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Einzigartiger Röntgenblick in die Lunge

18.12.2013
Forscher der TU-München haben die Phasenkontrast-Röntgentomographie erstmals an einer lebenden Maus erprobt. Mit der neuen bildgebenden Methode erhielten sie vor allem extrem kontrastreiche Bilder der Atmungsorgane.

Einzigartige Bilder aus dem Körperinneren einer lebenden Maus hat ein Team um den dänischen Physiker Dr. Martin Bech und Prof. Franz Pfeiffer vom Lehrstuhl für Biomedizinische Physik der TU-München aufgenommen.


Erste in-vivo Phasenkontrast-Röntgentomographie einer Maus (Foto: Martin Bech).

Mit einem eigens entwickelten Kleintierscanner führten die Forscher erstmals eine Phasenkontrast-Röntgenbild einer lebenden Maus durch. Dabei kamen detaillierte Bilder von Weichteilen des Tieres zum Vorschein. Diese ersten „in-vivo“-Aufnahmen ebnen den Weg, das Verfahren künftig in Kliniken einzusetzen.

Die im Fachmagazin „Scientific Reports“ (November 2013, 10.1038/srep03209) veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass sich die Phasenkontrast-Röntgenbild besonders gut für die Bildgebung von Atmungsorganen eignet. Sie könnte daher künftig für die klinische Diagnostik von Lungenerkrankungen eingesetzt werden.

Seit einigen Jahren entwickeln die Wissenschaftler um Prof. Franz Pfeiffer das Verfahren der Phasenkontrast-Röntgentomographie. Es könnte die Bildqualität für die medizinische Diagnostik entscheidend verbessern. Die Technologie basiert auf der Wellenveränderung von Röntgenstrahlung bei der Transmission durch Gewebe. Dabei wird das Phänomen ausgenutzt, dass Röntgenstrahlen beim Auftreffen auf Gewebe nicht nur absorbiert, sondern auch gebeugt werden. Dies bietet Vorteile gegenüber den traditionell absorptionsbasierten Techniken wie der Computertomographie. Im Vergleich zu konventionellen Röntgenaufnahmen liefern die durch das Phasenkontrastverfahren gewonnenen Bilder zusätzliche Informationen darüber, wie stark die Strahlen von Strukturen im Körper abgelenkt werden.

Das Verfahren haben sich die Wissenschaftler um Martin Bech genutzt. Mit einem „Kleintierscanner“, haben sie erstmals eine lebende Maus untersucht. Das Gerät, ein weltweit einzigartiger Prototyp, wurde am Lehrstuhl für Biomedizinische Physik der Technischen Universität München von Prof. Franz Pfeiffer mit Alexander Sasov von der Firma Bruker micro CT entwickeltet. Die Forscher untersuchten die Maus in einer speziell eingebauten Vorrichtung, ähnlich einem „Mäusebett“. Die Messung ergab drei komplementäre Röntgenaufnahmen: Ein konventionelles Röntgenbild, eine Phasenkontrastaufnahme, die auf der Strahlenbrechung basiert sowie eine Dunkelfeldaufnahme, die auf der Lichtstreuung beruht. Diese ersten „in-vivo“-Aufnahmen liefern insgesamt eine wesentlich genauere Bildinformation für die medizinische Diagnostik. Besonders gut konnte durch das Verfahren der Kontrast im Bereich der Atmungsorgane dargestellt werden. Dies weist darauf hin, dass es sich insbesondere für die Diagnose von Lungenerkrankungen (z. B. Lungenfibrose oder Lungenemphyseme) eignen könnte. Besonders bemerkenswert an dem Ergebnis war, dass selbst Einflüsse wie die Atmung oder der Herzschlag der Maus während der Untersuchung die Bildgebung nicht wesentlich negativ beeinflussten.

Das Experiment ist ein weiterer großer Schritt in Richtung einer klinischen Anwendung der Phasenkontrast-Röntgentomographie. Die Ergebnisse der Wissenschaftler fließen in die Zusammenarbeit mit dem Klinikum Großhadern der Ludwig-Maximilians-Universität ein. Dort untersuchen Physiker und Mediziner Zeit innerhalb des Exzellenzclusters Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP), wie sich die röntgenbasierte Phasenkontrast-Bildgebung für Patienten einsetzen lässt und für welche Krankheitsbilder die neue Methodik den größten medizinischen Nutzen bietet.

Erste klinische Studien an Gewebeproben haben bereits sehr positive Ergebnisse gezeigt; durch das Verfahren lässt sich insbesondere Weichteilgewebe gut darstellen. Ein weiterer Vorteil: Die hierfür benötigte Strahlung kann nicht nur in großen Ringbeschleunigeranlagen, sondern auch mit konventioneller Röntgenstrahlung erzeugt werden. Auch wenn noch einige technische Herausforderungen zu meistern sind, sind die Wissenschaftler um Martin Bech mit diesem Experiment einem künftigen klinischen Einsatz einen entscheidenden Schritt nähergekommen.

Judith Eckstein | idw
Weitere Informationen:
http://www.munich-photonics.de

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