Man nehme eine radioaktive Substanz, injiziere sie in den Blutkreislauf und beobachte dann, wie sich die strahlenden Moleküle im Körper des Patienten ausbreiten und wo im Gewebe sie sich ansammeln. Das ist das Prinzip der Positronen-Emissions-Tomographie, kurz PET. Der Physiker Prof. Simon Cherry, Experte für medizinische Bildgebung an der University of California in Davis, arbeitet an der nächsten Generation von PET-Scannern.

Sein Ziel: Er will die Qualität der 3D-Bilder aus dem Körperinneren deutlich steigern: "PET-Scanner gibt es schon seit Jahrzehnten. In vielen Kliniken werden sie bei der Krebsdiagnose eingesetzt, um herauszufinden, ob ein Tumor bereits Metastasen gestreut hat. Für solche Untersuchungen, müssen wir den ganzen Patienten scannen. Heute geht das schrittweise, indem wir den Patienten Stück für Stück durch den PET-Scanner fahren. Das dauert. Außerdem gehen uns dabei haufenweise Informationen durch die Lappen.

Weil die Detektoren immer nur einen kleinen Teil des Patienten ins Visier nehmen, empfangen wir nur rund ein Prozent der Lichtsignale aus seinem Körper. Und genau das wollen wir ändern: Wir entwickeln einen PET-Scanner, der den gesamten Körper abdeckt."

Der Ganzkörper-PET-Scanner, an dem Simon Cherry und seine Leute tüfteln, ähnelt äußerlich einem modernen Röntgen-Scanner: Der Patient wird auf einer Liege in eine Röhre gefahren, die sich von seinem Kopf bis zu seinen Füßen erstreckt. Doch anders als bei der Röntgentomographie wird er nicht von außen durchleuchtet, sondern strahlt von innen: Die radioaktiven Moleküle in seinem Körper senden Positronen aus, wenn sie zerfallen. Diese Elementarteilchen wiederum zerstrahlen im Nu und erzeugen dabei energiereiche Lichtblitze. Die empfindlichen Detektoren in der zylindrischen Apparatur sollen diese Gammastrahlungsblitze auffangen und ihren Ursprung im Gewebe des Patienten millimetergenau lokalisieren.
"Die ersten Teile des Detektors werden gebaut. Ein verkleinerter Prototyp für Tieruntersuchungen funktioniert bereits. Und wir hoffen, dass der Ganzkörper-Scanner für menschliche Patienten im Juni 2018 fertig ist", erklärt Simon Cherry.
Weil die technischen Herausforderungen groß sind, hat Simon Cherry Jahre gebraucht, um bei den National Institutes of Health die rund 15 Millionen für den Bau des Prototypen loszueisen. Das Hauptproblem: Die rund 500 000 Detektorelemente, die den Patienten umringen, müssen extrem empfindlich sein und auf Pikosekunden genau zusammen spielen. Ähnlich komplexe Strahlungsdetektoren benutzt man bislang nur in der Teilchenphysik. Nun soll die Technologie fit für den Klinikalltag gemacht werden.

Weil der Ganzkörper-Scanner praktisch alle Lichtteilchen auffängt, die der Patient aussendet, rechnen die Entwickler mit einer 40-fach höheren Signalstärke als bei heutigen PET-Scannern. Neben schärferen und kontrastreicheren Aufnahmen eröffnet das weitere Optionen.
"Eine Möglichkeit wäre, den Scan stark zu beschleunigen. Heute dauert eine PET-Untersuchung 15 bis 20 Minuten. Mit dem Scanner, den wir gerade bauen, benötigen wir nur noch etwa 15 Sekunden. Eine andere Option wäre, die Strahlungsdosis stark zu verringern, die die radioaktiven Marker mit sich bringen. Mit dem neuen Gerät könnten wir sie so weit reduzieren, dass sie der Strahlendosis während eines Transatlantik-Flugs entspricht."

Wenn die Forscher Erfolg haben, wären PET-Scans künftig risikoärmer – und damit beispielsweise auch für die Untersuchung kranker Kinder denkbar. Billig wird der medizinische Fortschritt allerdings nicht zu haben sein. Selbst wenn Ganzkörper-PET-Scanner in einigen Jahren einmal in Serie gebaut werden sollten, werden sie sicher viele Millionen Euro kosten.