Hybridbildgebung, wie trägt die funktionale Bildgebung neben der Morphologie zur diagnostischen Sicherheit bei?

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1 1 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging. 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Nicht-invasive Diagnostik Hybridbildgebung, wie trägt die funktionale Bildgebung neben der Morphologie zur diagnostischen Sicherheit bei? Sichtweise: Gerätetechnik

2 2 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Referent DP Kai Müller-Hegemann Fachberater Nuklearmedizin / Molecular Imaging Siemens Healthcare Region Ost Tel.: Mobil: kai.mueller-hegemann@siemens.com

3 3 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Agenda 1. Einleitung 2. Was verstehen wir unter der funktionalen PET- Bildgebung und wie kann durch Hybrid-Systeme die diagnostische Sicherheit erhöht werden? 3. Welche Hybrid-Systeme werden heute verwendet? 4. Die neueste Entwicklung - mmr -

4 4 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK 1. Einleitung Hybrid ist in aller Munde!.. mit dem Ziel, durch die Material- oder Informationskombination bessere Eigenschaften als mit jeder der optimierten Einzelkomponenten zu erzielen

5 5 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Warum Hybrid-Bildgebung in der medizinischen Diagnostik? Morphologie Physiologie Biochemie CT Anatomie, Perfusion US Anatomie, Fluss, Perfusion MR Anatomie, Fluss, Perfusion, Diffusion, Funktion PET, SPECT Perfusion, Funktion Jede Modalität sieht nur einen Teil der Gesamtinformation

6 6 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Wo liegen die Stärken der Modalitäten? Anatomie Physiologie Metabolismus Molekular Ebene CT US MR Nuklear Quelle: Radiology 2001; 219: ; Ralph Weissleder, Umar Mahmood

7 7 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Historie der Hybrid-Systeme nach Generationen Wir unterscheiden Systeme von 4 Generationen: Hybrid-Bildgebung der 1. Generation (bis zum Jahr 1998) wurde getrennt in der Nuklearmedizin und der Radiologie realisiert. Getrennt stehende Systeme, PET und CT, welche bei der Bildüberlagerung große Probleme bereitete, da zwischen beiden Untersuchungen eine Zeitdifferenz bestand. (Eine PET-Untersuchung dauerte hier noch 0,75 1 Stunde) Seit der 2. Generation (ab dem Jahr 1998) werden ein integrierte Hybrid-Systeme verwendet, welche in der Nuklearmedizin positioniert sind und in denen der Patient in einem Arbeitsgang untersucht wird. Anfangs wurde dem PET ein CT zur Schwächungskorrektur und zur anatomischen Hintergrundinformation beigeordnet. (Eine PET-CT-Untersuchung dauerte 20 min) 2008 haben wir mit dem mct den PET-CT-Scanner der 3. Generation vorgestellt. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen veränderte sich der Schwerpunkt. Durch die Reduzierung der Untersuchungszeit für eine PET-CT-GK-Untersuchung auf 5 min entstand ein molekulares CT-System (20-40-,64-,128-Zeiler), welches primär für die Radiologie konzipiert wurde und den funktionalen PET-Teil mit abdecken kann. Das Hybrid-System der neuesten, 4. Generation stellt das mmr dar, welches ein PET und MRT- System vereint (darauf wird noch später eingegangen).

8 Was fusionieren wir? 8 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

9 9 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Anatomische (morphologische) Bilder mit z.b. CT Stärken: hohe räumliche Auflösung hohe zeitliche Auflösung gute statistische Qualität aber: benötigt Kontrastmittel limitierter Signal/Hintergrundkontrast stellt nur morphologische Veränderungen dar CT ist dosisrelevant

10 10 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK.. Bildern aus der funktionalen Bildgebung z.b. SPECT, PET hohe Sensitivität guter Kontrast in vivo-metabolismus frühe metabolische Veränderungen keine Nebeneffekte aber limitierte räumliche Auflösung limitierte zeitliche Auflösung limitierte statistische Qualität

11 CT-Qualität 11 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

12 PET-Qualität 12 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

13 2. Was verstehen wir unter der funktionalen PET- Bildgebung und wie kann durch Hybrid-Systeme die diagnostische Sicherheit erhöht werden? 13 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

14 14 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Was bedeutet funktionale Bildgebung? Grundansatz der Funktionalen Bildgebung ist die Prüfung, wie eine Zelle bzw. ein Zellverband funktioniert. Geprüft wird der Stoffwechsel, indem wir den Zellen mittels i.v. gespritztem FDG (Flour-Desoxy-Glukose) seinen Energiespender anbieten, welcher mit einem gering-radioaktivem Isotop versetzt ist. Die Verstoffwechselung dieser Glukose durch die Zelle führt gleichzeitig zur Anreicherung des angelagerten Isotops in ihr. Berücksichtigt man nun die Tatsache, dass eine Tumorzelle zum beschleunigten Wachstum einen vielfach erhöhten Energiebedarf gegenüber einer gesunden Zelle hat, erfolgt analog eine höhere Anreicherung des Isotops in der Zelle. Diesen Umstand macht man sich bei der Detektion der pathologischen Anreicherungen mittels PET- Scannern zu nutze. Ein deutlicher Vorteil der funktionalen Bildgebung ist, dass eine Zellverband von mehreren tausend Zellen bereits detektierbar ist, während dessen die morphologische Bildgebung zur Befundung Zellverbände von mehreren Millionen Zellen benötigt. Daher kann die funktionale Bildgebung pathologische Zellverbände bereits 1-2 Jahre früher als mit einem CT oder MRT erkennen.

15 15 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Zuwachs an diagnostischer Sicherheit Die diagnostische Sicherheit wird durch die Akquisition und Fusion von morphologischen und funktionalen Untersuchungen deutlich verbessert. Viele pathologische Befunde können im CT allein aus objektiven Gründen (z.b. fehlende Dichteunterschiede im Gewebes, Größe des Prozesses) nicht erkannt werden. Das PET schließt diese Lücke fast perfekt. Lt. einer Studie der Universität Erlangen erhöht sich die diagnostische Sicherheit eines onkologischen Befundes von durchschnittlich 80 % auf 97 %. D.h., dass etwa jeder 5. Patient eine genauere Diagnose mit einem PET-Hybrid-System erhält.

16 16 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK 3.Welche Hybrid-Systeme werden aktuell verwendet?

17 17 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK SPECT- CT- Technologie Symbia, unsere erste Produktfamilie mit der SPECT CT Technologie. Verbindet die Stärken von SPECT mit der Genauigkeit der Mehrschicht-CT CT SPECT

18 18 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Symbia reduziert die unklaren Befunde um 80 % 125 SPECT im Vergleich zu SPECT CT Malignant unklar Benign 0 SPECT SPECT CT Quelle: Universität Erlangen

19 19 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Integrierte PET- CT- Technologie (Hybrid-System der 2. Generation) Biograph-TP-Familie ( Zeilen-CT)

20 Biograph mct (Hybrid-System der 3. Generation) 78 cm Gantryöffnung Nur noch ein 100 cm Tunnel Reduzierte Gantry- Tiefe auf 136 cm Breitere Patientenauflage Tragfähigkeit auf 227 kg erhöht Gating Anschlüsse an der Liege Integrierte Wasserkühlung Biograph mct ( Zeilen-CT) 20 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

21 21 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Was ist ein molecular CT? Ein Premium PET-Scanner, der unbegrenzte CT-Möglichkeiten bietet Ein Premium CT-Scanner, der molekulare PET-Bildgebung ermöglicht Ein integrierter High Performance Scanner, der als echtes PET und CT genutzt werden kann

22 22 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK 4. Die neueste Entwicklung, der molekulare MR - mmr

23 23 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK BIOGRAPH mmr, ein integriertes PET- MR- System (Hybrid-System der 4. Generation) BIOGRAPH mmr Aus den Erfahrungen der immer noch minimal zeitungleichen PET- CT-Hybrid-Bildgebung der letzten 10 Jahre erwuchs bei den Radiologen, Nuklearmedizinern und Strahlentherapeuten der Wunsch die Untersuchungen beider Modalitäten simultan durchzuführen. Gleichzeitig wurde der Wunsch nach Dosisreduktion geäußert. Eine optimale, quasi komplette Überdeckung der diagnostischen Möglichkeiten von zwei Modalitäten ergibt sich durch die Fusion von PET- und MR-Daten.

24 24 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging. 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Es begann mit dem Brain-PET Available for 3 Tesla MAGNETOM Trio Erster Einsatz zu Forschungszwecken ab 2006

25 25 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Vier klinische Installationen von BrainPET- Prototypen seit 2006 installiert Univ. Tübingen, Deutschland (`07) MGH, Boston, USA (`08) FZ Jülich, Deutschland (`08) Emory Hospital, Atlanta, USA ( 09)

26 26 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Große Herausforderungen für eine MR-PET Integration MR Herausforderung PET Designlimitationen Homogenität Wirbelströme (Eddy currents) Wechselwirkungen Signal Platzbedarf Magnetfeld Gradientenfeld HF Signale (Nebensignaleffekte) Designlimitationen, Auflösung Einschränkungen beim Material Designlimitationen, Hitze, Signalinterferenzen Signalinterferenzen, Abschirmung, Filterung Designlimitationen Schwächung Signalverlust

27 27 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging. 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Biograph mmr Der weltweit einzige molekulare MRT für simultane Hybridbildgebung

28 28 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging. 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Mit Biograph mmr ist sequentiell jetzt simultan. wird aus zwei jetzt eins. ist Potential jetzt Realität.

29 29 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Sequentiell ist jetzt simultan. Für das gesamte Spektrum der Bildgebung. Morphologie Physiologie Biochemie MR PET

30 Sequentiell ist jetzt simultan. 30 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

32 32 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Eine Untersuchung Ein Raum Eine Lösung für den gesamten Körper Gegenwärtig kann ausschließlich das mmr-system all dieses zusammen bringen für kürzere Untersuchungen einfachere Planung und schnellere Ergebnisse

34 34 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Potential ist jetzt Realität. Große Bandbreite potentieller Anwendungen Neurodegenerative Erkrankungen Kopf-/Halstumore Herzfunktion Lebermetastasen kolorektales Karzinom Prostata Karzinom Knochen- und Weichteiltumore Die ersten Anwender sehen bereits viele klinische Indikationen wo mmr einen Unterschied in der Diagnostik und Therapieentscheidung machen könnte. Ganzkörper Onkologie Kinderonkologie Knochenmetastasen

35 35 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems Die mmr technology beinhaltet: Die weltweit erste MR-PET Architektur für den ganzen Körper Schwächungskorrektur für hoch-qualitative PET-Bilder Tim, Total imaging matrix Technologie.

36 36 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Optimiert für starke Signalausbeute. MR segmentiert Rekonstruierte PET-Bilder mit MR und CT Schwächungskorrektur erzielen gleiche Resultate MR korrigiert AC Dual-echo UTE (TE=0.07/2.46 ms, TA=3:20) CT segmentiert CT korrigiert AC cm -1 Schwächungskorreketurfaktoren abgeleitet aus MR-Daten MR segmented (obere Reihe) und CT segmented (untere Reihe). 0 Massachusetts General Hospital, Boston, USA

37 37 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Tim bietet state of the art Technologie Biograph mmr basiert auf on stateof-the-art 3Tesla-Technologie Tim-Spulen sind für PET- Untersuchungen und PET- Schwächungskorrektur optimiert ( Spulenmantel )

38 Aus zwei wird jetzt eins. Biograph mmr Spulen-Portfolio Verfügbare mmr Spulen für simultane Untersuchungen mmr Kopf/Hals mmr Wirbelsäule mmr Body mmr TIM Körperspulenmantel 38 The information about this product is being provided for Siemens planning purposes. Healthcare The Sector product is - Molecular pending 510(k) Imaging review, and is not yet 25. commercially TREFFPUNKT available MEDIZINTECHNIK in the U.S.

39 39 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Potential ist jetzt Realität. MR und PET kombiniert MRI allein MRI mit Spektroskopie MR+ [11C] MET-PET MR und MRS indizieren eine hochgradig maligne Läsion in der rechten Hemisphere [11C] MET-PET zeigt zusätzlich pathologisches Zellwachstum in der linken Hemisphere MR und PET zusammen bieten wichtige Hilfestellungen für die Biopsie Das Resultat: eine akuratere Behandlungsstrategie UKT, Tübingen

40 40 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Biograph mmr Das weltweit erst molekulare MR für den ganzen Körper. Zum allerersten Mal: Simultane Akquisition von MR und PET Voll integrierte PET-Detektor Architektur Größtes PET-FoV am Markt (25,8 cm) Leistungsstarke 3T MRT Schnellere Untersuchungen Höhere diagnostische Sicherheit und wesentlich niedrigere Dosis Einfache Installation MR und PET sind jetzt eins.

41 Aus zwei wird jetzt eins. Biograph mmr Installation 41 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

42 42 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Zusammenfassung - Die funktionale Bildgebung ergänzt die morphologische Bildgebung in geradezu idealer Weise, wobei > 2 - Hybridsysteme, als Kombination hochwertiger Einzelkomponenten, sichern eine extrem hohe diagnostische Sicherheit - In Deutschland nimmt die Zahl der installierten Systeme zu (gegenwärtig ca. 120 Systeme) - das mmr wird zunehmend seine Stärken ausspielen (Dosisreduktion, voruntersuchte Patienten, Weichteildiagnostik, bewegte Organe) - Problematisch bleibt die Erstattungssituation der PET-Untersuchungen für GKV-Patienten Erste Ergebnisse der sites, in denen das mmr validiert wird (München, Tübingen) zeigen Vorteile gegenüber den Vorgängersystemen, insbesondere bei pädiatrischen und neurologischen Untersuchungen als one stop shop. Wo also ohnehin ein PET und MR notwendig gewesen wäre. Ebenso bei sedierten Patienten. Die simultane Bildgebung wird bei Herz- und Organbewegungen im Abdomen als gravierender Vorteil eingeschätzt.

43 43 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Danke für Ihre Aufmersamkeit

44 Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems 44 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

45 45 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. TrueForm Magnet und Gradientendesign Zylindrisches homogenes Volumen Bessere MR-Bildqualität, auch in den Ecken des Messfeldes Konventionelles Magnet Design Bessere spektrale Fettsättigung Weniger Überlappung bei Mehr- Etagen-Untersuchungen Über 500 TrueForm Systeme bereits installiert! TrueForm Magnet Design

46 Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems 46 The information about this product is being provided for Siemens planning purposes. Healthcare The Sector product is - Molecular pending 510(k) Imaging review, and is not yet 25. commercially TREFFPUNKT available MEDIZINTECHNIK in the U.S.

47 47 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. MQ-Gradienten liefern ausgezeichnete Performance 45 mt/m mit 200 T/m/s slew rate 50 cm MR Field of View (45cm in Z-Achse) Speziell entwickelt für Biograph mmr Voll-integriert mit der PET-Architektur Ermöglicht die volle Bandbreite mmr Bildgebung von klinischen Anwendungen bis hin zur Forschung

50 50 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems PET-Spezifikationen: LSO Kristall-Material 4 x 4 x 20 mm Kristalle 4.7 mm transversal räumliche Auflösung 1 cm) 12 kcps/mbq Sensitivität 155 kcps peak NEC rate (@ 21.8kBq/cc) (Based on NEMA 2007)

51 51 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems Biograph mmr Detektor-Integration ermöglicht das größte PET-FoV im Markt Acht Detektoren axial zu einem Detektor-Kopf verbunden Mit einem axialen FoV von 25.8 cm!

52 Aus zwei wird jetzt eins. Die Architektur des MR-PET Systems 52 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK

53 53 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Aus zwei wird jetzt eins. TimTX TrueForm TimTX TrueForm für B1 Homogenisierung. B1 shimming mit 2-Kanal TX array Funktionalität. Anatomie-spezifische Einstellungen sparen Zeit und verbessern Produktivität. Klinische erprobt mit mehr als 500 installierten TimTX Systemen. TimTX TrueForm funktioniert selbst bei schwierigen Fällen zuverlässig: Gute B1 Homogenität trotz großer Flüssigkeitsansammlung.

54 54 Siemens Healthcare Sector - Molecular Imaging 25. TREFFPUNKT MEDIZINTECHNIK Durchschnittliche Strahlenbelastung Nieren-Szintigramm: Schilddrüsen-Szintigramm (Tc-99m): Lungen-Szintigramm: Umwelt (Deutschland): Knochen-Szintigramm: FDG-PET: CT: Gallium-Szintigramm : < 1 msv < 1 msv 2 msv 2-5 msv/a 5-7 msv 5-10 msv 3-18 msv 20 msv