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Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie

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

MR-Bilder und Parameterkarten für einen 65-jährigen Patienten mit Prostatakarzinom (Pfeile). (a) Konventionelles T2-gewichtetes Bild, in welchem die Läsion hypointens erscheint. (b) Diffusionsgewichtetes Bild aufgenommen mit einer MR-Sequenz, welche die thermische Bewegung der Wassermoleküle in biologischem Gewebe ausnutzt, um die Mikrostruktur abzutasten. Im Tumorbereich ist der Wasser-Diffusionskoeffizient reduziert wegen des ausgeprägteren Vorhandenseins von Diffusionshindernissen wie Zellmembranen. Dies führt zu einer deutlichen Signalzunahme, welche aussagekräftiger ist als die Signalabnahme in T2. (c) und (d) zeigen die Möglichkeit, die Moleküle verschiedene Zeitspannen lang diffundieren zu lassen, so dass die Diffusionshindernisse auf verschiedenen Längenskalen abgetastet werden. Hierbei wurden eine Spinecho-Sequenz (TE = 70 ms) sowie stimulierte Echos eingesetzt mit Mischungszeiten TM von 250 ms (Mitte) und 500 ms (rechts). (c) Farbkodierte Darstellung des gemessenen Diffusionskoeffizienten Dapp für die drei Diffusionszeiten. Dapp ist bestimmt durch die mittlere Teilchenverschiebung, die im Tumorbereich reduziert ist. Mit zunehmender Diffusionszeit ist eine leichte Abnahme von Dapp zu verzeichnen. (d) Darstellung der Diffusions-Kurtosis Kapp, die Abweichungen von freier gaußscher Diffusion anzeigt und somit die Präsenz von Zellmembranen, welche die Diffusionsbewegung behindern. Kapp fällt ebenfalls mit steigender Diffusionszeit ab. Diese Zeitabhängigkeit könnte Zusatzinformationen hinsichtlich der Gewebestruktur beinhalten. (Modifiziert aus Kuder T.A., Laun F.B., Bonekamp D., Röthke M.C., Einfluss der Diffusionszeit auf die mittels Diffusions-Kurtosis-Bildgebung gemessenen Parameter bei Patienten mit Prostatakarzinom, Proceedings of the German Section of the ISMRM, 2016)
Vergrößerte Ansicht MR-Bilder und Parameterkarten für einen 65-jährigen Patienten mit Prostatakarzinom (Pfeile). (a) Konventionelles T2-gewichtetes Bild, in welchem die Läsion hypointens erscheint. (b) Diffusionsgewichtetes Bild aufgenommen mit einer MR-Sequenz, welche die thermische Bewegung der Wassermoleküle in biologischem Gewebe ausnutzt, um die Mikrostruktur abzutasten. Im Tumorbereich ist der Wasser-Diffusionskoeffizient reduziert wegen des ausgeprägteren Vorhandenseins von Diffusionshindernissen wie Zellmembranen. Dies führt zu einer deutlichen Signalzunahme, welche aussagekräftiger ist als die Signalabnahme in T2. (c) und (d) zeigen die Möglichkeit, die Moleküle verschiedene Zeitspannen lang diffundieren zu lassen, so dass die Diffusionshindernisse auf verschiedenen Längenskalen abgetastet werden. Hierbei wurden eine Spinecho-Sequenz (TE = 70 ms) sowie stimulierte Echos eingesetzt mit Mischungszeiten TM von 250 ms (Mitte) und 500 ms (rechts). (c) Farbkodierte Darstellung des gemessenen Diffusionskoeffizienten Dapp für die drei Diffusionszeiten. Dapp ist bestimmt durch die mittlere Teilchenverschiebung, die im Tumorbereich reduziert ist. Mit zunehmender Diffusionszeit ist eine leichte Abnahme von Dapp zu verzeichnen. (d) Darstellung der Diffusions-Kurtosis Kapp, die Abweichungen von freier gaußscher Diffusion anzeigt und somit die Präsenz von Zellmembranen, welche die Diffusionsbewegung behindern. Kapp fällt ebenfalls mit steigender Diffusionszeit ab. Diese Zeitabhängigkeit könnte Zusatzinformationen hinsichtlich der Gewebestruktur beinhalten. (Modifiziert aus Kuder T.A., Laun F.B., Bonekamp D., Röthke M.C., Einfluss der Diffusionszeit auf die mittels Diffusions-Kurtosis-Bildgebung gemessenen Parameter bei Patienten mit Prostatakarzinom, Proceedings of the German Section of the ISMRM, 2016)

Die Abteilung Medizinische Physik in der Radiologie hat bei allen bildbasierten diagnostischen und therapeutischen Verfahren eine zentrale Stellung, sowohl für die Entwicklung neuer als auch für die Optimierung bereits vorhandener Methoden. Um Therapien zu verbessern und individuell an den Patienten anpassen zu können, ist es notwendig, quantitative biomedizinische Informationen von Tumoren und Metastasen zu erhalten. Hierzu gehört z.B. eine verbesserte diagnostische Aussagekraft der Magnetresonanztomographie (MRT) durch die Nutzung starker Magnetfelder (7 Tesla), um in vivo die Verteilung von Natrium (Na-23), Sauerstoff (O-17) als auch Kalium (K-39) und Chlor (Cl-35) darzustellen. Mittels verbesserter Techniken der diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie konnten beim Mammographie-Screening große Fortschritte in der diagnostischen Zuverlässigkeit erzielt werden. Außerdem entwickeln wir Computertomographische (CT) Verfahren, die eine erhebliche Reduzierung der Strahlenbelastung ermöglichen, mit dem Ziel, minimal-intensive Eingriffe mittels 3-D Bildgebung durchzuführen. Des Weiteren entwickeln wir neue Kontrastmittel, die eine gezielte Bindung an Tumormarker ermöglichen. Dieser Ansatz erlaubt die Nutzung verschiedener Bildgebungstechniken (MRT, CT, Positronenemissions-Tomographie (PET), Optische Bildgebung), um molekulare Prozesse zu beobachten und in vivo Metastasen aufzuspüren, auch auf mikromorphologischer Ebene.

Unsere Abteilung baut kontinuierlich ihre Position als Kompetenzzentrum für die onkologische Bildgebung weiter aus. In Zusammenarbeit mit den klinischen Abteilungen werden neue Aufnahme- und Rekonstruktionsmethoden für verschiedene Bildgebungsverfahren in die klinische Routine umgesetzt. Hierzu gehören Bildgebungsprotokolle auf dem neusten Stand der Technik für die MR-Tomographen, die im Nationalen Zentrum für Tumorerkrankungen (NCT) eingesetzt werden. Aufkommende Techniken umfassen u.a. die MR-Bildgebung mittels Natrium und Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) Bildgebung, als auch quantitative suszeptibilitätsgewichtete Bildgebung. Bei 7 Tesla haben wir ein gemeinsames Forschungsprogramm gestartet, das sich auf eine verbesserte Charakterisierung des Prostatakarzinoms fokussiert. Der Bau des neuen Radiologischen Entwicklungszentrums (REZ) geht zügig voran, und diese neue Einrichtung wird uns ganz neue Forschungsmöglichkeiten bieten.

Ausgewählte Publikationen

Bickelhaupt, S., Laun, F., et al. (2016). Fast and noninvasive characterization of suspicious lesions detected at breast cancer X-ray screening: capability of diffusion-weighted MR imaging with MIPs. Radiology, 278, 689-697.

Faby, S., et al. (2015). Performance of today's dual energy CT and future multi energy CT in virtual non-contrast imaging and in iodine quantification: a simulation study. Medical Physics, 42, 4349-4366.

Goerke, S., et al. (2015). Signature of protein unfolding in chemical exchange saturation transfer imaging. NMR in Biomedicine, 28, 906-913.

Niesporek, S.C., et al. (2015). Partial volume correction for in vivo (23)Na-MRI data of the human brain. Neuroimage, 112, 353-363.

Letzte Aktualisierung: 09.06.2016 Seitenanfang