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Ein Hochleistungs-PET-Scanner für die Integration in bestehende MRT-Systeme

Auch wenn die PET-Bildgebung vor allem für ihre wichtige Bedeutung bei der Krebserkennung und Überwachung der Krankheit bekannt ist, kommt sie tatsächlich in einer Vielzahl weiterer klinischer Anwendungsbereiche zum Einsatz. Die Neurologie ist einer davon. Das MINDVIEW-Projekt schöpfte vor Kurzem über die Entwicklung eines kompakten Hirn-PET-Bildgebers, der mit bestehenden MRT-Systemen zur besseren Diagnostizierung von Schizophrenie kombiniert werden kann, das Potenzial dieser Technologie aus.
Ein Hochleistungs-PET-Scanner für die Integration in bestehende MRT-Systeme
Abgesehen von der hohen Auflösung und Effizienz liegen die Hauptvorteile des neuen PET-Bildgebers von MINDVIEW (Multimodal Imaging of Neurological Disorders) in deutlich geringeren Kosten, in der Größe und in der Tatsache begründet, dass gleichzeitig die Bildgebung über eine Positronenemissionstomographie (Positron Emission Tomography, PET) und einen hochfrequenten Magnetresonanzbildgeber (Magnetic Resonance Imager Radio Frequency, MRI RF) durchgeführt werden kann.

„MRI und PET liefern sich ergänzende Informationen“, erklärt Prof. Jose Maria Benlloch Baviera, Koordinator des Projekts und Leiter des Instituts für Instrumentation in der molekularen Bildgebung (I3M) des CSIC. „Das MRT liefert Bilder mit hoher Qualität und Auflösung zur Morphologie des Weichgewebes. Dies ist überaus hilfreich, um Läsionen im Körper zu lokalisieren. PET-Bilder wiederum liefern Informationen zu physiologischen Prozessen, die sich in verschiedenen Organen und Unterstrukturen ereignen. Die beiden Technologien verstärken sich gegenseitig: MRT-Information können beispielsweise zur besseren Verortung physiologischer Informationen von einer PET im Gehirn verwendet werden.”

Das Potenzial für die präzise und frühe Diagnose von psychischen Erkrankungen wie Schizophrenie und schwerer Depression ist enorm. Neurotransmitterpfadspezifische PET-Radiopharmaka - z. B. glutamaterge, serotonerge oder dopaminerge Pfade - können abgebildet werden, während Bereiche des Gehirns, die bei der Ausführung einer Aufgabe aktiviert werden, durch funktionale MRT verfolgt werden. Laut Prof. Benlloch Baviera könnte dies letztlich zu einer präzisen und quantitativen Diagnose von psychischen Erkrankungen führen, die mit dem derzeit verfügbaren Techniken unmöglich erzielt werden könnten.

Das PET-System von MINDVIEW hebt sich auch durch seine Bauweise ab. Im Vergleich zu derzeitigen Geräten, die aus tausenden kleinen Kristallpixeln bestehen, welche an eine Fotosensoranordnung gekoppelt sind, beinhaltet dieses Gerät lediglich 60 große monolithische Kristallblöcke, die auf einer Seite an eine Matrixebene von Silizium-Fotosensoren gekoppelt sind. „Dieses Design hat mehrere Leistungsvorzüge. Da die gleiche Lichtmenge in alle Richtungen emittiert wird, können wir die Tiefe der Gammastrahleninteraktionen bestimmen, indem wir die Breite der Lichtverteilung messen. In anderen Worten, wir können die 3D-Position des Gammastrahlenaufpralls finden. Dies ist eine kritische Funktion, um bei der Verwendung von Scannern, die in der Nähe des Organs sind, Bildunschärfen zu verhindern. Darüber hinaus wird das Licht direkt von den Sensoren erfasst, anstatt in dem Pixel hin- und herzuspringen. Hierdurch ist prinzipiell eine bessere Energie- und zeitliche Auflösung möglich, die wiederum das Signalrauschen beim Bild verringert“, erklärt Prof. Benlloch Baviera.

Ein solches Design führt auch zu erheblichen Kostensenkungen, da Aufgaben wie das Zuschneiden, Polieren, Färben und Wiederzusammenkleben Tausender Pixel zu einem einzelnen Block vermieden wird. Dies ist ein wichtiger Anreiz für Krankenhäuser, die im Allgemeinen 4 bis 7 Millionen Euro für kommerzielle PET/MRT-Systeme berappen müssen. Kleine Kliniken, die sich kein neues PET/MRT-Ganzkörpersystem leisten können, werden letztlich möglicherweise dazu in der Lage sein, diese leistungsstarke Technologie zu erwerben.

Nicht zuletzt ermöglicht die neue Bauweise ein portables System, das einfach entfernt werden kann, wenn es für eine bestimmte MRT-Untersuchung nicht gebraucht wird. Laut Prof. Benlloch Baviera stellt dies einen großen technischen Durchbruch dar, da sich MRT- und PET-Bildgebungsmodalitäten gegenseitig beeinträchtigten, insbesondere dann, wenn sie physisch so nah beieinander stünden, seien die Störungen normalerweise erheblich.

„Das durch den Hauptmagneten des MRT erzeugte Hochfeld (3 Tesla) könnte beispielsweise die Leistung der Fotosensoren und elektronischen Bauteile des PET-Scanners vollständig beeinträchtigen. Es wurden spezielle Fotosensoren entwickelt, die auf Siliziumtechnologie basieren und es wurden nichtparamagnetische elektronische Bauteile und Verbindungen verwendet, um diesen Effekt zu verhindern“, erklärt Prof. Benlloch Baviera. „Ferner wurde eine innovative Abschirmung für die PET-Module und HF-Spule konstruiert, um Wirbelströme zu verhindern, welche die hohe Homogenität des Magnetfelds stören, die für ein qualitativ hochwertiges MRT-Bild erforderlich ist.“

Das Gerät wird derzeit an Patienten mit Alzheimer-Krankheit getestet.

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

MINDVIEW, PET, MRT, Neurologie, Hirn, Diagnose, psychische Erkrankungen, Neurotransmitter, Alzheimer-Krankheit, Schizophrenie
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