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Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie

Prof. Dr. sc. techn. Mark E. Ladd

Konventionelle mit Gadolinium-Kontrastmittel verstärkte MRT-Aufnahme (links) zusammen mit einem pH-gewichteten Amid-CEST-Bild (rechts) bei einem Patienten mit einem Hirntumor (Glioblastoma), aufgenommen mit dem 7 Tesla MRT. Die Chemical-Exchange-Saturation-Transfer-(CEST-)Bildgebung ermöglicht die Erfassung von Amid-Protonen in Eiweißen durch indirekte Modulation des Wasser-Signals. Der endogene Amid-CEST-Kontrast grenzt das Tumorgebiet sehr ähnlich wie das konventionelle Bild ab, allerdings ohne die Notwendigkeit eines intravenösen Kontrastmittels (Zaiss M. & Bachert P. (2013). Chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR Z-spectroscopy in vivo: a review of theoretical approaches and methods. Physics in Medicine and Biology, 58, R221–R269).
Vergrößerte Ansicht Konventionelle mit Gadolinium-Kontrastmittel verstärkte MRT-Aufnahme (links) zusammen mit einem pH-gewichteten Amid-CEST-Bild (rechts) bei einem Patienten mit einem Hirntumor (Glioblastoma), aufgenommen mit dem 7 Tesla MRT. Die Chemical-Exchange-Saturation-Transfer-(CEST-)Bildgebung ermöglicht die Erfassung von Amid-Protonen in Eiweißen durch indirekte Modulation des Wasser-Signals. Der endogene Amid-CEST-Kontrast grenzt das Tumorgebiet sehr ähnlich wie das konventionelle Bild ab, allerdings ohne die Notwendigkeit eines intravenösen Kontrastmittels (Zaiss M. & Bachert P. (2013). Chemical exchange saturation transfer (CEST) and MR Z-spectroscopy in vivo: a review of theoretical approaches and methods. Physics in Medicine and Biology, 58, R221–R269).

Die Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie spielt eine zentrale Rolle bei allen bildbasierten diagnostischen und therapeutischen Verfahren. Sie entwickelt neue und optimiert bereits vorhandene Methoden. Um die Behandlung von Krebspatienten zu verbessern und zu individualisieren, ist es essentiell, quantitative biomedizinische Informationen über die metabolischen, physiologischen und funktionellen Parameter von Tumoren und Metastasen zu gewinnen. So verbessern wir zum Beispiel die diagnostische Aussagekraft der Magnetresonanztomographie (MRT) durch die Nutzung starker Magnetfelder (7 Tesla), um die Darstellung der Verteilung von Natrium (Na-23), Sauerstoff (O-17) und sogar Kalium (K-39) in vivo zu ermöglichen. Durch die Weiterentwicklung von MRT-Diffusionsmessverfahren erhalten wir zusätzliche Informationen über zelluläre Membranen und den inkohärenten Kapillarfluss im Tumorgewebe. Computertomographische (CT) Verfahren, die durch eine erhebliche Reduzierung der Strahlenbelastung die CT-basierte Fluoroskopie ermöglichen oder bewegungsinduzierte Artefakte verringern, gehören ebenso zum Fokus unserer Arbeit. Des Weiteren entwickeln wir nichtinvasive diagnostische Methoden für den in vivo Nachweis und die funktionelle Charakterisierung von Metastasen auf mikromorphologischer Ebene. Wir versuchen neue Kontrastmittel zu entwickeln, die eine gezielte Bindung mit Tumormarkern erlauben. Die Kombination mit unterschiedlichen bildgebenden Modulen ermöglicht es uns, molekulare Prozesse im relevanten pharmakologischen Kontext mittels verschiedener biophysikalischer Verfahren (MRT, CT, Positronenemissions-Tomographie (PET), Optische Bildgebung) zu beobachten.

Die Abteilung wird weiterhin ein Kompetenzzentrum für die onkologische Bildgebung bleiben und ihre Unterstützung der klinischen Abteilungen fortführen und weiter ausbauen. Neue Aufnahme- und Rekonstruktionsmethoden für verschiedene Bildgebungsverfahren, die die Diagnostik und Therapiekontrolle verbessern, befinden sich derzeit in der Entwicklung. Auch untersuchen wir molekulare Bildgebungsverfahren einschließlich der Entwicklung multimodaler Tomographen für die Kleintierbildgebung, die u.a. die Darstellung der Metastasierung verbessern. Zu den wesentlichen Zielen für die Zukunft gehören Forschungsprojekte , die sich mit dem 7 Tesla-MRT und dem kürzlich in Betrieb genommenen MR-PET beschäftigen. So arbeiten wir intensiv an der Überwindung technischer Hürden, um die Bildgebung des menschlichen Rumpfs bei 7 Tesla zu ermöglichen. Dadurch könnten wir Techniken zur Darstellung des Gehirns übertragen und die Vorteile der verbesserten Sensitivität des hohen Magnetfelds bei der Visualisierung von Organen wie der Leber, den Nieren und der Prostata nutzen. Als Teil einer abteilungsübergreifenden Initiative am DKFZ setzen wir eine Vielzahl an Bildgebungstechniken ein, um die Charakterisierung des Prostatakarzinoms zu verbessern und dadurch unnötige Therapien zu vermeiden.

Ausgewählte Publikationen

Kuder T.A. et al. (2013). Diffusion pore imaging by hyperpolarized xenon-129 nuclear magnetic resonance. Physical Review Letters, 111, 028101.

Umathum R. et al. (2013). In vivo 39K MR imaging of human muscle and brain. Radiology, 269, 569–576.

Flach B. et al. (2013). Low dose tomographic fluoroscopy: 4D intervention guidance with running prior. Medical Physics, 40, 101909.

Mühlhausen U. et al. (2011). A novel PET tracer for the imaging of αvβ3 and αvβ5 integrins in experimental breast cancer bone metastases. Contrast Media & Molecular Imaging, 6, 413–420.

Letzte Aktualisierung: 10.09.2015 Seitenanfang