Operative und interventionelle Gefäßmedizin

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Publiziert am: 30.05.2017

PET/CT-Diagnostik in der Gefäßmedizin

Verfasst von: Walter Gross-Fengels und Isabel Lauer

Die PET (Positronen-Emissions-Tomographie) ist ein bildgebendes Verfahren, welches die räumliche Verteilung eines mit einem Positronenstrahler markierten Radiopharmakons im Organismus darstellt. Die im Vergleich zur konventionellen Gammakameratechnik höhere räumliche Auflösung beruht auf der Messung der beim Zerfall eines Positrons emittierten beiden Gammaquanten in einem engen Zeitfenster. Die derzeit erreichbare Auflösung liegt bei 4–6 mm. Moderne PET Scanner werden als kombinierte PET/CT-Geräte betrieben. Durch die sequenzielle Akquisition von CT und PET kann die räumliche Verteilung biochemischer Prozesse bzw. physiologischer und pathologischer Stoffwechselvorgänge im Organismus in ihrem anatomischen Bezug sichtbar gemacht werden. Die CT-Komponente ist außerdem zur Berechnung der Absorptionskorrektur und damit zur Quantifizierung der PET (Berechnung der Aktivitätskonzentration des Radiopharmakons im Gewebe) erforderlich. Die CT kann als hochauflösendes CT mit Kontrastmittel erfolgen und damit auch zusätzlich zum PET die Möglichkeiten einer umfassenden CT-Diagnostik ausschöpfen.

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Grundlagen
PET/CT bei Vaskulitiden
PET/CT zum Nachweis infizierter Gefäßprothesen
PET/CT zum Nachweis einer Endokarditis
Zusammenfassung

Grundlagen

Einführung

Am häufigsten wird die PET/CT mit ¹⁸ F-FDG (¹⁸F-Fluordesoxyglucose) bisher zur onkologischen Diagnostik eingesetzt. Dies beruht auf dem von Otto Warburg (1923, Ferreira 2010) beschriebenen erhöhten Glukoseverbrauch der meisten malignen Tumore. Aber auch außerhalb der onkologischen Diagnostik gibt es Indikationen in der Gefäßmedizin, Neurologie, Kardiologie und in der Darstellung entzündlicher Prozesse. Da auch die an akuten und chronischen entzündlichen Prozessen beteiligten Zellen einen gegenüber der Umgebung erhöhten Glucosestoffwechsel aufweisen, ist die PET/CT mit FDG auch für die Diagnostik septischer und aseptischer inflammatorischer Prozesse geeignet und zeigt in diesen Indikationen meist eine höhere diagnostische Genauigkeit gegenüber den anderen bildgebenden Verfahren (Irmler et al. 2010; Vaidyanathan et al. 2015).

Indikationen in der Entzündungsdiagnostik:

Nach Leitlinien empfohlene Indikationen sind die Endokarditis, Sarkoidose, die periphere Osteomyelitis, die Spondylitis und Spondylodiscitis, das Fieber unklarer Genese, die Abklärung einer Bakteriämie bzw. septischer Embolie und die Abklärung von Vaskulitiden. Weitere in Zusammenhang mit Gefäßerkrankungen wichtige – noch nicht abschließend bewertete Anwendungen – betreffen die Diagnostik vermuteter Infekte im Bereich von Gefäßimplantaten, Schrittmachern und Schrittmacherkabeln (Jamar et al. 2013).

Durchführung der FDG-PET/CT Untersuchung:

Frauen im gebärfähigen Alter sollten nach Schwangerschaft und Stillen gefragt werden. Grundsätzlich gilt, dass nuklearmedizinische Untersuchungen bei Schwangeren nur bei vitaler Indikation durchgeführt werden dürfen. Stillende Frauen sollen für 12 h Kontakt zum Kind vermeiden, um die Strahlenexposition des Kindes ausreichend zu reduzieren. Patienten sollen 4–6 h vor der Untersuchung nichts essen bzw. nur Wasser trinken, um einen niedrigen Blutzuckerspiegel bei niedriger Seruminsulinkonzentration zu gewährleisten. Eine parenterale Ernährung und glucosehaltige Infusionen müssen ebenfalls abgesetzt werden. Auf eine ausreichende Hydrierung sollte jedoch geachtet werden. Anders als in der Tumordiagnostik gibt es jedoch wohl in der Entzündungsdiagnostik bei erhöhtem Blutzuckerspiegel keinen Einfluss auf die falsch-negativ-Rate (Rabkin et al. 2010). Wenn das PET/CT mit einem diagnostischen CT mit intravenösen Kontrastmittel erfolgen soll, müssen die geltenden Einschränkungen und Kontraindikationen beachtet werden. Zur Vermeidung einer erhöhten FDG-Aufnahme in der Muskulatur und in braunem Fettgewebe sollte der Patient vor und nach der FDG-Applikation in warmer Umgebung entspannt liegen oder sitzen (Krause et al. 2007). Appliziert werden abhängig von der Sensitivität des verwendeten PET-Scanners und den Aufnahmeparametern 2,5–5,0 MBq/kg, entsprechend 175–350 MBq für einen 70 kg schweren Patienten. Der diagnostische Referenzwert in Deutschland beträgt 350 MBq, dies resultiert gemäß Medical Internal Radiation Dose (MIRD) Committee in einer effektiven Dosis von 6,7 mSv. Für diagnostische Ganzkörper-CT-Untersuchungen bei PET/CT-Untersuchungen wird ein DRW von CTDIVol = 15 mGy festgelegt (Bundesamt für Strahlenschutz 2012). Die Akquisition startet frühestens 60 min nach der Injektion. Die Akquisitionszeit beträgt in der Regel 2 min pro Bettposition, resultierend in einer Gesamtaufnahmezeit von 15–30 min. Zusätzlich zur bildlichen Rekonstruktion der Bilddaten erfolgt eine semiquantitative Auswertung – die Bestimmung des SUV (standardized uptake value). Hierbei wird die Radioaktivitätskonzentration im Gewebe bezogen auf die injizierte Aktivität und normiert durch gerätespezifische Parameter sowie Körpergewicht oder Körperoberfläche des Patienten berechnet. Alternativ kann die Stoffwechselaktivität auch durch ein visuelles Grading im Vergleich mit der physiologischen Aktivität z. B. des Blutpools oder des Leberparenchyms beurteilt werden.

Physiologische Darstellung der Gefäße im PET und bei Arteriosklerose und Aneurysmen

Während sich bei jungen gefäßgesunden Patienten kein erhöhter Glukosestoffwechsel der Gefäße im PET zeigt, steigt der FDG-Uptake der Arterien mit dem Alter durch aktive inflammatorische Prozesse im Bereich arteriosklerotischer Plaques an (Bural et al. 2008). Dabei kennzeichnen die in der CT erfassbaren Kalzifikationen und die in der PET sichtbaren Stoffwechselsteigerungen der Gefäßwände unterschiedliche Phasen der Arteriosklerose (Dunphy et al. 2005). Ein erhöhter Plaquemetabolismus korreliert mit erhöhten Biomarkern für Entzündung und Angiogenese, während sich die Plaqueverkalkung invers zur FDG-Anreicherung und Inflammationsmarkern verhält. Ein erhöhter FDG-Uptake zusammen mit schweren Gefäßverkalkungen ist prädiktiv für das Auftreten vaskulärer Ereignisse. Möglicherweise kann die FDG-PET auch genutzt werden, um die für embolische Ereignisse ursächlichen Plaques zu identifizieren (Rominger et al. 2009; Wasselius et al. 2009; Menezes et al. 2011; Davies et al. 2005).

Patienten mit erhöhter FDG-Aufnahme der Gefäßwand haben ein höheres Risiko einer Progression bei akutem Aortensyndrom und eine schlechtere Prognose bei Aortendissektion. In diesem Kontext kann die PET/CT in der Differenzierung zwischen akuter und chronischer Aortendissektion helfen (Kuehl et al. 2008; Reeps et al. 2010). Bei abdominellen Aortenaneurysmen ist der Stoffwechsel der Aortenwand symptomatischer Aneurysmen höher im Vergleich zu asymptomatischen und kann wahrscheinlich zur Risikoevaluation in Bezug auf Wachstum und Rupturgefahr beitragen (Sakalihasan et al. 2002; Courtois et al. 2013).

PET/CT bei Vaskulitiden

Vaskulitiden sind charakterisiert durch entzündliche Infiltrate der Gefäße mit nachfolgender Schädigung der Gefäßwände und werden anhand der überwiegend betroffenen Gefäßregionen in Vaskulitiden großer, mittlerer und kleiner Gefäße unterteilt. Zu den Vaskulitiden der großen Gefäße gehören die Takayasu-Arteriitis und die Riesenzellarteriitis. Zu denen der mittleren Gefäße die Polyarteriitis nodosa und das Kawasaki-Syndrom. Zu den Vaskulitiden der kleinen Gefäße werden die ANCA-Vaskulitiden (antineutrophile zytoplasmatische Antikörper) (mikroskopische Polyangiitis, Granulomatose mit Polyangiitis (Morbus Wegener), eosinophile Granulomatose mit Polyangiitis (Churg-Strauss)) und die nicht ANCA-assoziierten Immunkomplexvaskulitiden gezählt (Herold et al. 2012; Jennette et al. 2013).

Takayasu-Arteriitis und Riesenzellarteriitis

Die Takayasu-Arteriitis (TA) ist eine granulomatöse Erkrankung der Aorta und ihrer Hauptäste, betroffen sind vor allem Frauen vor dem 40. Lebensjahr, die Erkrankung tritt in Asien und Südamerika häufiger als in Europa auf. Als Manifestationen am Gefäßsystem treten segmentale Stenosen und Gefäßverschlüsse, Dilatationen und Aneurysmata auf. Kriterien für das Vorliegen einer Takayasu-Arteriitis sind ein Patientenalter <40 Jahre, eine Claudicatio intermittens v. a. der Arme, eine abgeschwächte Pulsation der A. radialis und/oder der ulnaris, eine systolische RR-Differenz >10 mmHg zwischen beiden Armen, auskultierbare Gefäßgeräusche der A. subclavia oder der Aorta und typische Gefäßveränderungen in der Angiographie. Das Vorliegen von 3 dieser 6 Kriterien macht das Vorliegen einer TA wahrscheinlich (Röther et al. 2012).

Die Riesenzellarteriitis (RZA) ist eine granulomatöse Arteriitis der Aorta und ihrer Äste mit einer Prädilektion für die extrakraniellen Äste der A. carotis (Arteriitis temporalis). Sie betrifft meist Patienten jenseits des 50. Lebensjahres und ist häufig mit einer Polymyalgia rheumatica assoziiert. Die RZA ist die häufigste Form der Vaskulitis bei älteren Patienten in Nordeuropa. Kriterien für die Diagnose einer RZA sind ein Patientenalter >50 Jahre, neu aufgetretene Kopfschmerzen, Verdickung, Druckschmerz oder Pulsation der Temporalarterien, eine BSG >50 mm in der ersten Stunde und eine histopathologisch veränderte Temporalarterie. 3 von 5 Kriterien sprechen für eine RZA.

Die definitive Diagnose einer TA oder RZA kann schwierig sein, vor allem wenn unspezifische Symptome wie Fieber, Abgeschlagenheit und Gewichtsabnahme im Vordergrund stehen. Laborchemisch zeigen sich eine erhöhte BSG, ein erhöhtes CRP, evtl. eine Leukozytose und Anämie. Zu Beginn der Erkrankung kann allerdings die BSG auch noch normal sein und die allgemeinen Entzündungsparameter sind nur mit Einschränkung zur Verlaufskontrolle unter Therapie zu werten. Nicht selten ist eine RZA Ursache eines Fiebers unklarer Genese. Die RZA kann, anders als die TA, wenn sie typischerweise mit einem Befall der extrakraniellen Arterien einhergeht, durch eine Farbdoppleruntersuchung bzw. eine Temporalarterienbiopsie nachgewiesen werden, die den Goldstandard in der Diagnostik der RZA darstellt. Problematisch ist für RZA eine falsch-negativ-Rate der Temporalbiopsie von 15–40 % durch einen diskontinuierlichen Befall der A. temporalis und durch die Beteiligung extrakranieller Gefäße (in Studien wird der Befall extrakranieller Gefäße zwischen 30 und 74 % angegeben). Für die Diagnose der TA wird in der Regel die CT-Angiographie bzw. die MRT eingesetzt, um die Stenosen und das Wandödem der betroffenen Gefäße darzustellen.

In der PET/CT mit ¹⁸FDG stellt sich die Vaskulitis typischerweise mit einem homogen erhöhten Traceruptake in der Wand der betroffenen Gefäße dar (Abb. 1). Die Sensitivität und Spezifität für den Nachweis der Großgefäßvaskulitiden lagen in Studien zwischen bei 90 bzw. 98 % für die RZA (Besson et al. 2011; Cavalcanti Filho 2011), und jeweils 84 % bei der TA (Tezuka et al. 2012). In der Regel wird die Leber in der visuellen bzw. semiquantitativen Analyse als Referenz gewählt. Ein FDG-Uptake höher oder gleich der FDG-Aufnahme der Leber spricht mit hoher Spezifität für eine Vaskulitis. Eine erhöhte Glucoseaufnahme der Gefäße kann auch durch arteriosklerotische Veränderungen bedingt sein, in der Regel ist hier jedoch der Uptake geringer als der Leberuptake und betrifft nicht homogen den gesamten Gefäßverlauf. Eine weitere mögliche Methode zur Quantifizierung ist der Vergleich der Glucoseaufnahme der Gefäßwand mit dem Uptake des venösen Blutpools (Walter et al. 2005; Soussan et al. 2015; Puppo et al. 2014).

Durch die verbesserte physikalische Auflösung der neueren PET-Systeme können neben der Aorta und ihren Abgängen mittlerweile auch die mittleren Gefäße bis in die Extremitäten hinein dargestellt werden, aufgrund der hohen physiologischen FDG-Aufnahme der grauen Hirnsubstanz allerdings nicht die in unmittelbarer Hirnnähe gelegenen Arterien (Abb. 2). Der FDG-Uptake nimmt im Verlauf der Therapie unter Cortison oder anderen Immunsuppressiva ab, so dass die Sensitivität unter immunsuppressiver Behandlung eingeschränkt ist, andererseits die PET aber auch zur Kontrolle der Effektivität einer Therapie und zur Beurteilung der Krankheitsaktivität dienen kann (Meller et al. 2003; Bertagna et al. 2010).

Polyarteriitis nodosa und Kawasaki-Syndrom

Die Polyarteriitis nodosa (PAN) stellt sich im FDG-PET durch einen erhöhten Traceruptake in den mittleren Arterien dar, in der Regel in den Extremitäten durch den hier geringen Untergrund am besten sichtbar (Abb. 2). In der Literatur gibt es bisher nur einzelne Fallbeschreibungen oder in Studien zu Vaskulitis oder Fieber unklarer Genese kleine Untergruppen mit geringen Fallzahlen (Taniguchi et al. 2011; Bleeker-Rovers et al. 2003). Es existieren zurzeit keine systematischen Studien zur diagnostischen Einordnung der PET bei dieser Erkrankung. Neben der Diagnose der Vaskulitis durch Nachweis eines erhöhten Uptakes der betroffenen Gefäßregionen besteht auch die Möglichkeit, die Effektivität der Therapie durch das PET zu belegen. Zur PET beim Kawasaki-Syndrom existieren bis jetzt keine Literaturdaten.

Andere Vaskulitiden

Granulomatose mit Polyangiitis (Morbus Wegener)

Die Wegenersche Granulomatose (GPA) ist gekennzeichnet durch eine nekrotisierende Vaskulitis der kleinen bis mittelgroßen Gefäße mit Granulomen überwiegend im Bereich des Respirationstraktes und in 80 % mit Beteiligung der Nieren. Auch andere Organbeteiligungen sind möglich (u. a. Gelenke, Muskeln, Augen, ZNS). So zeigten in einer Studie Patienten mit GPA einen erhöhten FDG-Uptake in der Aorta, insbesondere die Patienten mit Nierenbeteiligung (Kemna et al. 2015). In 3 weiteren Studien mit jeweils geringer Fallzahl (zwischen 8 und 13) zeigte die PET/CT Vorteile gegenüber der konventionellen Diagnostik durch die bessere Darstellung der Krankheitsaktivität und -ausdehnung in weitere Organe wie Gefäße, Milz, Nebennieren oder Parapharyngealraum. Häufig konnte die günstigste Biopsiestelle gefunden werden sowie das therapeutische Ansprechen besser dargestellt werden (Nelson et al. 2015; Ito et al. 2013; Ozmen et al. 2013). Der SUVmax der Läsionen liegt in einem hohen Bereich, in dem ohne Biopsie nicht zwischen benignen inflammatorischen und malignen Prozessen unterschieden werden kann. Ein Beispiel zeigt Abb. 3.

PET/CT zum Nachweis infizierter Gefäßprothesen

Gefäßprotheseninfekte (GPI) sind zwar eine seltene Komplikation (Inzidenz zwischen 1 und 6 %), beinhalten aber ein hohes Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko. Eine rasche und zuverlässige Diagnose ist von großer klinischer Bedeutung bei dieser Erkrankung. Die in der CT sichtbaren Zeichen wie periprothetische Luft- oder Flüssigkeitsansammlung bzw. Weichteilvermehrung und Kontrastmittelaufnahme erscheinen erst in späteren Stadien bzw. bei ausgeprägten Infektionen. Andererseits kann die Infektion durch einen erhöhten Glucose-Metabolismus frühzeitiger entdeckt werden (Bruggink et al. 2010). Die Bewertung einer erhöhten FDG-Aufnahme allein als infektverdächtig führt jedoch zu einer hohen Rate an falsch positiven Scans, denn diese ist häufig durch eine sterile Entzündung im Sinne einer Fremdkörperreaktion bedingt. Falsch positive Ergebnisse führen zu unnötigen chirurgischen Eingriffen, eine falsch negative Diagnostik kann zu einer lebensbedrohenden Verzögerung einer adäquaten Therapie führen (Sah et al. 2015).

Keidar et al. (2014) wertete FDG-PET-Untersuchungen bei Tumorpatienten ohne GPI hinsichtlich des Anreicherungsverhaltens verschiedener Gefäßprothesen aus. Nur 5 % der ynthetischen Gefäßprothesen zeigten keine erhöhte FDG-Aufnahme. Überwiegend zeigte sich ein homogen erhöhter FDG-Uptake, bei Dacron-Prothesen gegenüber GoreTex-Prothesen häufiger ein inhomogener Uptake. Keine der Gefäßprothesen zeigte einen fokal erhöhten Uptake. Nur die autologen Venenbypässe zeigten eine Abnahme des Uptake mit wachsendem zeitlichem Abstand zur OP, die synthetischen Gefäßprothesen wiesen auch Jahre (in dieser Studie bis 16 Jahre) nach der OP keinen Rückgang des Traceruptake auf. Sah et al. (2015) erarbeiteten in einer prospektiven PET/CT-Studie mit 34 Patienten Kriterien, welche für einen Protheseninfekt sprechen:

Ein inhomogen erhöhter Uptake von weniger als dem doppelten des Blutpools in der Aorta ascendens spricht gegen einen Infekt.
Ein fokal erhöhter Uptake oder ein intensiv erhöhter homogener Uptake sprechen für einen Protheseninfekt.

Als Cut-off zwischen infizierten und nicht-infizierten Prothesen wurde ein SUVmax von 3,8 ermittelt. Mit diesen Kriterien wurden eine Sensitivität von 100 % und eine Spezifität von 86 % erreicht. Ein zusätzlicher Vorteil der FDG-PET/CT war die Diagnose anderer Infektionsherde als Ursache für die klinische Symptomatik. Spacek et al. (2009) führten ebenfalls eine prospektive Studie mit 76 Patienten durch. In dieser wurde ein fokaler FDG-Uptake und eine unscharfe Begrenzung der Prothese in der CT als signifikante Kriterien definiert. Abb. 4 zeigt einen Gefäßprotheseninfekt nach Aorta-ascendens-Ersatz.

PET/CT zum Nachweis einer Endokarditis

Die Diagnose einer Endokarditis stützt sich auf klinische Daten, Laborwerte, Blutkulturen und insbesondere die Ergebnisse der Echokardiographie. Im Vergleich mit der Diagnose der Endokarditis einer nativen Herzklappe ist diese bei einer Klappenprothese deutlich schwieriger zu stellen. Hier weisen die transthorakale Echokardiographie (TTE) und die transösophageale Echokardiographie (TEE) einen geringeren diagnostischen Wert auf. Einige Studien zeigten in diesem Kontext gute Resultate für die Entzündungsdiagnostik mit SPECT/CT (¹¹¹In-Oxin-markierte autologe Leukozyten oder ^99mTc-hexamethylpropyleneamine-Oxin-markierte autologe Leukozyten) bzw. PET/CT (mit ¹⁸F-FDG) (Bruun et al. 2014). Dabei soll auch das PET/CT entsprechend den Leitlinien der ESC (European Society of Cardiology) dann eingesetzt werden, wenn nach wiederholter Durchführung von Blutkulturen und Echokardiographie der Verdacht auf eine Prothesenendokarditis bestehen bleibt. Einerseits kann durch diese Verfahren der Infekt im Bereich der Kunstklappe selbst dargestellt werden (Abb. 5), andererseits die periphere septische Embolie in der Ganzkörperdarstellung (ESC Guidelines 2015). Hierbei ist die PET/CT mit FDG (im Gegensatz zur MRT) für die Darstellung septischer Embolie im Hirn aufgrund der hohen physiologischen Traceraufnahme im Hirn nicht geeignet. Limitiert ist die PET/CT in der frühen postoperativen Phase aufgrund postoperativer Entzündungs- bzw. Heilungsprozesse und einer möglichen Fremdkörperreaktion. Deshalb soll die PET/CT frühestens 3 Monate postoperativ erfolgen. Die Szintigraphie mit radioaktiv markierten Leukozyten scheint eine höhere Spezifität zu bieten, allerdings mit den Nachteilen einer schlechteren räumlichen Auflösung, eines deutlich höheren zeitlichen Aufwandes und der aufwendigen radiopharmazeutischen Blutzellmarkierung.

Zusammenfassung

Durch das PET/CT kann die Diagnose einer Prothesenklappenendokarditis oder Vaskulitis gesichert werden.
Das PET/CT hat bei Patienten mit arteriosklerotischen Gefäßveränderungen eine prognostische Bedeutung.
Das PET/CT erlaubt bei Patienten mit entzündlichen Gefäßveränderungen eine Überprüfung des medikamentösen Therapieerfolges.
Bei Patienten mit einer fraglichen Gefäßprothesen- oder Stentgraftinfektion kann das PET/CT wesentliche Informationen zur Diagnose und Differenzialdiagnose liefern.

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