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The role of nuclear procedures in the diagnosis of intracranial disease

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Summary

Transmission computerized axial tomography (T-CAT) has proven to be an effective non-invasive method for detecting intracranial tumours, traumatic intracranial disorders and severe changes in cerebral perfusion. The use of further non-invasive methods to assess intracranial changes seemed to be restricted to special cases. Nuclear procedures are still in a stage of development. Cerebral serial scintigraphy with99mTc-compounds has shown its effectiveness particularly in diagnosing intracranial tumours and cerebrovascular disease. Moreover, by employing similar algorithms as in T-CAT, the principle of emission computerized axial tomography (E-CAT) has been developed. Assessment of regional cerebral blood flow (rCBF) with133Xenon by inhalation has become a non-invasive procedure. This review is aimed at determining the value of nuclear procedures in comparison to T-CAT, Doppler sonography (DS) and cranial radiographic angiography.

The following methods are described and critically evaluated: (a) computer assisted radionuclide angiography (CARNA; semi-quantitative determination of global hemispherical perfusion following an intravenous injection of 10 mCi99mTc-DTPA), (b) computer assisted assessment of regional cerebral flow (quantitative determination (ml/min.) of regional blood flow, derived from the vertex projection, following an i.v.-injection of 15 mCi99mTc-HSA), (c) cerebral serial scintigraphy (CSS; radionuclide angiography (RNA), early and late static imaging of intracranial distribution of99mTc; visual evaluation of perfusion, extent of regional blood-pool and integrity of the blood-brain barrier for type-specific classification of intracranial tumours and cerebrovascular disease), (d) static nuclear brain imaging with various other99mTc-compounds, (e) imaging of florid atherosclerotic disease in the neck vessels with111In-labelled platelets, (f) single photon E-CAT (99mTc-compounds,133Xe) and (g) positron E-CAT (radioactive carbon, oxygen, CO and CO22 and18F-desoxyglucose for axial tomographic imaging of cerebral blood volume, oxygen extraction and glucose metabolism). Furthermore, (h) invasive and non-invasive determination of rCBF with133Xe and (i) nuclear cisternography are included. Radiation doses in cranial diagnostic nuclear medicine and X-ray diagnostic procedures are illustrated in a table.

CSS in detection of intracranial tumours was correct in 92% of the cases. T-CAT was superior by revealing more than 98%. Since there is agreement that T-CAT sensitivity is 98.6% in the detection of intracranial tumours, CSS has to play a supplemental role to T-CAT by its high accuracy in obtaining type-specific tumour diagnosis. Combined evaluation revealed a histologically confirmed rate of correct tumour-type diagnosis of 94% in meningioma and of 86% in malignant gliomas. In non-blastomatous disorders (haematoma, a. v. angioma, brain abscess), CSS was less efficient in differentiating such findings. In cerebrovascular disease, nuclear procedures were highly effective. 94% of patients with completed stroke were diagnosed as regards the main cerebral artery involved and the disease as such independent of the period of time after the ictus. Combined evaluation (CSS and T-CAT) achieved a rate of 97% correct positives. Nuclear procedures were found to be superior to T-CAT in patients with transient ischaemic attacks (TIA). CARNA yielded a sensitivity of 75%. In addition, methods to assess rCBF were found to be highly effective in such cases. These methods were also effective in determining haemodynamic disorders associated with subarachnoid haemorrhage. Nuclear procedures can be used in both the selection and follow-up of patients after vascular procedures. As compared to Doppler sonography (DS) nuclear procedures were found to be more valuable the more intracranial vascular changes were included in the study.

The value and role of nuclear procedures within the sequence of non-invasive diagnostic measures are characterized by the complementary role of CARNA (and of CSS) to T-CAT in cerebrovascular disease. Since the efficieny of further nuclear procedures as screening methods is not yet established, such procdures may be used after T-CAT, DS and CSS. A schema included illustrates an approved sequence of non-invasive procedures. The aim of further development is to reach a similar diagnostic accuracy with non-invasive methods alone as has been achieved by the combined use of non-invasive and invasive procedures.

Zusammenfassung

Die computerisierte axiale Transmissionstomographie (T-CAT) hat sich in der Diagnostik von intrakraniellen Tumoren, traumatisch bedingten intrakraniellen Veränderungen und von schweren Störungen der zerebralen Durchblutung als wertvolle nichtinvasive Untersuchungsmethode erwiesen. Der Einsatz anderer nichtinvasiver Verfahren zur Erfassung intrakranieller Veränderungen erschien daher eine Zeitlang auf ausgewählte Einzelfälle beschränkt. Nuklearmedizinische Verfahren befinden sich ebenfalls in der Weiterentwicklung. Insbesondere die zerebrale Serienszintigraphie mit99mTc-Verbindungen (ZSS) hat in den letzten Jahren ihre Effektivität in der Diagnostik von intrakraniellen Tumoren und Gefäßprozessen bewiesen. Darüber hinaus wurde unter Verwendung ähnlicher Algorithmen wie bei der T-CAT das Prinzip der computerisierten axialen Emissionstomographie (E-CAT) entwickelt. Verfahren zur Erfassung des regionalen cerebralen Blutflusses (rCBF) mit133Xe haben durch den Einsatz der Inhalationsmethode den Charakter einer nichtinvasiven Prozedur erreicht. Ziel dieser Übersichtsarbeit ist die Bestimmung des Stellenwerts nuklearmedizinischer Verfahren im Vergleich zur T-CAT, Doppler-Sonographie (DS) und kranialen Angiographie.

Es werden vorgestellt und kritisch gewürdigt: (a) die computerassistierte Radionuklidangiographie (CARNA: semiquantitative Bestimmung der globalen Perfusion einer Hemisphäre nach i.v. Injektion von 10 mCi99mTc-DTPA), (b) die computerunterstützte Abschätzung der regionalen Hirnperfusion (quantitative Berechnung (ml/min.) des regionalen Blutflusses aus der Vertexprojektion nach i. v. Injektion von 15 mCi99mTc(HSA), (c) die zerebrale Serienszintigraphie (ZSS: Radionuklidangiographie (RNA), früh- und spätstatische Darstellung der intrakraniellen99mTc-Verteilung; visuelle Bewertung des Durchflusses sowie der regionalen Blutpoolgröße und Blut-Hirnschrankenfunktion zur artdiagnostischen Erfassung von intrakraniellen Tumoren und Gefäßprozessen), (d) die statische Hirnszintigraphie mit anderen99mTc-Verbindungen, (e) die Darstellung florider thrombotischer Veränderungen in Gefäßen mit111In-markierten Thrombozyten, (f) die E-CAT mit Einzelphotonen (99mTc-Verbindungen,133Xe) und (g) die E-CAT mit Positronenstrahlern (radioaktiver Kohlenstoff, Sauerstoff, CO und CO2 sowie18F-Desoxyglucose zur axialen tomographischen Darstellungvon zerebralem Blutvolumen, Sauerstoffextraktion und Glucosestoffwechsel). Ferner werden die Möglichkeiten (h) zur invasiven und nichtinvasiven Erfassung des rCBF mit133Xe gewürdigt und die (i) Liquorraumszintigraphie mit111In-DTPA besprochen. Die durch nuklearmedizinische und Röntgenverfahren bedingten Strahlenbelastungen werden tabellarisch aufgezeigt.

Die Trefferquote der ZSS betrug bei Entdeckung intrakranieller Tumoren 92%. Die T-CAT war mit 99% überlegen. Nachdem auch in Sammelstatistiken eine T-CAT-Trefferquote von 98,6% angegeben wird, kann die ZSS ihre supplementäre Rolle zur T-CAT nur durch ihre hohe Aussagekraft in der Tumorartdiagnostik belegen. Die gemeinsame Bewertung der Befunde erbrachte eine mit der Histologie übereinstimmende Feststellung der Tumorart bei Meningeomen von 93%, bei Glioblastomen von 89%. Bei nichtblastomatösen Veränderungen (Hämatome, a. v. Angiome, Hirnabszeß) war die ZSSartdiagnostisch weniger erfolgreich. Bei zerebrovaskulären Erkrankungen erwiesen sich nuklearmedizinische Verfahren als besonders effektiv. Patienten mit completed stroke wurden sowohl bezüglich der betroffenen Hirnarterie als auch unabhängig von der Zeit seit dem Ereignis in 93% der Fälle artdiagnostisch richtig erkannt. Gemeinsam mit der T-CAT ergab sich eine Nachweisquote von 97%. Insbesondere bei Patienten mit transitorischen ischämischen Attacken (TIA) sind die nuklearmedizinischen Verfahren der T-CAT überlegen. Die CARNA erreichte eine Sensitivität von 75%. Auch die Methoden zur rCBF Messung zeigten hier einen hohen Stellenwert. Dies trifft auch für die Erfassung der Hämodynamik bei Subarachnoidalblutungen zu. Die Verfahren eignen sich zur Auswahl von Patienten für einen durchblutungsfördernden Eingriff sowie zur Verlaufskontrolle. Im Vergleich zur DS erwiesen sich nuklearmedizinische Methoden als um so aussagekräftiger je mehr intrakranielle Gefäßveränderungen mitbewertet wurden.

Der Stellenwert nuklearmedizinischer Verfahren in der Abfolge einer nichtinvasiven Diagnostik ist gekennzeichnet durch die komplementäre Rolle der CARNA (und der ZSS) zur T-CAT bei zerebovaskulären Erkrankungen. Da der Wert anderer nuklearmedizinischer Verfahren als Screening-Methode noch nicht endgültig gesichert ist, sollten sie erst nach T-CAT, DS und ZSS eingesetzt werden. An einem Schema zur Abfolge wird eine bewährte Reihung nichtinvasiver Verfahren aufgezeigt. Ziel der Weiterentwicklung sollte es sein mit nichtinvasiven Verfahren die Trefferquote zu erreichen, die bisher nur durch den kombinierten Einsatz nichtinvasiver und invasiver Verfahren zu erhalten ist.

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  1. Klinikum Großhadern, Radiologische Klinik der Universität München, D-8000, München 70, Germany

    U. Büll

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  1. U. Büll
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Büll, U. The role of nuclear procedures in the diagnosis of intracranial disease. Neurosurg. Rev. 4, 105–122 (1981). https://doi.org/10.1007/BF01743636

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