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In der nuklearmedizinischen Diagnostik geht es darum, Stoffwechselvorgänge sichtbar zu machen. Damit unterscheidet sie sich von anderen bildgebenden Diagnoseverfahren (Computertomographie, Ultraschall, Röntgen, teils MRI), welche die Anatomie untersuchen. Dahinter steht die Erkenntnis, dass in den meisten Fällen der Stoffwechsel erkrankter Zellen deutlich von dem gesunder Zellen abweicht und sich erkranktes Gewebe dadurch mit hoher Sicherheit von gesundem unterscheiden lässt. Somit kann man über den Stoffwechsel gewisse Erkrankungen schon in einem sehr frühen Stadium erkennen und ausserdem Krankheitsherde exakt lokalisieren.
Um betroffene Zellen sichtbar zu machen, werden dem Patienten geeignete Substanzen – so genannte Radiopharmaka – verabreicht. Diese bestehen meist aus einem radioaktiven Teilchen, dem Radioisotop, und einem zweiten Bestandteil, der am zu untersuchenden Stoffwechselprozess direkt beteiligt ist.
Die schwache Strahlung, die sie dabei abgeben, wird mit Hilfe von Gammakameras aufgefangen. Auf diese Weise ergibt sich ein exaktes Bild von der räumlichen Verteilung der Radiopharmaka im Körper und damit von den erkrankten Zellen. Nebst planaren Aufnahmen können tomographische Bilder mittels der Einzelphotonen-Emissionstomographie (SPECT) gewonnen werden und je nach Untersuchung mit der CT Untersuchung überlagert werden (SPECT/CT).