Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Röntgentechnik verbessert Kontrast von Weichgeweben

30.04.2015

Erkrankungen des Weichgewebes, beispielsweise Tumore, lassen sich mit normalen Röntgengeräten nur schwer erkennen. Im Röntgenlicht unterscheiden sich Tumor- und gesundes Gewebe kaum. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben nun an einer kompakten Synchrotronquelle eine Technik entwickelt, die zusätzlich zur Absorption auch Phasenverschiebung und Streuung der Röntgenstrahlen misst. So werden Gewebe erkennbar, die in herkömmlichen Röntgengeräten kaum sichtbar sind.

Röntgenaufnahmen sind aus dem medizinischen Alltag nicht mehr weg zu denken. Knochen beispielsweise absorbieren auf Grund ihres hohen Kalziumgehalts Röntgenstrahlen stark. So unterscheiden sie sich von Luft gefüllten Hohlräumen wie der Lunge und vom umliegenden Weichgewebe deutlich.


Beschleunigerstruktur der kompakten Synchrotronquelle

Bild: Klaus Achterhold / TUM


Röntgenaufnahme einer Maus: normales Röntgenbild (Absoprtion), Phasenkontrast- und Dunkelfeldaufnahme (vlnr)

Bild: Elena Eggl / TUM

Weichteile, Organe und Strukturen innerhalb von Organen wie Tumore, sind jedoch mit den heute in der Medizin eingesetzten Geräten kaum zu unterscheiden, da sie einen sehr ähnlichen Absorptionskoeffizienten besitzen.

Mit einer neuen Technologie ist es Wissenschaftlern um Franz Pfeiffer, Professor für Biomedizinische Physik am Physik-Department der TU München, nun erstmals gelungen, solche Weichgewebestrukturen sichtbar zu machen. Die Wissenschaftler nutzten dazu ein neue Art Röntgenquelle, die erst vor wenigen Jahren entwickelt wurde.

Die kompakte Synchrotronquelle

Im Gegensatz zu klassischen Röntgenröhren erzeugt ein Synchrotron stark gebündelte, monochromatische Röntgenwellen. Strahlen also, die alle die gleiche Energie und Wellenlänge besitzen. Röntgenstrahlen mit solchen Eigenschaften konnten bislang nur an großen Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Sie besitzen einen Umfang von mindestens einem Kilometer. Im Vergleich dazu ist die Kompakt-Synchrotronquelle nur etwa so groß wie ein Auto und passt in ein normales Labor.

„Monochromatische Strahlung ist viel besser geeignet, um neben der Absorption noch andere Parameter messen zu können“, erklärt Elena Eggl, Doktorandin am Lehrstuhl für Biomedizinische Physik. „Dies liegt daran, dass sie nicht wie das breit gefächerte Spektrum normaler Röntgenröhren zu Artefakten führt, die die Bildqualität verschlechtern.“

In den fokussierten Röntgenstrahl brachten die Wissenschaftler optische Gitter ein und konnten so zusätzlich zur Absorption der Röntgenstrahlen auch kleinste Phasenverschiebungen und Streuungen der Strahlen an der Probe messen. Die erste Phasenkonstrast-Tomografie an einer kompakten Synchrotronquelle war gelungen.

Komplementäre Informationen

Die mit der neuen Technik gewonnenen Phasenkontrast-, Dunkelfeld- und Absorptionsbilder ergänzen sich gegenseitig. Flüssigkeiten und Gewebe, die im Absorptionsbild klassischer Röntgenröhren nicht unterscheidbar und damit unsichtbar sind, kommen so plötzlich zum Vorschein. Der durch die neue Röntgentechnik stark verbesserte Weichteilkontrast könnte zudem helfen Tumore früher zu erkennen oder eine schnelle Diagnose – beispielsweise in einem medizinischen Notfall – zu ermöglichen.

Wie trennscharf die neue Technik ist, zeigt sich beim Vergleich von weißem und braunem Fettgewebe. „In einer Maus konnten wir nicht nur Herz, Leber und andere Organe sehr viel besser erkennen sondern sogar weißes von braunem Körperfett unterscheiden“, sagt Eggl.

Braunes Fettgewebe, das vor allem bei Neugeborenen auftritt, ist in der Lage die Verbrennung von gewöhnlichem weißem Fettgewebe zu fördern. Erst seit wenigen Jahren ist bekannt, dass auch Erwachsene noch braunes Fettgewebe besitzen. Das – so die Hoffnung einiger Forscher – reaktiviert werden und so Übergewichtigen beim Abnehmen helfen könnte.

Während diese Experimente an einem ersten prototypischen Aufbau bei der Lyncean Technologies Inc. in Kalifornien entstanden sind, wird derzeit auf dem Forschungscampus Garching eine deutlich verbesserte Kompaktsynchrotronquelle aufgebaut. Sie ist Teil des neuen „Center for Advanced Laser Applications“ (CALA), einem Gemeinschaftsprojekt der TU München und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). Hier wollen Eggl und Pfeiffer, in Zusammenarbeit mit Kollegen aus der Laserphysik der LMU und MPQ, die neue Röntgentechnik weiter verbessern.

Gefördert wurden die Forschungsarbeiten aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über den Exzellenzcluster Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP), des European Research Council (ERC, Starting Grant Nr. 240142), des National Institute of General Medical Sciences (USA, Grant R44-GM074437) und des National Center for Research Resources (USA, Grant R43-RR025730). Weitere Kooperationspartner waren das Helmholtz Zentrum NanoMikro am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Lund (Schweden) und die Lyncean Technologies Inc. (USA).

Publikation:

X-ray phase-contrast tomography with a compact laser-driven synchrotron source.
Elena Eggl, Simone Schleede, Martin Bech, Klaus Achterhold, Roderick Loewen, Ronald Ruth, und Franz Pfeiffer.
Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS, Early Edition, April 20, 2015. – DOI: 10.1073/pnas.1500938112
Link: http://www.pnas.org/content/early/2015/04/16/1500938112.abstract

Kontakt:

Prof. Dr. Franz Pfeiffer
Lehrstuhl für Biomedizinische Physik
Department für Physik / IMETUM
James-Franck-Str. 1, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 12551 (Büro) – +49 89 289 12552 (Sekretariat)
E-Mail: franz.pfeiffer@tum.de - Internet: http://www.e17.ph.tum.de/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Ein Quantensprung in der Herzdiagnostik
22.09.2017 | Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum - Herz- und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen

nachricht Bypass – Lebensbrücke für das Herz; keine Angst vor der Herz-Operation
21.09.2017 | Deutsche Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie