Simultane PET-MR-Bildgebung
Die simultane Positronen-Emissions-Tomographie (PET) – Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung kombiniert die ausgezeichnete Sensitivität von PET mit der Vielseitigkeit und Flexibilität von MRT. PET-MR erlaubt es, Stoffwechselprozesse auf molekularer Ebene zu verfolgen und liefert zusätzlich hochaufgelöste anatomische Bilder mit exzellentem Weichteilkontrast und Informationen über Blutfluss und mikroskopische Gewebestrukturen in einer Untersuchung. Dies macht PET-MR zu einem besonders in der Onkologie und Kardiologie vielversprechenden Verfahren.
Schwächungskorrektur
Auf Grund der unterschiedlichen Dichte von verschiedenen Gewebearten kommt es zu einer unterschiedlichen Schwächung des PET-Signals auf dem Weg zum Detektor (z. B. hat Knochen eine höhere Dichte als Lunge und führt zu einer stärkeren Schwächung). Die Schwächungskorrektur kompensiert diesen Effekt mit Hilfe von Schwächungsbildern und erlaubt so eine quantitative PET-Untersuchung.
Für simultane PET-MR-Scans im Thorax oder Abdomen werden diese Schwächungsbilder in einer Atemanhaltephase aufgenommen. Der PET-Scan erfolgt aber während normaler Atmung, was zu Fehlern zwischen Schwächungsbildern und PET Daten führen kann. Wir arbeiten an neuen Verfahren, die es erlauben, die Schwächungsbilder während normaler Atmung aufzunehmen, ohne die Qualität der PET-Quantifizierung zu beeinträchtigen. Zusätzlich liefern diese Methoden Bewegungsinformationen, die für bewegungskompensierte MR- und PET-Bildrekonstruktionen verwendet werden können.
Für die Schwächungskorrektur im Abdomen werden die MR-Daten während einer Atemanhaltephase aufgenommen (Standard). Dies kann zu Fehlern in der PET-Rekonstruktion führen, da die PET-Daten während normaler Atmung aufgenommen werden. Wir arbeiten an Verfahren, die die Schwächungskorrekturdaten während freier Atmung aufnehmen (Dixon-RPE). Aus diesen Daten werden dann Bewegungsfelder bestimmt, die sowohl für eine bewegungskompensierte MR- als auch PET-Bildrekonstruktion verwendet werden können.
Bewegungskompensierte Bildrekonstruktion
Die simultane Aufnahme von MR- und PET-Daten ermöglicht ganz neue Ansätze für die bewegungskompensierte Bildrekonstruktion. Bewegungsinformation kann von einer Modalität auf die andere übertragen werden und MR- und PET-Daten können kombiniert werden, um die Genauigkeit bei der Bestimmung von Bewegungsinformation zu verbessern.
In der Kardiologie kann PET-MR z. B. verwendet werden, um sowohl Atem- als auch Herzbewegung zu bestimmen und zu korrigieren. Dies führt zu einer Verbesserung der PET-Quantifizierung um über 30 %.
In den MR und PET Bildern ohne Bewegungskorrektur (uncorr) führt die Atembewegung und der Herzschlag zu einer unscharfen Darstellung von anatomischen Strukturen. Durch die Korrektur von beiden Bewegungen, kann die Bildqualität beider Modalitäten stark verbessert werden.
Klinische Anwendungen
Die simultane PET-MR-Bildgebung liefert eine Reihe von komplementären diagnostischen Informationen und verspricht ein wichtiges Verfahren für die Krebsdiagnose und Krebsbehandlung, aber auch für kardiale Anwendungen zu werden.
Die PTB ist Teil eines Konsortiums unter der Leitung der Charité-Universitätsmedizin Berlin, das das erste PET-MR-Gerät für Ganzkörperuntersuchungen in Berlin betreibt. Wir arbeiten dabei mit Dr. Winfried Brenner von der Klinik für Nuklearmedizin und Dr. Marcus Makowski von dem Institut für Radiologie an der Charité Berlin zusammen, um Verfahren für dieses neue Gerät zu entwickeln und diese so schnell als möglich Patienten zu Gute kommen zu lassen.
Aktuelle Projekte
Korrektur der Atembewegung für simultane PET-MR Aufnahmen der Leber
Im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs BIOQIC (BIOphysical Quantitative Imaging Towards Clinical Diagnosis) werden in Zusammenarbeit mit der Charité Berlin neue Verfahren entwickelt, um die Atembewegung der Leber mittels MR zu bestimmen. Diese Bewegungsinformation wird dann verwendet um die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von quantitativen MR und PET Bilder zu verbessern.
Kooperationspartner:
Prof. Dr. Marcus Makowski, Institut für Radiologie, Charité Berlin, Deutschland
Prof. Dr. Winfried Brenner, Klinik für Nuklearmedizin, Charité Berlin, Deutschland
Aufnahme von Schwächungskorrekturdaten in unterschiedlichen Atemzuständen für eine bewegungskompensierte PET-Rekonstruktion
Information über die Schwächung von PET-Signalen auf Grund von unterschiedlichen Gewebedichten sind notwendig, um quantitative PET-Bildgebung durchführen zu können. Für PET-MR-Anwendungen werden diese Schwächungskorrekturdaten mit einer Multiecho-Aufnahme bestimmt. Wir haben ein MR-Aufnahmeverfahren entwickelt, das nicht nur Schwächungskorrekturdaten, sondern auch Bewegungsinformation über die Atmung liefert. Damit kann eine bewegungskompensierte PET-Bildrekonstruktion durchgeführt werden, die zu einer verbesserten Bildqualität und genaueren Quantifzierung führt.
Weitere Informationen zur Bewegungskomensation
Kooperationspartner:
Division of Imaging Sciences and Biomedical Engineering, King’s College London, UK
Siemens Healthcare, Research Collaborations, Frimley, UK
Ausgewählte Literatur
C. Kolbitsch, R. Neji, M. Fenchel, A. Mallia, P. Marsden, T. Schaeffter,
Respiratory-resolved MR-based attenuation correction for motion-compensated cardiac PET-MR
Physics in Medicine & Biology 63, 135008 (2018).
C. Kolbitsch, R. Neji, M. Fenchel, A. Mallia, P. Marsden, T. Schaeffter,
Fully integrated 3D high-resolution multicontrast abdominal PET-MR with high scan efficiency
Magnetic Resonance in Medicine 79, 900-911 (2018).
C. Kolbitsch, M. Ahlman, C. Davies-Venn, R. Evers, M. Hansen, D. Peressutti, P. Marsden, P. Kellman, D. Bluemke, T. Schaeffter
Cardiac and Respiratory Motion Correction for Simultaneous Cardiac PET/MR
Journal of Nuclear Medicine 58, 846-852 (2017).
C. Munoz, C. Kolbitsch, A. Reader, P. Marsden, T. Schaeffter, C. Prieto
MR-Based Cardiac and Respiratory Motion-Compensation Techniques for PET-MR Imaging
PET Clinics 11, 179-191 (2016).
D. Balfour, P. Marsden, I. Polycarpou, C. Kolbitsch, A. King
Respiratory motion correction of PET using MR-constrained PET-PET registration
BioMedical Engineering OnLine 14, 85 (2015).
C. Kolbitsch, C. Prieto, C. Tsoumpas, T. Schaeffter
A 3D MR-acquisition scheme for nonrigid bulk motion correction in simultaneous PET-MR
Medical Physics 41, 082304 (2014).
C. Baumgartner, C. Kolbitsch, D. Balfour, P. Marsden, J. McClelland, D. Rueckert, A. King
High-resolution dynamic MR imaging of the thorax for respiratory motion correction of PET using groupwise manifold alignment
Med Image Anal 18, 939-52 (2014).
Kontakt
Dr. Christoph Kolbitsch
Telefon: (030) 3481-7761
E-Mail:
christoph.kolbitsch(at)ptb.de
Anschrift
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Abbestraße 2–12
10587 Berlin