Funktionelle und Molekulare Emissions-Computertomographie

Funktionelle und molekulare Emissions-Computertomographie

Simulation und Darstellung des 11C-Positronenzerfalls in Gewebe, J. Peter ZMP Titelbild 16(1) 2006

Unsere Forschungsgruppe ist darauf ausgerichtet, den diagnostischen Wert von emissions-tomographischen Bildgebungssystemen zu verbessern und zu steigern, insbesondere im Hinblick auf Krebs. Dazu gehören die nuklearmedizinischen Bildgebungsverfahren Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) sowohl für klinische als auch für präklinische Anwendungen. Mit Schwerpunkt auf der präklinischen Bildgebung bei Kleintieren gehören dazu auch die optischen Modalitäten Biolumineszenz-Bildgebung (BLI) sowie fluoreszenzvermittelte Bildgebung (FMI) und fluoreszenzdiffusionsoptische Tomographie (DOT).

Forschungsthemen

  • Multimodale Emissionsbildgebungssysteme mit FMT, BLI, CT, SPECT
  • Synchromodale Emissionsabbildungssysteme mit FMT, BLI, MRI, PET
  • Simulationswerkzeuge für multimodale Bildgebungssysteme mit keV- und eV-Photonen
  • Monolithische PET-Detektoreinheiten für präklinische und Ganzkörper-PET
  • Plenoptische Bildgebungssysteme für in vivo FMT, BLI, DOT
  • Anthropomorphe und zoomorphe Phantome mit integrierten Tumorgeweben

Unsere Arbeitsgruppe ist Mitglied in der Crystal Clear Collaboration.

Einige unserer Projekte werden in einem echten multimodalen Instrumentenkontext geplant und umgesetzt. Dazu gehören Forschungsarbeiten zu PET-CT und PET-MRT (klinische Systeme) sowie zur optischen Bildgebung in Kombination mit anderen Modalitäten (großes Sichtfeld). Der weltweit erste dreifach modale SPECT-FMI/BLI-CT-Maus-Imager (linke Abbildung, oben: Frontansicht des trimodalen Bildgebungssystems, unten: fusionierte MIP-Ansicht der rekonstruierten CT-, SPECT- und 2D-FMT-Daten (Referenz)) wurde in dieser Forschungsgruppe gebaut.

Das Ziel dieses Instruments war die gleichzeitige Detektion von radioaktiv markierten pharmazeutischen Verteilungen (SPECT), fluoreszierenden molekularen Markern im nahen Infrarot (fluoreszenzvermittelte Bildgebung und Tomographie (FMI/FMT)) und/oder Biolumineszenz-Bildgebung (BLI) und hochauflösender Röntgentomographie (CT) mit axial unverschobenen (d.h. identischen), räumlich überlappenden Sichtfeldern (FOV) aller beteiligten Submodalitäten. Für die SPECT-Bildgebung wird ein kompakter Gamma-Detektor (Thomas Jefferson National Accelerator Facility, USA) eingesetzt. Er besteht aus einem 2x2-Array positionsempfindlicher Hamamatsu H8500-Photomultiplier-Röhren, die mit einem 66x66-Array optoentkoppelter 1,3x1,3x6 mm3 NaI(Tl)-Kristallelemente (St. Gobain) verbunden sind, was eine Gesamtdetektorfläche von 10x10 cm2 ergibt. An die Kamera können verschiedene Kollimatoren (Lochblende, Fächerstrahl, Parallelstrahl) für spezifische Abbildungszwecke angebracht werden. Als optisches Detektor-Teilsystem wird eine hochauflösende gekühlte CCD-Kamera der ORCA AG (Hamamatsu) verwendet, die einen progressiv abtastenden Interline-CCD-Chip mit einem 1344x1024-Pixel-Array und 12-Bit-Digitalausgang enthält. An der Gantry können verschiedene Laserquellen, die je nach Wellenlänge und Lichtleistung ausgewählt werden können, montiert werden. Das Röntgen-CT-Subsystem verwendet eine Apogee-Röntgenröhre der Serie 5000 (Oxford Instruments) mit einer maximalen Leistung von 50 W, bei 4 bis 50 kV, 0 bis 1 mA. Der Brennfleck hat eine Größe von 35µm und der Kegelwinkel beträgt 24 Grad. Der Röntgendetektor ist eine Shad-o-Box 2048 (Rad-icon Imaging Corp.), die einen 50x100 mm2 großen Gd2O2S-Szintillatorschirm enthält, der in direktem Kontakt mit einem CMOS-Fotodiodenarray mit 48µm Sensorpixelgröße steht. Das Integrationskonzept ist vollständig modular aufgebaut, wobei alle Komponenten auf einem gemeinsamen Gantry-System montiert sind, so dass eine Vielzahl von Anwendungen durchgeführt werden kann. Dieses Design ermöglicht eine höchstmögliche sub- und/oder multi-modale Leistung. Die gesamte Baugruppe ist in einem lichtdichten und gegen Gammastrahlen abgeschirmten Gehäuse untergebracht, das auf einem beweglichen Wagen montiert ist, der ein weiteres Gehäuse enthält, in dem sich die gesamte Elektronik für die Kamerasteuerung, die Datenauslesung, das Laserlicht, die Gantry- und Lineartischbewegung sowie die Hochspannungs- und Stromversorgung und die Arbeitsplatzrechner befinden. Mit unserem trimodalen Imager ist eine einheitliche simultane Datenerfassung, Bildrekonstruktion und fusionierte planare und tomographische Bilddarstellung möglich, so dass inhärent registrierte, potenziell dreidimensionale Fluoreszenz- und Radiopharmaka-Verteilungskarten mit molekularen und funktionellen Informationen erstellt werden können, die mit der Anatomie des abgebildeten Objekts korreliert sind, das durch Röntgenstrahlen dargestellt wird.

Kontakt

1 Mitarbeiter:innen

  • Dr. Jörg Peter

    Arbeitsgruppenleiter

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