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entdeckt 01/2014

TITEL// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 14 15 bestimmte Tracer in ihnen an. Eine PET-Aufnahme kann diese erhöhten Anreicherungen - und damit Tumore oder Metasta- sen - sichtbar machen. Der Weg der Photonen „Auf ihrem Weg vom Emissionsort zum Detektor passieren die Photonen Gewebe, mit dem sie wechselwirken. Dadurch wird ein Teil von ihnen gestreut oder absorbiert“, erklärt Georg Schramm, der als Doktorand an dem Forschungs- projekt beteiligt ist. „Abhängig vom Weg der Photonen fällt diese Schwächung sehr unterschiedlich aus.“ Denn der Anteil, der abgeschwächt wird, hängt von der Art und Menge des Gewebes zwischen Emissionsort und Detektor ab. So werden beispielsweise bei einer Hirnaufnahme rund 75 Prozent der Photonenpaare und bei einer Aufnahme des Körperstamms bis zu 95 Prozent der Photonenpaare vor der Detektion gestreut oder absorbiert. Erst wenn man die Schwächungs- korrektur anwendet, erhält man zutreffende Bilder. Aus diesen Aufnahmen kann der Arzt ablesen, wo sich der Radiotracer im Körper angereichert hat und vor allem wie stark. Bei gewöhnlichen PET-Geräten gibt es einen einfachen und bewährten Weg, um die Schwächungskorrektur zu ermitteln. Eine zusätzliche Strahlenquelle (Radionuklid oder Röntgen- röhre) rotiert um den Körper. So wird direkt das Abschwä- chungsverhalten des Patientenkörpers gemessen und für die Schwächungskorrektur herangezogen. Bei einem kombinier- ten PET-MRT-Gerät ist dies jedoch nicht möglich – die emp- findliche Anlage würde durch die rotierende Einheit gestört. Deshalb nutzt man einen Kunstgriff. „Aus dem MRT-Bild wird mit Algorithmen abgeleitet, wie groß die Dichte und somit die Photonenabschwächung des Körpers an verschiedenen Stellen ist“, erläutert Jens Maus. Diese indirekte Methode ist jedoch keineswegs trivial, da die Bildintensität in MRT- Aufnahmen nicht direkt im Verhältnis zur Gewebedichte steht, welche für das Schwächungsverhalten maßgebend ist. Deshalb wird in der MRT-basierten Schwächungskorrektur ein anatomisches MRT-Bild in Luft, Lungen- und Weichteilgewebe segmentiert. Jede Gewebeklasse bekommt einen bestimmten Schwächungswert zugeordnet, der in der Schwächungskor- rektur der PET-Aufnahme angewendet wird. Chirurgische Schrauben und Drähte verfälschen die Bilder Für die meisten Patienten liefert dieses Verfahren ganz gute Werte, wie die HZDR-Forscher herausgefunden haben. In einer Untersuchung, die sie gemeinsam mit der Uniklinik Dresden durchführten, wurden Patienten mit zwei verschiede- nen PET-Geräten untersucht. Zunächst erstellten die Wissen- schaftler Aufnahmen mit einem gewöhnlichen PET-Gerät, das die Schwächungskorrektur mithilfe einer rotierenden externen Quelle berechnet. Danach kam das kombinierte PET-MRT- Gerät zum Einsatz, das die Korrektur aus den MRT-Aufnahmen ableitet. Beim Vergleich der verschiedenen Bilder zeigte sich, dass die Abweichungen bei den meisten Patienten sehr klein sind. „Bei 90 Prozent unserer Patienten hat diese MRT- basierte Schwächungskorrektur gut funktioniert“, berichtet Jens Maus. Bei jedem Zehnten allerdings gab es Probleme und Abweichungen von bis zu 50 Prozent in der rekonstruierten Tracer-Verteilung. „Wenn im MRT-Bild irgendwelche Fehler auftauchen, kann die Software diese Fehler nicht eliminieren, sondern sie werden immer in die Schwächungsinformation übersetzt“, so der Informatiker Jens Maus. Die möglichen Feh- lerquellen sind vielfältig: Künstliche Hüftgelenke zählen dazu oder chirurgische Schrauben und Drähte im Körper. Deshalb arbeiten die HZDR-Forscher an einer verbesserten, segmentierten Schwächungskorrektur auf MRT-Basis, wie Georg Schramm beschreibt: „Dabei fließen nicht nur Informa- tionen aus dem MRT-Bild, sondern auch aus dem PET-Bild in die Gewebeklassifizierung ein. Die Gewebearten werden dann besser erkannt, und Artefakte lassen sich kompensieren. Wir erhalten damit ein verbessertes Schwächungsbild.“ Ihren neu- en Algorithmus haben die Forscher bereits an Patienten mit Endoprothesen untersucht. Auf einem MRT-Bild sind künstli- che Knie- oder Hüftgelenke wie ein blinder Fleck. Die Berei- che geben keine Signale ab, und führen so zu falschen Werten bei der Abschwächungskorrektur. Die kombinierte PET-MRT- Ganzkörper-Aufnahme liefert daher keine verlässlichen quanti- tativen Werte in diesen Regionen. Die falsche Schwächungs- information im Bereich von Hüft- und Knie-Endoprothesen ergibt eine deutliche Unterschätzung der Tracer-Anreicherung in diesen Bereichen. „Die Aufnahmen, die wir mit unserem Algorithmus und der verbesserten Segmentierung erhalten, können diese Artefakte kompensieren“, so Georg Schramm. „Die Bilder liegen näher an der Wahrheit!“ Die Forschungsergebnisse aus dem HZDR kommen bereits einzelnen Patienten zugute. „Die Ärzte informieren uns über Patientenaufnahmen, bei denen es offensichtlich Schwierig- keiten mit der Schwächungskorrektur gibt. Wir erstellen dann Projektion der Maximumintensitäten einer PET-Unter- suchung mit dem häufig verwendeten [18-F]FDG, re- konstruiert ohne (links) und mit Schwächungskorrektur (rechts). Die Aktivitätskonzentration in tiefliegenden Strukturen (Leber, Niere) wird im Bild ohne Schwä- chungskorrekur deutlich unterschätzt.

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