Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dunkelfelder verraten Störenfriede

17.05.2013
Mit Hilfe einer neuen Art der medizinischen Röntgenbildgebung haben Physiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in Zusammenarbeit mit Kollegen aus der Frauenheilkunde, Radiologie und Pathologie im Universitätsklinikum Erlangen Erstaunliches sichtbar gemacht.

In Gewebeproben von Brusttumoren konnten Kalkablagerungen, die mit der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht werden, bereits ab Durchmessern von wenigen Mikrometern nachgewiesen werden. Die Arbeitsgruppe „Radiation Physics“ (Leitung Prof. Dr. Gisela Anton) hat dazu das Dunkelfeld der neuen Methode eingesetzt. Damit werden deutlich kleinere Kalzifikationen als bisher für Diagnostiker zugänglich.


Die drei Bilder (von oben nach unten: Absorp­tionsbild, Phasenbild und Dunkelfeldbild) zeigen operativ entferntes Brustgewebe mit einem Karzinom, das im Dunkelfeld im oberen Drittel nahe der Bildmitte als diffuser heller Fleck deutlich zu erkennen ist. Die kleineren, sehr hellen und scharf umrandeten weißen Flecken sind große Kalzifikationen von ca. 1mm Durchmesser, die auch im Absorptionsbild erkennbar sind.
Abbildung: FAU

Mittels Röntgenstrahlen kann die unterschiedliche Zusammensetzung verschiedener Körpergewebe hervorgehoben werden. Es entstehen „Schattenbilder“, auf denen sich etwa Knochen deutlich von Muskeln abheben, weil diese Gewebetypen die Strahlung nicht im selben Maße schwächen. Bei der sogenannten Phasenkontrast-Röntgenbildgebung wird jedoch ein weiterer Effekt der Röntgenstrahlung genutzt: die Ablenkung an Gewebegrenzflächen.

Dieses Bildgebungsverfahren erforscht die Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Teilchen- und Astroteilchenphysik des Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) seit 2009 zusammen mit Siemens Healthcare und dem Karlsruhe Institut für Technologie (KIT). Eine spezielle Anordnung von drei Gittern zwischen Röntgenröhre und Detektor sorgt dafür, dass die Strahlen einander überlagern und ein Interferenzmuster erzeugen, das sich regelmäßig wiederholt: ein periodisches Phasen- und Intensitätsmuster.

Sehr kleine Objektstrukturen können dieses Muster stören und ein sogenanntes Dunkelfeld hervorrufen. Auch wenn die Strahlung nur äußerst gering abgelenkt wird, ist am Detektor bereits lokal eine Veränderung zu messen. An feinkörnigen Objekten mit sehr vielen Grenzflächen brechen sich die Strahlen mehrfach, und dementsprechend ungleichmäßig wird das Intensitätsmuster. In werkstoffwissenschaftlichen Analysen tritt das Phänomen der Dunkelfelder beispielsweise bei Fasern oder Schäumen auf. Aber auch feine Körnchen aus Kalziumphosphat im menschlichen Gewebe bewirken eine derartige Ablenkung.

Im Rückgriff darauf konnten nun erstmals Kalkablagerungen mit Abmessungen von wenigen Mikrometern ins Bild geholt werden. Die Gegenprobe gelang über von Pathologen angefertigte Tumorgewebeschnitte. Die Physiker vermaßen Kalzifikationen, die in der Vergrößerung unter dem Mikroskop sichtbar waren, und wiesen nach, dass deren Dunkelfeldsignale, wenn sie per Simulationsrechnung ermittelt werden, den realen Messergebnissen im Dunkelfeldbild entsprechen. Durch diese wissenschaftlich stringente Nachweismethode wird die Dunkelfeldbildgebung nun zu einer quantitativen Beobachtungsmethode.

Seit Januar diesen Jahres wird die Erforschung der Röntgen-Dunkelfeldbildgebung für die Mammographie im Rahmen des Spitzencluster Medical Valley gefördert. In diesem Projekt gilt es heraufzufinden, welche diagnostische Bedeutung die Detektion von solch feinen Kalkablagerungen hat. Man weiß zwar bereits, dass zwischen Kalzifikationen und Brustkrebs Zusammenhänge bestehen können; allerdings war die Beobachtung bisher nur für Körnchen möglich, die um das Hundertfache größer sind. Zu klären ist nun etwa, ob fein verteilter Mikrokalk Hinweise auf Stadium und Typus eines Mammakarzinoms gibt. Mediziner und Physiker sind gleichermaßen gespannt, welche weiterführenden Erkenntnisse sich mit der neuen Methode ergeben.

Die Mammographie ist vielleicht nur eine von mehreren künftigen Anwendungsmöglichkeiten. Deshalb sollen die Untersuchungen auf weitere Fragen ausgedehnt werden, wie Osteoporose- und Arthrose-Erkennung, die Suche nach Fremdkörpern in Wunden oder das Feststellen von Lungenkrankheiten. Ob die neue Methode Einzug in die Radiologie finden wird, hängt neben der Lösung physikalisch-technischer Herausforderung entscheidend vom Diagnosepotenzial ab. Eine weitere intensive Zusammenarbeit von Medizinern und Physikern ist also gefragt.

Informationen für die Medien:
Prof. Dr. Gisela Anton
Tel.: 09131/85-27151
gisela.anton@physik.uni-erlangen.de

Blandina Mangelkramer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-erlangen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser

24.04.2017 | Verfahrenstechnologie

Innovationspreis 2017 der Deutschen Hochschulmedizin e.V.

24.04.2017 | Förderungen Preise

Konfetti im Gehirn: Steuerung wichtiger Immunzellen bei Hirnkrankheiten geklärt

24.04.2017 | Medizin Gesundheit