SIEMENS

Das 1834 gegründete Münchner Klinikum rechts der Isar (MRI), das seit 1967 Universitätsklinikum der Technischen Universität München ist, ist nicht nur ein traditionsreiches Krankenhaus. Es genießt auch international hohes Ansehen für wissenschaftlichen Fortschritt: 2008 sorgte die erfolgreiche Transplantation von zwei kompletten Armen bei einem Menschen weltweit für Furore, und im November 2010 stand das MRI erneut mit einer Weltneuheit im Rampenlicht. Siemens Healthcare hatte in der Nuklearmedizinischen Klinik des Klinikums das erste vollintegrierte Ganzkörper- MR-PET-System installiert. Es befindet sich seitdem im klinischen Anwendungstest.

Das Besondere an diesem 3-Tesla-Hybrid- System namens Biograph mMR ist, dass es erstmals zwei wichtige bildgebende Verfahren in einem Gerät vereint: die Positronen-Emissions- Tomographie (PET) und die Magnetresonanz- Tomographie (MRT). Es sind zwei Verfahren, die sich in ihren Funktionen deutlich unterscheiden und die sich ergänzende Informationen über Erkrankungen liefern. Denn während ein MRT millimetergenaue Bilder von den Organen des menschlichen Körpers erzeugt, untersucht ein PET vor allem den Stoffwechsel der Zellen.

„Der Biograph mMR ermöglicht uns erstmals, Ganzkörperaufnahmen mit MRT und PET zur gleichen Zeit zu erstellen und zu überlagern“, erklärt Prof. Dr. Markus Schwaiger. Der Leiter der Nuklearmedizinischen Klinik verspricht sich viel vom klinischen Anwendungstest. „Wir konzentrieren uns auf den Einsatz in der Onkologie – also bei Patienten mit Krebserkrankungen. Hier interessiert uns der Mehrwert des Systems gegenüber den jetzt existierenden Untersuchungsmethoden. Wir erhoffen uns dadurch bessere und genauere Diagnosen.“

Schwaigers Hoffnungen kommen nicht von ungefähr. So können Ärzte mit dem Biograph mMR in einer Untersuchung nicht nur erkennen, ob ein Tumor in seiner Größe geschrumpft ist, sondern zum Beispiel auch, ob sein Energieverbrauch und somit der Stoffwechsel zurückgegangen ist. Daraus lässt sich etwa schließen, dass der Tumor auf verabreichte Medikamente reagiert und die Therapie (etwa eine Chemotherapie) in dieser Art fortgesetzt werden soll. Auch die Diagnose neurodegenerativer Erkrankungen kann mit dem neuen Gerät unterstützt werden, etwa indem man bestimmte Hirnareale mit nachlassender Aktivität identifiziert – ein Hinweis unter anderem auf Demenz. Von der Kombination von PET und MRT in einem Gerät verspricht sich Prof. Dr. Hermann Requardt, CEO des Sektors Healthcare, große Vorteile: „Wir können die Herausforderung unserer Gesundheitssysteme nur meistern, wenn wir Krankheiten so früh und so genau wie möglich erkennen, entsprechend therapieren und dabei die Kostenentwicklung im Blick behalten“, erklärt er. „Denn nichts ist teurer als eine Therapie, die nicht wirkt, oder eine gegen eine Krankheit, die der Patient gar nicht hat.“

„Die klinischen Anwendungstests helfen uns, den Verlauf von Krankheiten zu beobachten und mit den gewonnenen Informationen einen dezidierten Therapieplan für den einzelnen Patienten zu entwickeln“, erläutert Prof. Schwaiger. „Darüber hinaus können wir Tumore besser unterscheiden oder Biopsien wesentlich exakter als sonst ansetzen – somit erhöht sich auch der Komfort für den Patienten erheblich.“ Gleichzeitig soll das neue Gerät Fortschritte bei der Entwicklung neuer Biomarker und Erkenntnisse für neue Therapieansätze bringen, bei Krebs- und Herzerkrankungen ebenso wie in der Neurologie. Da die MRT zur Visualisierung von Körperteilen keine Strahlung sondern Magnetfelder verwendet, ist die Untersuchung besonders auch für Kinder sowie allgemein in der Nachkontrolle geeignet.

Neben der räumlichen und zeitlichen Präzision hat der Biograph mMR weitere Vorteile: In nur etwa 30 Minuten können gleichzeitig MRund PET-Bilder des gesamten Körpers aufgenommen werden. Bisher mussten dafür zwei getrennte Untersuchungen durchgeführt und die Bilder anschließend überlagert werden. Da sich zwischen den Untersuchungen der Patient und seine Organe jedoch immer ein wenig bewegen, ging dies zu Lasten der Genauigkeit. Die simultanen Aufnahmen im Biograph mMR sind präziser – und zudem ist es für den Patienten angenehmer, da er nur einmal untersucht wird.

Kombinations-Trick. Warum aber gelang es erst jetzt, MRT und PET in einem System zu kombinieren? „Zum einen liegt das an der technischen Schwierigkeit, zwei Geräte, die beide sehr groß sind, zu vereinen. Zum anderen galt es aber vor allem auch, technische Grenzen zu überwinden“, erklärt Walter Märzendorfer, Leiter des Geschäftsgebietes Magnetresonanz-Tomographie. Um diese Schranken überwinden zu können, haben die Siemens-Geschäftsgebiete Molecular Imaging (MI) im US-amerikanischen Illinois und Märzendorfers Team in Erlangen ihre Expertise zusammengeführt und zudem ein riesiges weltweites Netzwerk von Entwicklungspartnern involviert – unter anderem Forscher der Universitätsklinik Tübingen, vom Forschungszentrum Jülich, dem Athinoula A. Martinos Center in Boston und der Emory Universität in Atlanta. „Das war beispielhafte Teamarbeit“, sagt Märzendorfer.

Ein wichtiger Ansatz der Entwickler war es, den PET-Detektor entscheidend zu verändern. Beim PET-Verfahren entstehen im Körper des Patienten Gammaquanten. Sie führen in Szintillationskristallen im vorderen Teil des Detektors zur Emission von Lichtquanten. Diese Photonen wurden bisher von Photomultipliern – das sind mehrere Zentimeter große Elektronenröhren – elektronisch verstärkt und schließlich gemessen. Dabei erzeugen die Photomultiplier eine Kaskade von Elektronen – die allerdings würden vom Magnetfeld eines MR-Tomographen so stark abgelenkt, dass kein sinnvolles Signal messbar wäre. Die Integration eines PET-Detektors in einen MRT schien daher unmöglich.

„Im Biograph mMR haben wir die Photomultiplier gegen Avalanche-Photodioden (APD) aus - getauscht, die nur einem Bruchteil der Größe der Elektronenröhren entsprechen“, verrät Dr. Matthias Schmand, Forschungs- und Entwicklungsleiter für PET-Detektoren. Zwar messen auch die APDs einen Elektronenstrom, der durch die Lichtteilchen verursacht wird. Dies geschieht jedoch innerhalb eines Halbleiterschichtsystems, das nicht empfindlich auf äußere Magnetfelder reagiert. „Gleichzeitig gelang mit den APDs auch die Überwindung der zweiten Hürde“, freut sich der PET-Experte: „Sie sind klein genug, um sie im Gehäuse des MRT unterzubringen.“

Schritt für Schritt. Bevor der Biograph mMR voraussichtlich in der zweiten Hälfte 2011 zunächst auf den europäischen Markt kommt, werden Siemens und die Nuklearmedizinische Klinik erst einmal prüfen, wie sich das System während des Anwendungstests in die alltäglichen Klinik-Abläufe einfügt, inklusive Training des Personals und der Planung der Patientenuntersuchungen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei auch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die das Thema MR-PET in Deutschland in großem Umfang vor allem auf der klinisch-wissenschaftlichen Seite finanziell unterstützt. Neben dem Biograph mMR in München werden in Deutschland im Laufe des Jahres 2011 mindestens vier weitere dieser molekularen Scanner installiert, voraussichtlich in Tübingen, Essen und Leipzig. „Der Biograph mMR wird ein wichtiges Instrument sein, die personalisierte Medizin weiter voranzutreiben und Krankheiten wie Alzheimer besser zu verstehen“, ist Walter Märzendorfer überzeugt. Eine technologische Revolution also, die im Klinikum rechts der Isar ihren Lauf nimmt. Es wäre in den vergangenen 177 Jahren nicht das erste Mal, dass hier medizinische Maßstäbe gesetzt werden.