CT mit Nanoröhren für Gepäckkontrolle

Damit könnten mit einem Computertomograph (CT) schnelle Vorgänge im Körper – etwa die Ausbreitung eines Kontrastmittels – in hoher Bildqualität beobachtet werden. Außerdem würde sich die Strahlenbelastung für Patienten bei gleicher Bildqualität gegenüber heutigen Geräten reduzieren.

Die schnellen Röntgenstrahler sind auch für Bereiche attraktiv, in denen es auf hohen Durchsatz ankommt – zum Beispiel bei der Gepäckdurchleuchtung und Personenscannern am Flughafen. Siemens entwickelt die Quellen zusammen mit dem US-Unternehmen Xintek im Joint Venture XinRay Systems.

Röntgenstrahlen entstehen, wenn beschleunigte Elektronen auf eine Elektrode treffen. Als Quelle dient heute ein Glühdraht in einer Vakuumröhre. Diese Systeme verbrauchen viel Energie, reagieren relativ träge, werden warm und sind nicht beliebig miniaturisierbar. Die Medizintechnik sucht daher nach „kalten“ Elektronenquellen, bei denen die Elektronen untere hoher Spannung aus Metallspitzen oder scharfkantigen Metallen austreten.

Nanoröhrchen aus Kohlenstoff sind ideale so genannte Feldemitter, denn sie sind so leitfähig wie Metalle und mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern extrem klein. Außerdem können sie in weniger als einer millionstel Sekunde aktiviert werden, während das bei einer herkömmlichen Röntgenquelle mehrere hundertstel Sekunden dauert. Die Forscher von Siemens, Xintek und XinRay bringen die Nanoröhrchen auf Metall auf und steuern sie einzeln an, um ein Array von Minielektronenquellen zu erhalten. Die Technik basiert auf grundlegenden Arbeiten von Forschern der University of North Carolina und wird nun mit Siemens zur kommerziellen Lösung weiterentwickelt.

In den heute leistungsfähigsten Siemens-CTs rotieren zwei Röntgenröhren mehr als dreimal pro Sekunde um den Patienten. Die kleinen Röntgenquellen würden indes zu hunderten in einem Kreis fest installiert und nacheinander ausgelöst. So entstünden pro Sekunde zehn Bilder hoher Qualität. Vorgänge wie die Zerstörung von Tumorgewebe während einer Bestrahlung würden sichtbar.

Ein Serieneinsatz der neuen Röntgenquellen in medizinischem Gerät ist erst in ein paar Jahren realistisch – deutlich früher dagegen könnten Anwendungen in der Industrie und zur Gepäckkontrolle am Flughafen marktreif sein. (RN 2010.01.4)