Neue Detektoren für die PET-Bildgebung

Monte-Carlo-Simulation (Geant4) eines TMBi PET-Scanners
© EIMI/K. Schäfers

Projekttitel: Characterization of the particle drift behavior of a novel PET detector concept using heavy dielectric organometallic liquids
Projektleitung: Christian Weinheimer, Klaus Schäfers
Projektlaufzeit: 11/2017 - 12/2018
Projektkennziffer: FF-2017-19

In diesem Projekt wollen Physiker des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ neue Detektoren für die Positron-Emissions-Tomographie (PET) entwickeln. Der Blick ins Innere von Patienten mithilfe der Ganzkörper-Bildgebung spielt eine wesentliche Rolle in der klinischen und experimentellen Medizin. PET-Scanner können markierte Moleküle in einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung erfassen und damit etwa zeigen, wo sich im Körper Entzündungsherde befinden oder Krankheiten entwickeln. Allerdings lassen sich auch heutige PET-Geräte noch weiter verbessern. Das liegt unter anderem daran, dass moderne PET-Detektoren immer einen Kompromiss eingehen: Sie sollen sehr feine Strukturen auflösen und zwar mit möglichst kleiner Strahlendosis für den Patienten bzw. möglichst kurzen Messzeiten. Gleichzeitig sollen die Detektoren genaue Informationen über die Anzahl der markierten Moleküle liefern können. Die CiM-Forscher prüfen nun, ob andere Detektoren diesen Kompromiss besser hinbekommen könnten.

Heutige Detektoren sind üblicherweise aus sogenannten Szintillations-Kristallen aufgebaut, die Gammastrahlung erfassen und so ihren Entstehungsort lokalisieren können. Die CiM-Wissenschaftler wollen nun prüfen, ob PET-Detektoren mit einer Flüssigkeit namens TriMethylBismuth (TMBi) anstelle der üblichen Kristalle Vorteile bieten. Vor kurzem haben Forscher aus Frankreich gezeigt, dass mithilfe von TMBi Detektoren entwickelt werden können, die neben der Ionisationsauslese über die zusätzliche Erfassung der sogenannten Cherenkov-Strahlung eine deutlich bessere Ortsrekonstruktion erlauben. Allerdings liegt die Herausforderung darin, TMBi extrem rein herzustellen, so dass das Messprinzip überhaupt funktionieren kann.

Genau an diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt des Medizinphysikers Prof. Klaus Schäfers und des Teilchenphysikers Prof. Christian Weinheimer an. Die beiden Forscher wollen in drei Teilprojekten die Eigenschaften eines Detektors auf Basis von TMBi untersuchen. Dazu wollen sie zunächst eine spezielle Aufreinigung für TMBi aufbauen, bei der sie Technologien nutzen, die sie auch beim Experiment XENON1T angewandt haben (Destillation, Molekularfilter und Ultrahochvakuumtechnologie). Anschließend wollen sie eine erste Messkammer unter Nutzung des Prinzips einer Ionisationskammer testen, mit dem sie das Driftverhalten der im Detektor erzeugten Ladungen untersuchen können. Sobald das Prinzip funktioniert, wollen sie einen ersten flüssigkeitsgefüllten Detektorprototyp für den Einsatz im PET entwickeln.

Dieses Projekt liefert die Basis für weitere Entwicklungen von großflächigen Ganzkörper-PET-Detektoren oder auch eine neue Generation von Kleintier-PET-Systemen. Das wiederum ist die Grundlage für neue Anwendungen in der molekularen Bildgebung.