Power im Hybrid

PET/MR: Starkes Verfahren mit korrigierten Schwächen

PET/MR-Geräte haben großes Potenzial, kombinieren sie doch die Stärken zweier Systeme. Die früheren Probleme, die auf den jeweiligen sich ausschließenden physikalischen Effekten der Verfahren beruhten, sind behoben. Nun halten sie Einzug in die Klinik und helfen beim Nachweis der Lage und Ausdehnung von Tumoren als auch deren Stoffwechselaktivität, weiß Prof. Dr. Harald H. Quick, Professor für Hochfeld- und Hybride MR-Bildgebung von der Universität Duisburg-Essen.

Ganzkörper PET/MR-Aufnahme eines Patienten mit Metastasen im Beckenbereich:...
Ganzkörper PET/MR-Aufnahme eines Patienten mit Metastasen im Beckenbereich: (A) PET ohne Schwächungskorrektur, (B) MR-basierte Schwächungskorrektur, (C) PET nach Schwächungskorrektur, (D) T1-gewichtete MRT und (E) fusioniertes Ganzkörper PET/MR mit Fusion aus (C) und (D).
Ganzkörper PET/MR-Aufnahme eines Patienten mit Metastasen im Beckenbereich:...
Ganzkörper PET/MR-Aufnahme eines Patienten mit Metastasen im Beckenbereich: (A) PET ohne Schwächungskorrektur, (B) MR-basierte Schwächungskorrektur, (C) PET nach Schwächungskorrektur, (D) T1-gewichtete MRT und (E) fusioniertes Ganzkörper PET/MR mit Fusion aus (C) und (D).

PET hat eine hohe Sensitivität. Das System erlaubt kleinste Mengen eines Radiotracers in Tumoren und Metastasen zu lokalisieren und zu messen. Zudem lässt sich deren Aktivität quantifizieren. „Das ist wichtig, um verschiedene Tumore letztendlich entsprechend eines Schwellenwertes zuzuordnen und zu unterscheiden“, beschreibt Prof. Quick einen Nutzen der PET und führt aus: „Es besteht die Möglichkeit des Therapie-Monitorings, bei der nach Diagnose und Therapiebeginn mit PET detektiert werden kann, wie sich die Zielläsionen über die Zeit in ihrer Aktivität entwickeln und die Therapie möglicherweise anschlägt.“


Die Bedeutung der Schwächungskorrektur
Um die Stärken der PET voll auszufahren, bedarf es allerdings der sogenannten Schwächungskorrektur (attenuation correction, AC). Bei dieser Korrektur handelt es sich vom Grundsatz her um eine in Software gewandelte mathematische Lösung, die dann im Gerät automatisch umgesetzt wird. Damit das funktioniert, muss bekannt sein, an welcher Stelle im Körper die ausgesendeten Photonen auf ihrem Weg zum PET-Detektor teilweise im Gewebe des Patienten geschwächt werden. Aus dieser Vorinformation wird die Schwächungskorrektur errechnet und so die korrekte Tracer-Aktivität im Tumor ermittelt.

Die AC ist bis zum heutigen Tag auch bei allen PET/CT Hybridsystemen erforderlich – allerdings mit dem Vorteil, dass die Rohdaten der CT-Bildgebung direkt für die AC des Patientengewebes verwendet werden können. Beim PET/MR muss die AC nun mit neuen MR-basierten Verfahren erfolgen. Dabei stehen die sogenannten Dixon-Sequenzen im Mittelpunkt, die im Rahmen der MR-basierten Schwächungskorrekturverfahren gerade ein Revival erleben. Dabei werden verschiedenen Gewebeklassen (Luft, Fett, Weichgewebe, Hintergrund) bestimmte Schwächungswerte zugewiesen. „Wir wissen topografisch –wie bei einer Landkarte – welche schwächenden Gewebe an welcher Stelle liegen. Das kann dann in 3D genutzt werden, um die Schwächungskorrektur vom Patienten anzulegen“, schildert der Ingenieur.

Obwohl dies gut funktioniert und bereits in die klinische Routine eingearbeitet ist, gibt es noch immer Verbesserungspotenzial. So versuchen Prof. Quick und seine Gruppe mit Vergleichsuntersuchungen zu ermitteln, wie gut die MR-basierte AC im Vergleich zur bekannten CT-AC funktioniert. „Knochen schwächen das PET-Signal vergleichsweise stark. Die schwächenden Bestandteile des Knochens sind in der MRT nicht gut zu sehen und folglich auch nicht adäquat zu korrigieren“, erklärt der Forscher.

Das könnte sich mit Ultrashort TE-Sequenzen (UTE), also ultrakurzen Echozeit-Sequenzen, ändern. Denn diese ermöglichen die Detektion der Schädelknochen im Kopfbereich und verbessern damit die Aussage über die Aktivitätsquantifizierung des Gehirns. „Wir haben damit die Möglichkeit geschaffen, der oben genannten Landkarte eine weitere Stoffklasse hinzuzufügen“, erklärt Quick und verdeutlicht die Bedeutung dieser Entwicklung: „Wenn wir uns in Zukunft die Alzheimer-Tracer-Verteilung im Gehirn anschauen wollen, dann ist es wichtig, den Knochen auch als diesen zu berücksichtigen, um die genauen Aktivitäten zu erkennen, und nicht als Weichgewebe, wie wir es im Moment machen.“


Technische Tücken
Eine weitere technische Hürde, die die Hersteller der PET/MR-Geräte nehmen müssen, sind die verwendeten Materialien. Wie in der MR-Bildgebung üblich, werden lokale HF-Empfangsspulen verwendet. Diese Spulen liegen während der Aufnahme der PET- und MR-Daten im Einzugsbereich des PET-Detektors und schwächen die PET-Signale entsprechend. Folglich sollten die Hersteller die HF-Spulen so konzipieren, dass sie möglichst PET-transparent sind. Das betrifft die verwendeten Materialien, die Verteilung und auch das Design.

Auf der Agenda der Hersteller und Forscher steht auch, die Bewegungskorrektur zur Gänze in den Untersuchungsablauf zu integrieren. Die Daten der PET/MR werden derzeit zwar unabhängig und zeitgleich, aber eher nebeneinander her akquiriert. Ziel ist es, die technischen Möglichkeiten der MR-Bildgebung zu nutzen, die Kopf-, aber auch Atem- und Herzbewegungen des Patienten zu detektieren und mit Hilfe dieser Bewegungsinformation die PET-Daten zu korrigieren. So soll ein präziseres Bild von den sich bewegenden Organen, Tumoren bzw. kleinen Läsionen erzielt werden.

Ein weiteres Feature, das die PET/MR-Welt bereichern wird, ist die HD-PET. High Density soll nämlich die räumliche Auflösung des PET verbessern, die technologiebedingt zum Rande des Bildfeldes etwas abnimmt. Dieser Effekt kann mittels eines mathematischen Modells (Punkt-Spreiz-Funktion, PSF) korrigiert und so die Auflösung im Randbereich wiedergewonnen werden. „Dies hilft, eher lateral gelegene, kleine Läsionen im Körper besser darzustellen“, erklärt Prof. Quick abschließend den Nutzen der HD-PET.


PROFIL:
Prof. Dr. Harald H. Quick, Dipl.-Ing., ist seit Februar 2014 Professor für Hochfeld- und Hybride MR-Bildgebung sowie Direktor des Erwin L. Hahn Instituts für MR-Bildgebung der Universität Duisburg-Essen. Seine Expertise sammelte er unter anderem als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Departement für Radiologie des Universitätsspitals Zürich und an der renommierten Johns Hopkins University in Baltimore, USA. Von 2009 bis 2014 hatte Quick die Professur für MR-Bildgebung am Institut für Medizinische Physik der Universität Erlangen inne und war hier stellvertretender Institutsdirektor.

16.02.2015

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