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Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bietet ein fortschrittliches molekulares Bildgebungsverfahren, mit dem Organfunktionen und physiologische Prozesse untersucht werden können. Seit ihrer Einführung in den 1950er Jahren und ihrer kontinuierlichen Weiterentwicklung haben PET-Scanner die Onkologie, Neurologie und Kardiologie revolutioniert. Sie ermöglichen wichtige Einblicke in die Organfunktionen, doch sie erreichen bisweilen ihre Grenzen. So mangelt es herkömmlichen PET-Scannern an der Genauigkeit der Interaktionstiefe, der Auflösung und der Echtzeit-Bildgebung, was zu Lücken in der Diagnose führen kann.
Das 4D-PET-Team des Obersten Rats für wissenschaftliche Forschung in Spanien wollte eine innovative und kostengünstige Alternative zum derzeitigen Modell schaffen. „Herkömmliche PET-Scanner weisen erhebliche Einschränkungen im Hinblick auf Tiefenerkennung und Präzision auf“, erklärt Projektkoordinator José María Benlloch Baviera, Direktor des Institute of Instrumentation for Molecular Imaging. „Unser Ziel war es, einen fortschrittlichen Ganzkörper-PET-Scanner mit einem neuen Detektorkonzept zu entwickeln, der Gammainteraktionen in 3D mit beispielloser Präzision erfasst.“
Das Ergebnis ist ein System, das die PET-Bildgebung neu definiert und Möglichkeiten eröffnet, die bisher nur im Science-Fiction-Genre zu finden waren.
Revolutionäres Design
Das Kernstück von 4D-PET ist sein innovatives Detektormodul. Im Gegensatz zu herkömmlichen PET-Scannern, die Pixel-Arrays verwenden, kommen bei 4D-PET vertikal gestapelte szintillierende Kristallplatten zum Einsatz. Dieses Design ermöglicht kontinuierliche Interaktionstiefe-Messungen und reduziert den Bedarf an aufwändiger Elektronik. Dadurch können die Kosten gesenkt werden, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Das neue System bietet eine räumliche Auflösung von 1,25 mm und eine zeitliche Auflösung von mehr als 200 Picosekunden. Somit ermöglicht es die detaillierte Darstellung winziger Hirnstrukturen wie der Substantia nigra und der Nuclei raphes, die beide für das Verständnis von psychischen Erkrankungen und Hirnkrankheiten entscheidend sind.
„Dank dieser feinen Auflösung können wir die verschiedenen Schichten der Großhirnrinde sowie kleinere Strukturen von der Größe eines Reiskorns sichtbar machen“, sagt Benlloch Baviera.
Tests in der realen Welt
Bislang wurde die Technologie in zwei PET-Scanner-Prototypen eingesetzt: einem präklinischen PET-Scanner für die Bildgebung bei Kleintieren und einem Gerät, das in der Größenordnung des Gehirns arbeitet. In Zusammenarbeit mit dem Universitätsspital Lausanne (CHUV) entwickelte das 4D-PET-Team den Prototyp des Gehirnscanners, der bemerkenswerte Ergebnisse erzielte.
Während klinischer Studien an Patienten im Hospital La Fe in Valencia lieferten die Scans mit dem 4D-PET-Gehirnscanner deutlich klarere Bilder der komplizierten Gehirnstrukturen – beinahe doppelt so klar wie aktuelle PET-Systeme – und boten damit schärfere Bilder für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen.
Transformation im Gesundheitswesen
Die Anwendungsmöglichkeiten von 4D-PET sind überwältigend. In der Neurologie ermöglicht seine Präzisionsfähigkeit die Darstellung winziger Gehirnstrukturen und kortikaler Schichten und eröffnet damit neue Möglichkeiten für Forschung und Behandlung. Darüber hinaus könnte ein Ganzkörperscanner die Immuntherapie revolutionieren, indem er die Wirksamkeit der Behandlung rasch bewertet und den Patienten unnötige Eingriffe erspart.
Die vielleicht spannendste Anwendung liegt jedoch in der interventionellen Radiologie. Dank seiner außergewöhnlichen zeitlichen Auflösung liefert 4D-PET die Voraussetzungen für „Scanner mit offenem Design“, die bei Verfahren wie Biopsien, Operationen und robotergestützten Eingriffen funktionelle Bilder in Echtzeit liefern können. Dieser Durchbruch könnte die Onkologie verändern, da es den Ärzten dadurch ermöglicht wird, Tumore mit noch nie erreichter Genauigkeit zu lokalisieren. Ein spanisches Unternehmen namens Oncovision hat bereits Interesse an seiner klinischen Anwendung gezeigt.
Die Zukunft der PET
Das Projekt wird seine Fortschritte in der PET-Bildgebung weiterhin auf wichtigen Konferenzen weltweit vorstellen. Mit laufender Unterstützung des spanischen Gesundheitsministeriums entwickelt das 4D-PET-Team derzeit einen Ganzkörper-Prototyp. Darüber hinaus ist geplant, mit weiteren Finanzhilfen die Möglichkeiten der Technologie weiter auszubauen, damit sie weltweit präzisere und wirksamere Bilder liefern kann.
Benlloch Baviera fasst zusammen: „Wir möchten die Technologie allen Patienten zur Verfügung stellen können. Sie muss für die Weltbevölkerung zugänglich sein, nicht nur für die Elite.“
Das Projekt 4D-PET wurde vom Europäischen Forschungsrat finanziert.