Wolf-Dieter Heiss

Preoperative activation and intraoperative stimulation of language-related areas in patients with glioma

OBJECTIVE Evaluation of the accuracy of preoperative localization of language-related cortex by magnetic resonance imaging-guided positron emission tomography. METHODS Patients with gliomas in the left dominant hemisphere were examined preoperatively with magnetic resonance imaging-guided positron emission tomography and intraoperatively by electrical stimulation of cortex. RESULTS A verb generation task yielded more intense and better lateralized local increases of cerebral blood flow in the positron emission tomographic examination than did a naming task. Significant correspondence of preoperative and intraoperative findings was observed for the verb generation task. Cortical sites with aphasic disturbance during electrical stimulation had a significantly higher cerebral blood flow increase during preoperative activation than did sites without intraoperative language impairment. Areas with cerebral blood flow increases above an optimum threshold had 73% sensitivity and 81% specificity to predict aphasic disturbance during intraoperative stimulation. CONCLUSION The data suggest that with further technical improvements, imaging of language function may become a preoperative diagnostic tool for patients with tumors close to language-related brain structures.

Modelle zur Quantifizierung von PET-Messungen

PET ermoglicht, quantitativ radioaktiv markierte Molekule im lebenden Organismus von ausen zu verfolgen. Um aus den gemessenen Aktivitatsverteilungen und ihrem zeitlichen Verlauf die interessierenden Grosen wie z. B. regionale Durchblutung, Stoffwechselrate oder Rezeptordichte zu extrahieren, ist es im allgemeinen notwendig, die komplizierten physiologischen und biochemischen Vorgange modellmasig so zu vereinfachen, das sie durch einfache, losbare mathematische Gleichungen beschrieben werden konnen. Dabei darf das Modell nur so viele unbekannte Parameter haben, wie durch die Mesdaten und eventuell zusatzlich vorliegende Information eindeutig bestimmt werden konnen. Dies ist zwar trivial und selbstverstandlich, hat jedoch die Konsequenz, das es nur sehr wenige praktisch anwendbare Modelle in der PET gibt, die hinreichend validiert werden konnten.

Klinische Anwendungen der PET

Fur Untersuchungen physiologischer Parameter und deren pathologische Veranderungen hat die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) in der Hirnforschung und in der Neurologie breiteste Anwendung gefunden. Dies ist — wie bei der Rontgen-Computer-Tomographie — auch an der historischen Entwicklung der PET abzulesen, wo erste Anwendungen am Menschen Untersuchungen des Gehirns betrafen (Ter-Pogossian et al. 1975). Fur die klinische Neurologie hat die PET in den letzten Jahren breitere Bedeutung und Anwendung in vielen Zentren gefunden, wahrend klinische Untersuchungen des Herzens noch auf wenige Zentren beschrankt waren und Studien in anderen Organen oder speziellen Krankheitsgruppen noch im praklinischen, mehr experimentellen Bereich liegen (Ubersicht in Heiss et al. 1987a).

Chemische Grundlagen, Strahlenschutz

Die chemischen Aspekte der PET sind in einer Reihe von Ubersichten dargestellt worden (Stocklin 1987, Fowler et al. 1986a, Wolf et al. 1985, Barrio 1986). Bei Fowler und Wolf (1982) z. B. finden sich schon ca. 250 mit den Positronenstrahlern 11C, 18F und 13N markierte Verbindungen aufgelistet. Diese Zahl hat sich bis heute fast verdreifacht, eine erheblich geringere Anzahl hat jedoch tatsachlich Eingang in die diagnostische Praxis gefunden.

Produktion der Radionuklide und Herstellung markierter Verbindungen

Der Stand der Technik zur 15O-Produktion ist kurzlich zusammenfassend dargestellt worden (Clark et al. 1987). Die weitaus meist verwendete Kernreaktion zur Darstellung von 15O ist die 14N(d,n) 15O-Reaktion. Da sie keine Schwellenenergie hat, konnen auch Beschleuniger mit niedriger Deuteronenenergie vollig ausreichende Aktivitatsmengen an 15O erzeugen. Reine Protonenbeschleuniger mussen dagegen auf die 15N (p,n) 15O-Reaktion zuruckgreifen, die ein angereichertes Nuklid als Targetmaterial benotigt. Eine Ruckgewinnung ist technisch sehr aufwendig oder sogar (bei direkter on-line Beatmung des Patienten) unmoglich. Die Anregungsfunktion der Deuteronenreaktion zeigt, das niedrige Deuteronenenergien vorzuziehen sind, um die Produktion von anderen Nukliden (13N, 11C) moglichst zu unterdrucken. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit des 15O konnen nur einfache Verbindungen durch Festphasenumsetzung oder sehr schnelle Chemie hergestellt werden. Weiterhin kann mit einer Synthese aus dem gleichen Grund nur eine Patientenmessung durchgefuhrt werden. Die maximal applizierten Aktivitaten liegen bei 50–100 mCi. Mit den beschriebenen Verfahren konnen Aktivitaten bis zu 500 mCi bei Bestrahlungsende ohne Schwierigkeiten produziert werden.