Konstante Infusion von ¹⁵O-markiertem Wasser und Inhalation von ¹¹C-markiertem Kohlenmonoxid als methodische Grundlage zur regionalen Bestimmung des Lungenwassers mittels Positronen-Emissionstomographie

Mittels konstanter Infusion von ¹⁵O-markiertem Wasser kann der Wasserraum der Lungen tomographisch rekonstruiert werden. Durch nachfolgende Inhalation von ¹¹C-markiertem Kohlenmonoxid gelingt eine Rekonstruktion des Blutverteilungsraumes. Durch Differenzbildung der so erhaltenen Schichten ergibt sich ein quantitatives Bild des extravasalen Lungenwassers. ¹⁵O-markierter Sauerstoff wird an einem Zyklotron (MC-36, Scanditronix) kontinuierlich erzeugt und on-line zu ¹⁵O-H₂O weiterverarbeitet. Nach Verdünnung mit 0,9% Kochsalz-Lösung wird die Aktivität mit einer Pumpe infundiert. Die Infusionsrate beträgt 6 ml/Min. Das Aktivitätsniveau des Infusâtes beträgt 3,7 MBq/Sek. und kann über 40 Min. mit einer Abweichung von weniger als 5% konstant gehalten werden. Sterilität und Pyrogenfreiheit des Infusâtes werden durch bakteriologische Untersuchungen sowie Kaninchen- und Limulus-Tests sichergestellt. Die konstante Infusion von ¹⁵O-markiertem Wasser führt nach ca. 8 - 10 Min. zu einem gleichbleibenden Aktivitätsniveau über der Lunge. Die tomographische Rekonstruktion mittels einer Positronenkamera (Model 4200, Cyclotron Corp.) dauert ca. 15 Min. Ein schneller Wechsel der Zyklotron-Parameter sowie weitgehend automatisierte chemische Verfahren gestatten eine schnelle Herstellung von ¹¹C-CO, so daß ca. 40 MBq hiervon 15 Min. nach Beendigung der ¹⁵O-H₂O Infusion für eine Bolus-Inhalation zur Verfügung stehen. Eine gleichmäßige Markierung des Blutvolumens ist nach 3 ȓ 4 Min. erreicht. Die anschließende tomographische Rekonstruktion dauert ebenfalls 15 Min. Die mittels der Positronen-Kamera in transversalen Schichten bestimmte Intravasalaktivität korreliert linear mit der Aktivität von Blutproben bis zu einer Aktivitätskonzentration von 100 kBq/ml.

A method was developed for the continuous infusion of ¹⁵O-labeled water which allows the tomographic reconstruction of the total lung water (TLW). Subsequent inhalation of ¹¹C-labeled carbon-monoxide permits the reconstruction of the blood volume (BV). After normalization of intravascular activities the difference of TLW minus BV yields a quantitative value of regional extravascular lung water (rELW). ¹⁵O-O₂ is converted on-line to ¹⁵O-H₂O and trapped in a 2 ml buffer reservoir which is fed by a pump with 0.9% NaCl. A precision pump is used to withdraw the labeled H₂O and infuse it at a rate of 6 ml/min. The radioactivity level of the infusate (ca. 3.7 MBq/sec) is controlled and can be kept constant with a deviation of less than 5% over 40 min. The sterility and apyrogenicity of the system effluent is assured by frequent bacteriological, rabbit and limulus tests. A constant radioactivity level in the lung area is reached after 8 – 10 min. The infusion is continued for the tomographic reconstruction (Positron Camera System 4200, Cyclotron Corp.) which takes 15 min. A fast change of cyclotron parameters (MC-36, Scanditronix) and automated chemistry procedures allow a single breath administration of ¹¹C-CO (ca. 40 MBq) 15 min after the end of the ¹⁵O-H₂O infusion. Blood pool equilibrium is reached after 3 – 4 min, and the blood volume is reconstructed within 15 min also. Intravascular activities as determined from reconstructed slices in the region of the aortic arch correlate linearly with blood sample activities up to 100 kBq/ml.

• Literatur

• 1 Clark J. C, Buckingham P. D. Short-lived Radioactive Gases for Clinical Use. Butterworth, London: 1975
• 2 Fazio F, Giuntini G. Determination of extravascular lung water by dilution method. II. Technique and results in dog and man. J. nucl. Med 23: 97-107 1979;
• 3 Harper P. V, Wickland T. ¹⁵O-labeled water for continuous intravenous administration. J. Labeled Comp. Radiopharm 18: 186 (Abstr.) 1981;
• 4 Helmeke H-J, Schober O, Lehr L, Junker D, Meyer G-J, Fitschen J, Bossaller C, Hundeshagen H. Measurement of regional lung water with ¹⁵O-labeled water and C¹⁵O-labeled carboxyhemoglobin. In Radioaktive Isotope in Klinik und Forschung. Höfer R, Bergmann H. (Eds.) Band 15, 2. Teil, S. 635-642 H. Egermann; Wien: 1982
• 5 Hoffman E. J, Huang S-C, E. M. 1. Effect of object size. Phelps: Quantitation in positron emission tomography: J. Comput. Assist. Tomogr 3: 299-308 1979;
• 6 Junker D. Dosimetrie inkorporierter Strahler. In Handbuch der Medizinischen Radiologie. Hundeshagen H. (Ed.) Band 15, Teil 1A, S 425-482 Springer; Berlin: 1980
• 7 Kearfott K. J. Absorbed dose estimates for positron emission tomography (PET): C¹⁵O, ¹¹CO and CO¹⁵O. J. nucl. Med 23: 1031-1037 1982;
• 8 MacArthur C. G. C, Rhodes C. G, Swinburn A. J, Heather J. D, Hughes J. M. B. Measurement of regional lung water using gamma-emitting tracers. Bull. Europ. Physiopath. Resp 16: 321-333 1980;
• 9 Meyer G-J. Some aspects of radioanalytical quality control of cyclotron-produced short-lived radiopharmaceuticals. Radiochim. Acta 30: 175-184 1982;
• 10 Meyer G-J, Harms T, Hundeshagen H. An automated gas handling system for ¹¹C-labeled CO, CO₂ and HCN. J. Labeled Comp. Radiopharm 19: 1362-1363 1982;
• 11 Meyer G-J, Schober O, Bossaller C, Knoop B. O, Lobenhoffer P, Sturm J, Hundeshagen H. Quantification of regional extravascular lung water in dogs with PET, using constant infusion of ¹⁵O-labeled water (Eingereicht an: European J. Nucl. Med.).
• 12 Schober O, Meyer G-J, Bossaller C, Lobenhoffer P, Knoop B. O, Müller S, Creutzig H, Sturm J, Lichtlen H, Hundeshagen P. Quantitative Messung des regionalen extravaskulären Lungenwassers bei Hunden mit der Positronen-Emissionstomographie. Fortschr. Röntgenstr. (Im Druck).
• 13 Weinreich R, Ritzl F, Feinendegen L. E, Schnippering G, Stöcklin H. G. Fixation, retention and exhalation of carrier-free ¹¹C-labeled carbon monoxide by man. Rad. and environm. Biophys 12: 271-280 1975;