Kombinationsgerät aus MRT und PET noch schneller und genauer

05.06.2013

Wie ermöglicht man die gleichzeitige Bildgebung von zwei medizinischen Geräten, die noch vor wenigen Jahren als inkompatibel galten? Wie stellt man sicher, dass die dargestellten Patientenbilder der Realität entsprechen? Den Antworten auf diese Fragen ist das Lehr- und Forschungsgebiet Physik der Molekularen Bildgebungssysteme unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Volkmar Schulz vom Institut Experimentelle Molekulare Bildgebung an der Uniklinik RWTH Aachen nun einen Schritt näher gekommen. Forscherinnen und Forscher entwickelten dazu eine Methode, mit der die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) und die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) gleichzeitig und noch genauer möglich sein werden.

 

Nuklearmedizin in hohen Magnetfeldern

Ein solches Kombinationsgerät ist technisch anspruchsvoll, weil ein MRT-Scanner starke Magnetfelder einsetzt, die 50.000 Mal so stark wie das Magnetfeld der Erde sind. Bisherige PET-Scanner funktionieren in einer solchen Umgebung nicht. MRT-Scanner sind hingegen empfindlich gegenüber der elektromagnetischen Abstrahlung bisheriger PET-Scanner. Beide Verfahren spielen in der Krebsdiagnostik beispielsweise eine wichtige Rolle.

Aktuelle PET-Scanner werden immer noch überwiegend mit einer Einheit für Computertomographie (CT) kombiniert, um gleichzeitig Bilder der anatomischen Strukturen des Organismus zu erhalten. In einem MRT-PET-Scanner hingegen fehlt die CT-Einheit – sowohl wegen des starken Magnetfeldes, aber auch, um den Patienten die Strahlungsdosis einer CT-Untersuchung zu ersparen. Die CT-Bilder werden in der Diagnose weitgehend durch die MRT-Bilder ersetzt, die eine wesentlich breitere Palette an Bildkontrasten bereitstellen und dadurch differenziertere Interpretationen ermöglichen. Allerdings sind CT-Bilder für eine Anwendung noch unerlässlich: Um die Abschwächung der radioaktiven Strahlung durch den Organismus zu korrigieren, sind CT-Bilder nötig, die die Schwächungseigenschaften des Körpers direkt darstellen. Wird die Schwächung nicht korrigiert, erscheint das Körperinnere in PET-Bildern „dunkel“, weil die Strahlung von dort stärker geschwächt wird als die von der Körperoberfläche. Dadurch ist eine Diagnose für körperinnere Organe stark beeinträchtigt.

Die Aachener Arbeitsgruppe hat nun eine Methode entwickelt, mit der man aus MRT-Bildern CT-ähnliche Bilder mit vorher nicht dagewesenem Detailgrad gewinnen kann. „Diese können anstelle eines CT-Bildes zur PET-Schwächungskorrektur herangezogen werden“, so Schulz. Die Arbeit wird im Juni mit dem „JNM Editors‘ Choice Award“ der Fachzeitschrift Journal of Nuclear Medicine ausgezeichnet. Der Erstautor der Arbeit, Dipl.-Ing. Yannick Berker vom Institut Experimentelle Molekulare Bildgebung an der Uniklinik RWTH Aachen, wird zudem mit dem „Alavi-Mandell Award“ geehrt. Der „Alavi-Mandell Award“ wird an Autoren verliehen, die zum Zeitpunkt der Arbeit in der Ausbildung waren.

Vier Gewebeklassen für Kopf-/Halsuntersuchungen

Um CT-Bilder möglichst akkurat zu imitieren, werden Bildregionen in den MR-Bildern erkannt, klassifiziert und erhalten bekannte Schwächungswerte der jeweiligen Gewebeklasse. Schwierig ist dabei vor allem die Unterscheidung von Knochen und Luft – in vielen MR-Bildern sind diese beiden Gewebearten nicht zu unterscheiden, in CT-Bildern sind sie jedoch deutlich unterschiedlich. Ähnliches gilt für die Differenzierung von Fett- und sonstigstem Weichgewebe. Für beide „Problemfälle“ gibt es spezialisierte MRT-Untersuchungsmethoden: Ultrashort-Echo-Time(UTE)-Sequenzen, um Knochen sichtbar zu machen, und Dixon-Sequenzen, um Fett- und Weichgewebe zu unterscheiden. Die Aachener Wissenschaftler haben diese beiden Methoden erstmals zusammengeführt. „Beide Methoden einzeln hintereinander auszuführen, würde im klinischen Alltag einfach zu viel Zeit in Anspruch nehmen und zudem durch Bewegungen des Patienten zu Bildregistrierungsproblemen führen“, sagt Schulz. Die Genauigkeit der Bilder sowie der Patientenkomfort sind wesentliche Aspekte der technischen Entwicklung. Zudem gilt es aus ökonomischer Sicht, die Untersuchungszeit so kurz wie möglich zu halten. Erst mit der Kombinationsmethode werden die Gewebeklassen Luft, Fett- und Weichgewebe sowie Knochen schnell genug unterscheidbar.

Die interdisziplinäre Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Uniklinik RWTH Aachen, der Philips-Forschungsabteilung in Aachen und Gruppen aus London, Maastricht und New York durchgeführt. Innerhalb der Arbeitsgruppe der RWTH fokussieren sich die Forscher ganzheitlich auf die Integration der zwei Bildgebungsmodalitäten: MRT und PET. Dies beinhaltet Forschungen auf dem Gebiet neuer MRT-kompatibler PET-Detektoren, neue Bildrekonstruktionsverfahren sowie Aufbauten von neuen hochauflösenden präklinischen MRT-PET-Bildgebungsgeräten. Neben den Arbeiten auf dem Gebiet der MRT-PET befasst sich die Arbeitsgruppe auch mit der Erforschung von vollkommen neuen medizinischen Bildgebungsmodalitäten, wie zum Beispiel der Bildgebung von Magnetischen Nanopartikeln (MPI).

Kontakt

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Volkmar Schulz
Lehr- und Forschungsgebiet für
Physik der Molekularen Bildgebungssysteme
Tel.: +241/ 8080 116
E-Mail: vschulz@ukaachen.de