Positronen-Emissions-Tomographie
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 4. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Die Positronen-Emissions-Tomographie stellt ein nuklearmedizinisches Diagnoseverfahren zur Bewertung stoffwechselbezogener Prozesse innerhalb des menschlichen Organismus dar. Das Verfahren kommt vor allem in der Onkologie, Kardiologie und Neurologie zum Einsatz.
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Was ist die Positronen-Emissions-Tomographie?
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein bildgebendes Diagnoseverfahren der Nuklearmedizin, mit dessen Hilfe metabolische Abläufe (Stoffwechselprozesse) des menschlichen Organismus dargestellt werden können.
Hierzu werden mithilfe von radioaktiv markierten Biomolekülen (Radiotracer bzw. Radiopharmaka) und einer speziellen Kamera Schnittbilder produziert, die der Beurteilung der jeweils vorliegenden Fragestellung dienen. Das Verfahren wird insbesondere in der Onkologie, Kardiologie und Neurologie eingesetzt.
Da die Positronen-Emissions-Tomographie die Stoffwechselprozesse des Organismus funktional abbildet, wird diese in vielen Fällen mit einer Computertomographie (PET/CT), die zusätzliche morphologische bzw. anatomische Informationen liefert, kombiniert.
Das Besondere des Verfahrens liegt darin, dass nicht die Gestalt eines Organs abgebildet wird, sondern seine Tätigkeit. Eine Computertomographie zeigt, wo etwas liegt und wie groß es ist; die Positronen-Emissions-Tomographie zeigt, wie stark ein Gewebe einen bestimmten Stoff aufnimmt oder umsetzt. Beide Fragen ergänzen einander, beantworten aber Verschiedenes. Deshalb kann ein Herd im Stoffwechselbild auffallen, bevor er seine Umgebung verdrängt, während umgekehrt eine bereits sichtbare Veränderung stoffwechselarm sein kann, wie es für Narbengewebe nach einer abgeschlossenen Behandlung typisch ist.
Wie allen Verfahren der Nuklearmedizin liegt auch der Positronen-Emissions-Tomographie das Tracerprinzip zugrunde: Eine Substanz, die der Körper an einer bestimmten Stelle aufnimmt oder umbaut, wird mit einem radioaktiven Atom versehen und in so geringer Menge verabreicht, dass sie den Vorgang, den sie sichtbar machen soll, selbst nicht verändert. Gemessen wird die Strahlung dieses Atoms. Von der Szintigraphie und von der Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie unterscheidet sich das Verfahren durch die Art der verwendeten Atome und dadurch, auf welchem Weg der Ursprungsort der Strahlung bestimmt wird.
Die dafür eingesetzten Nuklide senden ein Positron aus, das Gegenstück des Elektrons mit umgekehrter Ladung. Im Gewebe kommt ein solches Positron nur eine sehr kurze Strecke weit. Trifft es dort auf ein Elektron, löschen sich beide Teilchen gegenseitig aus, und ihre Masse geht vollständig in Strahlung über. Dabei entstehen zwei Gammaquanten gleicher Energie, die den Ort des Geschehens in nahezu entgegengesetzter Richtung verlassen. Genau darauf beruht die Ortsbestimmung: Sprechen zwei einander gegenüberliegende Detektoren im selben Augenblick an, muss der Ursprung auf der Verbindungslinie zwischen ihnen liegen. Aus sehr vielen solcher Linien berechnet ein Rechner, wie die Aktivität im Körper verteilt ist.
Aus demselben Vorgang ergibt sich auch eine Grenze der Bildschärfe. Erfasst wird nicht der Ort, an dem das Nuklid saß, sondern der Ort, an dem das Positron auf ein Elektron traf, und dazwischen liegt eine kurze Wegstrecke. Hinzu kommt, dass die beiden Quanten nicht exakt, sondern nur annähernd in entgegengesetzte Richtungen auseinanderlaufen. Beides begrenzt die Auflösung unabhängig davon, wie fein die Detektoren gebaut sind. Sehr kleine Herde können der Darstellung deshalb entgehen oder in ihrer Aktivität zu niedrig erscheinen.
Die Detektoren selbst bestehen aus Kristallen, die auftreffende Gammastrahlung in einen kurzen Lichtblitz umwandeln, und aus lichtempfindlichen Bauteilen, die diesen Blitz in ein elektrisches Signal übersetzen. Sie sind ringförmig um die Liege angeordnet, sodass der gesamte Umfang gleichzeitig erfasst wird und der Ring sich nicht wie eine Kamera um den Körper drehen muss. Neuere Geräte werten zusätzlich den winzigen Zeitunterschied aus, mit dem die beiden Quanten an den gegenüberliegenden Ringabschnitten eintreffen, und grenzen damit den Entstehungsort auf der Verbindungslinie weiter ein.
Die verwendeten Nuklide sind kurzlebig, und das bestimmt den gesamten Betrieb. Das am häufigsten eingesetzte Fluor-18 verliert binnen knapp zwei Stunden die Hälfte seiner Aktivität; es entsteht in einem Teilchenbeschleuniger und lässt sich noch über eine gewisse Entfernung ausliefern. Nuklide wie Kohlenstoff-11, Stickstoff-13 oder Sauerstoff-15 sind erheblich kurzlebiger und müssen unmittelbar am Ort der Anwendung hergestellt werden. Gallium-68 wiederum lässt sich aus einem Generator gewinnen, der über längere Zeit im Haus verbleiben kann. Daraus folgt zweierlei: Der Körper ist der zugeführten Aktivität nur für begrenzte Zeit ausgesetzt, und Termine sind wenig verschiebbar, weil das Präparat auf die Stunde genau bereitgestellt wird.
Die Positronen-Emissions-Tomographie ist ein vergleichsweise junges Verfahren. Ihre physikalischen Grundlagen waren früh bekannt, doch erst leistungsfähige Rechner, ausreichend empfindliche Detektorkristalle und die Verfügbarkeit kurzlebiger Nuklide aus eigenen Teilchenbeschleunigern machten sie im Alltag einsetzbar. Über lange Zeit blieb sie deshalb auf Forschungseinrichtungen und wenige Zentren beschränkt. Breiteren Eingang in die Krankenversorgung fand sie erst mit der Zusammenführung von Positronen-Emissions-Tomographie und Computertomographie in einem einzigen Gerät: Beide Aufnahmen entstehen dann in derselben Lagerung unmittelbar nacheinander, sodass sich Stoffwechselbild und anatomisches Bild ohne nachträgliches Zurechtrücken übereinanderlegen lassen. Seither ist auch die Zahl der verfügbaren Tracer gewachsen, und damit hat sich der Kreis der Fragestellungen erweitert, für die das Verfahren überhaupt in Betracht kommt.
Funktion, Wirkung & Ziele
Die Positronen-Emissions-Tomographie wird insbesondere zur Diagnose und Früherkennung von Tumorerkrankungen wie Prostatakrebs, Schilddrüsen- und Bronchialkarzinomen, Meningeomen sowie Pankreastumoren eingesetzt.
Darüber hinaus dient das Verfahren der Überprüfung des Erfolgs einer Krebstherapie und der Feststellung von möglichen Metastasen (Tochtergeschwulsten). Innerhalb der Neurologie können mithilfe der Positronen-Emissions-Tomographie verschiedene Beeinträchtigungen des Gehirns (u.a. Morbus Parkinson, Chorea Huntington, niedrig maligne Gliome, Feststellung des auslösenden Herdes bei Epilepsie) diagnostiziert und differenzialdiagnostisch von anderen Erkrankungen abgegrenzt werden.
Zudem ermöglicht eine Positronen-Emissions-Tomographie eine Beurteilung demenziell bedingter Degenerationsprozesse. Über die Visualisierung der Herzmuskeldurchblutung und des Sauerstoffverbrauchs des Herzmuskels können innerhalb der Kardiologie die Herzfunktion überprüft und beispielsweise koronare Durchblutungsstörungen oder noch lebensfähiges Herzmuskelgewebe nach einem Herzinfarkt festgestellt werden. Hierzu wird der betroffenen Person in Abhängigkeit vom Zielorgan ein spezifischer Radiotracer (beispielsweise radioaktiv markierter Traubenzucker bei Verdacht auf eine Tumorerkrankung) intravenös in den Arm injiziert.
Nach etwa einer Stunde (50 bis 75 Minuten) hat sich dieser über den Blutkreislauf in den Zielzellen verteilt, so dass die eigentliche Messung stattfinden kann. Zerfällt der Radiotracer, werden Positronen (positiv geladene Teilchen) frei, die nach kurzer Wegstrecke im Gewebe mit einem Elektron zerstrahlen und dabei zwei in entgegengesetzte Richtungen ausgesandte Gammaquanten freisetzen, die von ringförmig angeordneten Detektoren aufgezeichnet werden. Diese Informationen werden an einen Computer übermittelt, der die erhaltenen Daten zu einem genauen Bild verarbeitet.
Abhängig vom Metabolismus der spezifischen Zellen werden die radioaktiv markierten Biomoleküle unterschiedlich stark absorbiert. Die Zellareale, die einen erhöhten Stoffwechsel und entsprechend eine gesteigerte Absorption des Radiotracers aufzeigen (u.a. Tumorzellen), heben sich im computergenerierten Bild durch ein verstärktes Leuchten von den umliegenden Gewebebereichen ab, wodurch eine detaillierte Beurteilung von Ausprägung, Stadium, Lokalisierung und Ausdehnung der spezifisch vorliegenden Erkrankung ermöglicht wird. Während der Untersuchung liegt die betroffene Person möglichst ruhig auf einer Liege, um die Aussagekraft des Untersuchungsergebnisses zu erhöhen.
Da Muskelaktivität ebenfalls zu einer erhöhten Aufnahme des Radiotracers, insbesondere Traubenzucker, führen kann, kann gegebenenfalls zur Vermeidung von Stress oder Anspannung ein Beruhigungsmittel zum Einsatz kommen. Im Anschluss an die Positronen-Emissions-Tomographie wird zudem intravenös ein harntreibendes Mittel verabreicht, um eine zeitnahe Ausscheidung des Radiotracers sicherzustellen. Zudem sollte der Organismus mit ausreichend Flüssigkeit versorgt werden. In aller Regel wird die Positronen-Emissions-Tomographie mit einer Computertomographie verknüpft, die eine genauere und detailliertere Bewertung ermöglicht und die Dauer der Untersuchung reduziert.
Welche Frage eine Untersuchung beantworten kann, entscheidet sich mit der Wahl des Radiotracers. Der gebräuchlichste ist ein mit Fluor-18 markierter Abkömmling des Traubenzuckers. Er wird von den Zellen wie gewöhnlicher Zucker aufgenommen und im ersten Schritt ebenso umgesetzt, kann danach jedoch nicht weiter abgebaut werden und bleibt in der Zelle liegen. Weil viele Tumoren mehr Zucker verbrauchen als das umgebende Gewebe, reichern sie ihn an und heben sich vom Hintergrund ab. Andere Tracer zielen nicht auf den Zuckerverbrauch, sondern auf ein Merkmal der Zelloberfläche: Für das Prostatakarzinom stehen Substanzen zur Verfügung, die an ein für dieses Gewebe kennzeichnendes Eiweiß binden, für neuroendokrine Tumoren solche, die bestimmte Bindungsstellen für Botenstoffe ansteuern. In der Neurologie werden Tracer verwendet, die krankhafte Eiweißablagerungen im Gehirn oder den Zustand einzelner Nervenzellverbände sichtbar machen, in der Kardiologie solche, die die Durchblutung des Herzmuskels abbilden.
Der Vorbereitung kommt größere Bedeutung zu als bei den meisten anderen bildgebenden Verfahren, weil der Tracer in einen laufenden Stoffwechselvorgang eingreift. Vor einer Untersuchung mit markiertem Traubenzucker wird eine Nahrungspause eingehalten und der Blutzucker bestimmt; ist er deutlich erhöht, konkurriert der körpereigene Zucker mit dem Tracer, und das Bild verliert an Aussagekraft. Für Menschen mit Diabetes mellitus wird der Termin deshalb besonders abgestimmt. Nach der Injektion wartet die untersuchte Person ruhig und warm zugedeckt: Sprechen, Kauen und Bewegung führen dazu, dass sich der Tracer in den beanspruchten Muskeln sammelt, Kälte dazu, dass er sich im braunen Fettgewebe an Hals und Schultern anreichert. Beides kann die Beurteilung erschweren.
Für die Auswertung wird die Anreicherung nicht nur betrachtet, sondern auch beziffert. Ein gebräuchliches Maß setzt die in einem Bezirk gemessene Aktivität ins Verhältnis zur verabreichten Menge und zum Körpergewicht und erlaubt so einen groben Vergleich zwischen zwei Untersuchungen desselben Patienten. Verlässlicher als der absolute Wert ist häufig der Vergleich mit einem Bezugsgewebe, etwa der Leber, weil Gerät, Wartezeit und Auswertungsverfahren die Zahlen beeinflussen. Aus demselben Grund werden Verlaufskontrollen möglichst am selben Gerät und unter gleichen Bedingungen vorgenommen.
Die Grenzen des Verfahrens liegen dort, wo Stoffwechselaktivität und Bösartigkeit auseinanderfallen. Entzündetes Gewebe, frische Operationsnarben, bestrahlte Bezirke und abwehrbedingt aktivierte Lymphknoten nehmen den Tracer ebenfalls auf und können einen Tumor vortäuschen. Umgekehrt bleiben Geschwülste mit geringem Zuckerverbrauch unauffällig, ebenso sehr kleine Herde. Auch die regelhafte Verteilung muss bekannt sein: Gehirn, Herzmuskel, Nieren und ableitende Harnwege sowie Abschnitte des Darms zeigen von sich aus eine kräftige Anreicherung, ohne dass etwas krankhaft wäre. Die Beurteilung setzt daher voraus, dass der Befunder das normale Bild sicher kennt.
Weil es für die Beurteilung so sehr darauf ankommt, eine Anreicherung der richtigen anatomischen Struktur zuzuordnen, wird die Positronen-Emissions-Tomographie heute kaum noch für sich allein betrieben. Die Computertomographie liefert das anatomische Gerüst, in das die Aktivitätsverteilung eingepasst wird, und dient zugleich der rechnerischen Korrektur jener Schwächung, die die Gammastrahlung auf ihrem Weg durch den Körper erfährt. Für einzelne Fragestellungen wird stattdessen die Verbindung mit der Magnetresonanztomographie gewählt, die Weichteile besser voneinander trennt und ohne zusätzliche Röntgenstrahlung auskommt.
Ob eine solche Untersuchung überhaupt vorgenommen wird, ist keine reine Ermessensfrage. Das Strahlenschutzrecht verlangt, dass ein dafür fachkundiger Arzt im Einzelfall prüft, ob der zu erwartende Nutzen die Strahlenexposition überwiegt und ob nicht ein Verfahren ohne ionisierende Strahlung dieselbe Frage beantworten könnte. Diese Feststellung geht der Untersuchung voraus und wird festgehalten.
Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren
Bei schwangeren Frauen ist eine Positronen-Emissions-Tomographie aufgrund der Strahlenexposition, auf die das ungeborene Kind in aller Regel empfindlich reagiert, kontraindiziert. Selten kann eine allergische Reaktion auf die eingesetzten Radiopharmaka beobachtet werden, die sich anhand von Übelkeit, Erbrechen, Hautausschlag, Juckreiz sowie Atemnot manifestieren kann. In sehr seltenen Fällen können zudem Kreislaufbeschwerden festgestellt werden. Im Bereich der Einstichstelle der Injektionsnadel kann es zudem zu einem Bluterguss kommen.
Sehr selten werden durch die Injektion Infektionen, Nachblutungen oder Verletzungen der Nerven bedingt. Der Einsatz einer harntreibenden Substanz im Anschluss an die Positronen-Emissions-Tomographie kann einen Abfall des Blutdruckes und bei Beeinträchtigungen des Harnabflusses Koliken (spastische Kontraktionen) hervorrufen.
Sollte ein krampflösendes Arzneimittel zur Anwendung kommen, kann sich ein Grüner Star zeitweise verschlechtern; außerdem können Mundtrockenheit und Beschwerden beim Urinieren auftreten. Im Vorfeld der Positronen-Emissions-Tomographie applizierte Glucose oder Insulin können eine vorübergehende Über- bzw. Unterzuckerung bei Diabetikern verursachen.
Wird die Untersuchung mit einer Computertomographie verbunden, tragen zwei Anteile zur Strahlenexposition bei: der Tracer und die Röntgenstrahlung des Geräts. Wie hoch der zweite Anteil ausfällt, hängt davon ab, ob die Computertomographie lediglich der Zuordnung und der Schwächungskorrektur dient oder ob sie zusätzlich als vollwertige Untersuchung gefahren wird. Kommt dabei jodhaltiges Kontrastmittel zum Einsatz, sind dessen eigene Gesichtspunkte zu beachten, insbesondere die Leistung der Nieren, eine bekannte Überfunktion der Schilddrüse und frühere Unverträglichkeiten.
Weil die untersuchte Person nach der Injektion für einige Zeit selbst eine schwache Strahlenquelle ist, werden ihr für die Zeit danach Verhaltenshinweise mitgegeben. Üblich ist der Rat, engeren Kontakt zu Schwangeren und zu kleinen Kindern für den vom Personal genannten Zeitraum zu meiden. Beim Stillen wird je nach verwendetem Präparat eine Pause festgelegt. Wie lange diese Hinweise gelten, richtet sich nach dem eingesetzten Nuklid und nach der verabreichten Aktivität; sie werden deshalb im Einzelfall genannt und nicht pauschal.
Unabhängig von diesen Risiken wird der Ablauf selbst von manchen Patienten als belastend empfunden. Die Untersuchung nimmt vergleichsweise viel Zeit in Anspruch, und die untersuchte Person soll dabei möglichst ruhig liegen. Wer unter Schmerzen leidet, schlecht flach liegen kann oder in engen Räumen Beklemmung empfindet, sollte das vorher ansprechen, damit die Lagerung angepasst oder ein beruhigendes Mittel erwogen werden kann. Die Wartezeit nach der Injektion wird in einem eigenen Raum verbracht, in Ruhe und ohne Ablenkung, was manche Patienten als lang empfinden.
Eine Belastung eigener Art geht schließlich vom Ergebnis aus. Weil das Verfahren empfindlich ist, findet es regelmäßig Anreicherungen, deren Bedeutung sich aus dem Bild allein nicht klären lässt. Daraus folgen weitere Untersuchungen, Kontrollen in zeitlichem Abstand oder Gewebeentnahmen, die sich im Nachhinein als entbehrlich erweisen können. Ein Befund der Positronen-Emissions-Tomographie ist deshalb ein Baustein und keine abschließende Diagnose. Erst zusammen mit der Vorgeschichte, den übrigen Untersuchungsergebnissen und gegebenenfalls einer feingeweblichen Abklärung ergibt sich ein tragfähiges Bild, auf das sich eine Behandlungsentscheidung stützen lässt.
Quellen
- Schicha, H., Schober, O. (Hrsg.): Nuklearmedizin.
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- Dietlein, M., Kopka, K., Schmidt, M. (Hrsg.): Nuklearmedizin.
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- Kauffmann, G., Sauer, R., Weber, W. (Hrsg.): Radiologie.
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- Reiser, M., Kuhn, F.-P., Debus, J. (Hrsg.): Duale Reihe Radiologie.
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- Schmoll, H.-J. (Hrsg.): Kompendium Internistische Onkologie.
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