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 Neue Perspektiven durch gespiegelte Systeme
05.12.2016 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

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: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten