PET-Bilder – scharf gemacht

Scharfe Bilder aus dem Körperinneren helfen dem Arzt bei der Diagnose von Krankheiten. Bewegungen des Patienten bei der Untersuchung führen zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Das moderne bildgebende Verfahren Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verlangt relativ lange Aufnahmezeiten, weshalb gerade dieses Verfahren von der Problematik der Patientenbewegungen betroffen ist. Physiker im Forschungszentrum Rossendorf (FZR) machen mit einem intelligenten System PET-Bilder scharf und haben dafür am 16. Dezember den FZR-Technologiepreis 2004 erhalten.

Bei Hirnuntersuchungen, die, je nach Fragestellung, zwischen mehreren Minuten und über eine Stunde dauern können kommt eine Skibrille zum Einsatz. Dabei sind hinter dem in der PET-Kamera liegenden Patienten zwei Infrarotkameras angebracht. Die Kameras senden Infrarotblitze in regelmäßigen Abständen von 20 Tausendstel Sekunden aus, die durch an der Skibrille angebrachte Kugeln reflektiert werden. Dieses reflektierte Licht wird von den Infrarotkameras erfasst und erlaubt die genaue Bestimmung der Kugeln und damit auch des Kopfes. Jede kleinste Bewegung des Kopfes kann so registriert werden.

Nun gilt es, diese Information in die Bearbeitung der Messdaten einfließen zu lassen. Dr. Paul Bühler und sein Team gingen hier einen aufwendigen, aber vielversprechenden Weg. Sie wollten die PET-Bilder nicht im Nachhinein korrigieren, sondern die Bewegungsinformation der Kameras direkt bei der Erstellung der Bilder mit den Messdaten verknüpfen. Ziel war es, so besonders scharfe Bilder zu erhalten, damit möglichst kleine Stoffwechselveränderungen sicher dargestellt werden können. Bei einer PET-Untersuchung fallen allerdings bis zu mehrere hundert Millionen registrierte Messwerte (Quantenpaare) an, die zu einem einzigen dreidimensionalen Bild umgerechnet werden. Jeder einzelne dieser Messwerte also wird bewegungskorrigiert, so dass schließlich ein scharfes Bild entsteht, in dem alle Bewegungen des Patienten herausgerechnet wurden. Die Physiker im PET-Zentrum Rossendorf haben damit eines der weltweit sensibelsten Korrektursysteme für PET-Bilder des Kopfes entwickelt.

Der Kopf ist ein in sich starres System, so dass sich die Bewegungsmessung mit der Skibrille hierfür hervorragend eignet. Man stelle sich nun aber den Brustraum vor, bei dem sich durch jede Atembewegung Verschiebungen ergeben, man also aus der Bewegung des Brustbeines nicht auf einfache Weise auf die Bewegung der Lungenspitzen schließen kann. Für die Bewegungsmessung bei PET-Untersuchungen des Brustraums wird ein spezieller Brustgurt mit integriertem Drucksensor eingesetzt. Dieser misst den Atemzyklus des untersuchten Patienten. Zur Korrektur der Bewegungen wird die Atemkurve dann in mehrere Intervalle unterteilt, wobei jedes dieser Intervalle für einen bestimmten Atemzustand steht. Die einzelnen Messdaten werden dann einem der Intervalle zugeordnet und die Bilder der entsprechenden Phasen der Atembewegung rekonstruiert. Damit erhält man mehrere scharfe Teilbilder, die anschließend nach Anwendung geeigneter Transformationen zu einem einzigen scharfen Bild zusammen addiert werden.

Der FZR-Technologiepreis ist mit 1.600 Euro dotiert. Er wurde am 16.12.2004 an Dr. Paul Bühler, Uwe Just und Jens Langner vom PET-Zentrum Rossendorf verliehen.

Informationen zur Positronen-Emissions-Tomographie (PET):

Die Positronen-Emissions-Tomographie ist ein modernes bildgebendes Verfahren, das ohne Operation Einblicke in das Körperinnere erlaubt. Anders als bei der Computer-Tomographie (CT) oder der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) werden bei der PET nicht anatomische Eigenschaften abgebildet sondern Stoffwechselvorgänge. Deshalb ist die PET für die Diagnose von gewissen Stoffwechsel-, Tumor-, Herz- und Gehirnerkrankungen angezeigt. Dem Patienten wird eine radioaktiv markierte, biologische Substanz gespritzt, ein so genannter Tracer. Dieser Tracer nimmt auf natürliche Weise an den Stoffwechselprozessen teil, die man abbilden möchte. Dabei wird das Radionuklid mitgetragen und ist über seine Strahlung messbar. Die Radionuklide in der PET sind Positronen-Strahler mit kurzen Halbwertszeiten. Bei der Vereinigung des ausgestrahlten Positrons mit einem Elektron der Umgebung entstehen zwei Gammaquanten, die sich in einem Winkel von nahezu 180 Grad auseinander bewegen. Es sind diese Quantenpaare, die in der PET gemessen werden und damit Aufschluss über die räumliche Verteilung des Tracers im Körper liefern. Eine PET-Untersuchung entspricht übrigens in etwa der Strahlenbelastung einer Röntgenaufnahme des Brustkorbes.

Ansprechpartner im FZR:

Dr. Paul Bühler
Institut für Bioanorganische
und Radiopharmazeutische Chemie
Tel.: 0351 260 – 2622
Email: p.buehler @fz-rossendorf.de

Das Forschungszentrum Rossendorf (FZR) betreibt Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung mit Photonen- und Teilchenstrahlen, wobei die Erforschung der Materie auf der Skala von Nanometern, der Schutz von Mensch und Umwelt vor technischen Risiken und der Einsatz bei Tumor- und Stoffwechselerkrankungen den Schwerpunkt bilden. Dazu werden 5 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten. Eines der Geräte befindet sich in Grenoble/Frankreich, das sechste Großgerät, das Hochfeldlabor Dresden, wird derzeit aufgebaut.

Das FZR ist mit ca. 550 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft und verfügt über ein jährliches Budget von rund 56 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 8 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Die insgesamt 80 Leibniz-Institute (ab 1.1.2005: 82) in Deutschland betreiben anwendungsorientierte Grundlagenforschung im gesamtstaatlichen Interesse und werden deshalb von Bund und Ländern gemeinsam gefördert.