Neue, verbesserte Integrationskonzepte zur Hybridisierung von Positron-Emissions- und Magnet-Resonanz-Tomographie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volkmar Schulz
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288267690

Die Kombination aus Positron-Emissions-Tomographie (PET) mit seiner hohen Sensitivität und Magnetresonanztomographie (MRT), das die Aufnahme von Bildern mit hohem Weichgewebekontrast erlaubt, ermöglicht sowohl präklinische als auch klinische Forschungen, die die Aufnahme von sowohl funktionalen, metabolischen als auch anatomischen Bildern benötigen. Um die bestmögliche Qualität dieser Hybridtechnologie zu erreichen, sollten beide Bildaufnahmen simultan erfolgen. Neben besserer zeitlicher und örtlicher Koregistrierung der Datensätze ermöglicht die PET/MRT neue Techniken wie bspw. die Bewegungskorrektur. Die Integration beider Bildgebungsmodalitäten zu einem simultanen Hybridsystem stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da sich beide Systeme beeinflussen und bzgl. ihres Platzbedarfes konkurrieren. In den letzten Jahren wurden kombinierte PET/MRT-Prototypen unter der Randbedingung dieser Raum-Konkurrenz entwickelt, die neben einem eingeschränkten Sichtfeld eine Minderung der Leistungsfähigkeit beider Systeme bedingte, da sowohl die Sensitivität der PET als auch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) der MRT mit dem jeweiligen Volumen der Detektionselemente skaliert.Gegenstand dieses Antrages ist es, die genannte Raum-Konkurrenz durch neue Integrationskonzepte nahezu aufzuheben, in dem die Szintillationskristalle des PET-Systems in die Hochfrequenz(HF)-Spule des MRTs integriert werden. Hierdurch wird der Abstand zwischen HF-Resonator und dessen Schirm maximiert, was sich positiv auf das SNR-Verhalten des MRTs aber auch auf die PET-Sensitivität auswirken kann, da zusätzliches Szintillationsmaterial eingebracht werden kann. Um diese Integration zu ermöglichen, ergeben sich eine Vielzahl von Forschungsfragen, die in dem vorgeschlagenen Forschungsprojekt adressieren werden. Ziel ist die Integration einer volldigitalen PET/MRT-Ausleseelektronik, die digitale Silizium-Photomultiplier verwendet, in ein präklinisches Hochfeld-MRT-System (Bruker BioSpic 7020 USR). Um die auftretenden Forschungsfragen zu adressieren, werden zwei Demonstratoren aufgebaut, die das hohen Maß an Integration zeigen sollen. Hierbei dient der erste Demonstrator der Untersuchung der optischen Eigenschaften der neu zu entwickelnden HF-Schirmungs-Lichtleiter-Technologie und deren Auswirkung auf die PET-Performance wie bspw. die Kristallidentifizierung oder Energieauflösung. Der zweite Demonstrator dient als Forschungsplattform, um die Eignung von verschiedenen HF-Schirmungs-Materialien bzw. -Geometrien/-Topologien auf das SNR des MRTs zu untersuchen. Beide Demonstratoren sollen schließlich zu einem Hybrid-Demonstrator kombiniert werden, mit dem die PET- und MRT-Performance unter simultanen Akquisitionsbedingungen untersucht werden soll. Dies ermöglicht eine umfassende Evaluierung der zu entwickelnden Technologien hinsichtlich zukünftiger hoch-integrierte PET/MRT-Lösungen für präklinische und aber auch klinische Systeme.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Bernhard Blümich; Professor Dr.-Ing. Dirk Heberling