Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017

Die wichtigste Methode, um Verengungen in den Herzkranzgefäßen sichtbar zu machen, ist die Koronarangiographie. Bei einigen Patienten können die verwendeten Kontrastmittel jedoch gesundheitliche Probleme hervorrufen. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) konnte jetzt zeigen, dass sich die benötigte Menge dieser Substanzen deutlich senken lässt, wenn man sogenannte monoenergetische Röntgenstrahlen aus einem Mini-Teilchenbeschleuniger verwendet.

Weichteile wie Organe oder Blutgefäße sind auf Röntgenbildern kaum zu erkennen. Um Verengungen oder andere Veränderungen in Herzkranzgefäßen zu finden, wird daher zumeist ein Jod-haltiges Kontrastmittel gespritzt.


Prof. Franz Pfeiffer und PD Dr. Daniela Münzel am Mini-Synchrotron Munich Compact Light Source (MuCLS).

Andreas Heddergott / TUM

Mitunter können diese Substanzen jedoch gefährliche Auswirkungen haben: „Speziell bei Patienten mit Niereninsuffizienz kann es zu Komplikationen bis hin zum Nierenversagen kommen“, erläutert Dr. Daniela Münzel, Privatdozentin und Oberärztin für Radiologie am Klinikum rechts der Isar der TUM. „Deshalb erforschen wir Möglichkeiten, um die Kontrastmittelgabe zu reduzieren.“

Präzise Röntgenstrahlen

Einen Ansatz dafür haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie des Klinikums rechts der Isar jetzt in enger Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Biomedizinische Physik am Department Physik der TUM entwickelt. Die Methode, die sie im Fachjournal „Nature Scientific Reports“ schildern, basiert nicht auf neuen Kontrastmitteln, sondern auf besonderen Röntgenstrahlen. Diese lassen sich mithilfe der Munich Compact Light Source (MuCLS) erzeugen, dem weltweit ersten Mini-Synchrotron, das Ende 2015 an der TUM eingeweiht wurde.

„Während herkömmliche Röntgenquellen ein relativ breites Spektrum an Energien erzeugen, lässt sich die Energie der Röntgenstrahlen, die mit der MuCLS erzeugt werden, viel genauer steuern“, erläutert Elena Eggl, Physikerin und Erstautorin der Publikation.

Dicht an der Absorptionskante

Bei Kontrastmitteln wie Jod und Gadolinium gibt es eine sogenannte Absorptionskante. Das bedeutet: Wenn der Stoff mit Röntgenstrahlen einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, ist der Kontrast des markierten Organs auf der fertigen Aufnahme besonders gut. Bleibt man unter dieser Absorptionskante – bei Jod liegt sie bei etwa 30 Kiloelektronenvolt – ist der Kontrast bereits deutlich schwächer. Weit darüber wird er ebenfalls schwächer.

Daher muss bei herkömmlichen Röntgenquellen mit einem breiten Spektrum immer genug Kontrastmittel verwendet werden, damit dieser Effekt ausgeglichen wird und der Kontrast für eine Diagnose ausreicht. Die MuCLS kann Röntgenstrahlen erzeugen, die ausschließlich den optimalen Energiewert haben. Solch eine monoenergetische Röntgenstrahlung kann man schon länger erzeugen. Bisher waren dafür aber ringförmige Teilchenbeschleuniger mit einem Durchmesser von mehreren hundert Metern nötig. Die MuCLS hat dagegen ungefähr die Größe eines Pkw.

Eine deutliche Verbesserung

Rechnerisch ließe sich mithilfe von monoenergetischer Röntgenstrahlung bei gleichbleibendem Kontrast die Jod-Dosis um knapp ein Drittel senken. Für Gadolinium läge der Wert sogar noch etwas höher. Bis tatsächlich Patienten mit monoenergetischer Röntgenstrahlung untersucht werden können, muss jedoch noch vieles erforscht werden.

Die MuCLS ist das erste Kompaktsynchrotron überhaupt. „Da stehen wir erst ganz am Anfang der Entwicklung“, sagt Elena Eggl. Zudem ist das Gerät auf Grundlagenforschung und nicht auf die Untersuchung von Menschen ausgerichtet. Dass die Methode grundsätzlich funktioniert, zeigten die Forscherinnen und Forscher anhand von detaillierten Computersimulationen und mithilfe eines Schweineherzens, dessen Gefäße sie mit Jod einfärbten.

Gute Aussichten

Franz Pfeiffer, Professor für biomedizinische Physik an der TUM, sieht die aktuelle Publikation als vielversprechenden Auftakt der Medizinischen Forschung mit dem Kompaktsynchrotron: „Die MuCLS bietet eine Vielzahl an medizinischen Anwendungsmöglichkeiten, die wir gemeinsam mit unseren Partnern aus der Medizin weiter erforschen wollen.“

Die Forschungsarbeit wurde aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), des Exzellenzclusters Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP), des Center for Advanced Laser Applications (CALA), des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, und des DFG Gottfried Wilhelm Leibniz Programms finanziert.

Publikation:

E. Eggl, K. Mechlem, E. Braig, S. Kulpe, M. Dierolf, B. Günther, K. Achterhold, J. Herzen, B. Gleich, E. Rummeny, P. B. Noёl, F. Pfeiffer & D. Muenzel. "Mono-Energy Coronary Angiography with a Compact Synchrotron Source". Scientific Reports 7, Article number: 42211 (2017) doi:10.1038/srep42211

Kontakt:

Elena Eggl
Lehrstuhl für biomedizinische Physik
Technische Universität München
E-Mail: elena.eggl@tum.de

PD Dr. med Daniela Münzel
Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie
Klinikum rechts der Isar
Technische Universität München
E-Mail: daniela.muenzel@tum.de

Prof. Dr. Franz Pfeiffer
Lehrstuhl für biomedizinische Physik
Technische Universität München
Telefon: +49 (89) 289 - 12551
E-Mail: franz.pfeiffer@tum.d

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Extrem schnelle Erfassung und Visualisierung von Tumorgrenzen während der Operation
15.01.2018 | Universität zu Lübeck

nachricht Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen
12.01.2018 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten