkatheterisierung, kann direkt an die MAG3 Nierenfunktionsszintigrafie ohne zusätzliche Strahlenbelastung angeschlossen werden und ist nicht invasiv. Die indirekte MCU erlaubt eine Beurteilung unter physiologischen Bedingungen, allerdings nur während der Miktionsphase und nicht wie bei der direkten MCU auch in der Füllungsphase. Die Untersuchung wird bei auftretendem Harndrang durchgeführt und in einer dynamischen Sequenz mit kurzen Einzelaufnahmen können kleine Refluxmengen, die nur kurze Zeit in Ureter oder Nierenbeckenkelchsystem verbleiben, detektiert werden. Die Untersuchung ist jedoch erst ab einem Alter, bei dem die Blase auf Kommando entleert werden kann, sinnvoll.

Der Tracer wird (z. B. MAG 3) wird über einen Blasenkatheter instilliert, das Volumen für die Blasenfüllung wird dazu aus einer Formel berechnet, welche Alter, Größe, Gewicht und Geschlecht des Probanden berücksichtigt. Nach abgeschlossener Blasenfüllung erfolgt ein Pressversuch und anschließend wird die Miktion durchgeführt. Eine Beurteilung und Prüfung auf Reflux ist damit auch während der Füllungsphase und des Pressversuchs möglich. Damit lässt sich im Vergleich zur indirekten MCU die Anzahl der falsch negativen Befunde verringern, da ein Reflux isoliert nur in der Füllungsphase oder während des Pressversuchs auftreten kann. Die Untersuchung wird in einer dynamischen Sequenz mit kurzen Einzelaufnahmen durchgeführt um auch kleine Refluxmengen erfassen zu können (Abb. 11).

Der Nachweis eines primären Nierenzellkarzinoms mittels PET-Untersuchung ist insofern eingeschränkt, da die Großzahl der verwendeten Radiopharmaka renal ausgeschieden wird. Weiterhin zeigen Nierenzellkarzinomzellen häufig keinen, wie sonst für viele andere Malignome typisch gesteigerten Glukosestoffwechsel.

In den ersten Studien wurde berichtet, dass die diagnostische Genauigkeit von Tumorzellcharakteristika, Differenzierung und Wachstumsbedingungen abhängt. In der Diagnostik der Raumforderungen in den Nieren verursacht FDG-PET eine hohe Rate von falsch-negativen Befunden und führt zu einer Sensitivität, Spezifität und diagnostischen Genauigkeit von 47 %, 80 % und 51 % im Vergleich zur CT mit einer diagnostischen Genauigkeit von 83 % (Abb. 12).

Im Gegensatz war die diagnostische Genauigkeit für die Detektion der Fernmetastasen 94 % für FDG-PET versus 89 % für CT (Aide et al. 2003). In einer anderen Studie wurden für die Diagnostik eines suspekten oder bekannten Nierenzellkarzinoms insgesamt 90 FDG-PET-Untersuchungen durchgeführt (Kang et al. 2004). Die Autoren fanden eine Sensitivität von 60 % für FDG-PET versus 91,7 % für CT. Mehrere andere PET Radiopharmaka, wie zum Beispiel 89Zr-Bevacizumab oder 124J-Giruntuximab bzw. auch 18F-FLT, 18F-Cholin bzw. 68Ga-PSMA und zuletzt auch 68Ga-FAPI, wurden zur Diagnostik und Evaluierung des Nierenzellkarzinoms erprobt. Eine robuste Unterscheidung zwischen dem Primärtumor und dem gesunden Nierenparenchym gelingt jedoch keinem dieser neuen Ansätze. Die Stärke der PET liegt im Aufspüren bzw. im Ausschluss von Fernmetastasen oder aber auch in der Detektion von Lokalrezidiven nach vollständiger Entfernung der gesamten betroffenen Niere (Lindenberg et al. 2019; Kratochwil et al. 2019).

Einige dieser zu FDG-alternativen Ansätze bieten zusätzlich die Möglichkeit eines theragnostischen Ansatzes. Der gewählte Stoffwechselweg kann nicht nur zur Diagnostik verwendet werden (über Markierung mit einem zur Bildgebung geeigneten Radionuklid) sondern potenziell auch zur Therapie von fortgeschrittenen Erkrankungen genützt werden (Markierung mit einem Radionuklid mit Beta-Minus-Komponente z. B. 131-J oder 177-Lu) (Farolfi et al. 2020).

Mehr noch als beim Prostata- und Nierenzell-Karzinom führt die Ausscheidung von FDG durch die Nieren zu einer signifikanten Limitation der FDG-PET für die Diagnostik des primären Blasenkarzinoms. Die metabolischen Informationen der FDG-PET können jedoch als Ergänzung zur morphologischen Information einer CT die präoperative diagnostische Genauigkeit deutlich verbessern (Drieskens et al. 2005). Auch beim Blasenkarzinom ist die Stärke der FDG-PET/CT die Detektion von Rezidivformationen nach erfolgter Zystektomie sowie die Detektion und das Therapiemonitoring von Sekundärblastomen. Neue Traceransätze mittels 11C-Acetate bzw. 11-C oder 18F-Cholin werden auch hier verfolgt um alternative Bildgebungsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen (Kim 2020).