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Physik der Medizinischen Bildgebung (INM-4)
Das Institut Physik der Medizinischen Bildgebung (INM-4) konzentriert sich auf die Entwicklung, experimentelle Validierung und klinische Prüfung neuer Bildgebungsmethoden des Gehirns.
Hirn-Scans auf neuem Level
Jülicher Bildgebungstechnik ermöglicht präzise Einblicke in Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns
07.04.2025
Das Forschungszentrum Jülich hat eine wegweisende Technologie für die Bildgebung am Menschen weiterentwickelt, mit der Forschende gleichzeitig die Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns präziser als bisher möglich erfassen können. Möglich macht es der BrainPET-7T-Tomograf: Er kombiniert die Magnetresonanztomografie (MRT) mit der Positronen-Emissions-Tomografie (PET), wodurch in einem einzigen Scan hochauflösende Bilder von Struktur, Funktion und Stoffwechsel des Gehirns bei einer Magnetfeldstärke von 7 Tesla erstellt werden können – ein bedeutender Schritt für die frühzeitige Diagnose und Therapie neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson. Die ersten Tests mit Probanden sind für dieses Jahr vorgesehen. Dabei wird die Technologie erstmals im praktischen Einsatz getestet und ihr Mehrwert für die neurowissenschaftliche Forschung und klinische Anwendungen bewertet.
Erste Tests belegen die hohe Präzision des BrainPET-7T-Tomografen: Das System erreicht eine hohe räumliche Auflösung von etwa 1,6 Millimetern. Damit lassen sich dreidimensionale Bilder des Gehirns mit 3,5 Millionen Bildelementen darstellen – ein deutlicher Fortschritt gegenüber älteren Systemen mit bisher nur 500.000 Bildelemente. Außerdem zeichnet sich der BrainPET-7T-Tomograf durch eine überdurchschnittliche Empfindlichkeit aus: Er erfasst im Zentrum des Bildes mehr als 11 Prozent der von den Tracern abgegebenen Gamma-Strahlen, wodurch besonders präzise Bilder entstehen können. Diese Tracer sind leicht radioaktiv markierte Substanzen, die gezielt Stoffwechselaktivitäten im Gehirn sichtbar machen. Die hohe Empfindlichkeit erhöht die Detailtiefe der Aufnahmen und ermöglicht den Forschenden genauere Einblicke in den Hirnstoffwechsel – also die biochemischen Prozesse im Gehirn – und die Hirnfunktion.
Entscheidend für diese Detailgenauigkeit ist die hohe Magnetfeldstärke von 7 Tesla. Zum Vergleich: Standard-MRTs in Kliniken arbeiten mit 1,5 oder 3 Tesla. Die höhere Magnetfeldstärke des Ultra-Hoch-Feld-Systems sorgt für ein deutlich besseres Signal und damit für schärfere Bilder, die selbst feinste Strukturen im Gehirn sichtbar machen.
Diese Kombination aus Schärfe und Empfindlichkeit liefert detailreiche Bilder und präzise Daten, die wichtige Erkenntnisse über die Funktionsweise des Gehirns ermöglichen. Zusammen mit dem Siemens Magnetom Terra 7T-MRT-Scanner setzt das System neue Maßstäbe in der PET/MRT-Bildgebung. Durch die simultane und genaue Aufnahme von MRT- und PET-Daten werden mehrere Untersuchungen überflüssig, die für Patient:innen mühsam und anstrengend sein können. Die Technologie hat das Potenzial, die Diagnose und Therapie neurologischer Erkrankungen grundlegend zu verbessern und die Grundlagenforschung auf ein neues Niveau zu heben.
„Mit dem BrainPET-7T-Tomograf betreten wir eine neue Ära der Bildgebungstechnologie, die sowohl die Hirnforschung als auch klinische Anwendungen revolutionieren könnte“, erklärt Prof. Jon Shah, Leiter des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin am Forschungszentrum Jülich.
Bereits 2009 galt ein MR-PET-System mit 9,4 Tesla als vielversprechende Technologie für hochauflösende Hirnscans. Jedoch verfügte der damalige PET-Tomograf über eine limitiertere Bildqualität und es konnten nicht alle Hürden für eine regelmäßige Anwendung in der Forschung überwunden werden. Mit dem neuen 7T-BrainPET-Tomograf ist nun dieser entscheidende Schritt gelungen. In diesem Jahr sollen erstmals Scans mit menschlichen Probanden durchgeführt werden. Im internationalen Vergleich ist das Jülicher System führend.
Dieses Projekt ist das Ergebnis einer institutsübergreifenden Zusammenarbeit, die von mehreren Instituten des Forschungszentrums Jülich vorangetrieben wird: dem Institut für Neurowissenschaften und Medizin – Medizinische Bildgebung (INM-4), dem ehemaligen Zentralinstitut für Ingenieurwissenschaften, Elektronik und Analytik – Ingenieurwissenschaften und Technologie (ZEA-1), das inzwischen ins Institute of Technology and Engineering (ITE) übergegangen ist, sowie das ehemalige ZEA – Elektronische Systeme (ZEA-2), heute im Peter Grünberg Institut – Integrated Computing Architectures (PGI-4 / ICA) angesiedelt. Es wird auch von anderen Partnern unterstützt, wie dem Lehrstuhl für Bildgebung und Bildverarbeitung, ehemals Teil des Instituts für Experimentelle Molekulare Bildgebung der RWTH Aachen, die RWTH Ausgründung Hyperion Hybrid Imaging Systems GmbH, die Jülicher Ausgründung Affinity Imaging GmbH, Monash University (Australien) und Inviscan SAS (Frankreich). Das Projekt wurde durch eine Kombination aus externen Mitteln aus dem Helmholtz-Validierungsfonds und interner Unterstützung durch „Innovation GO“ finanziert, das weltweit führendes Fachwissen in der Bildgebungstechnologie und den Neurowissenschaften zusammenführt.
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Letzte Änderung: 11.04.2025