Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Röntgentechnik mit höherer Schärfe und weniger Strahlungsbelastung

08.06.2012
Wissenschaftler haben eine neue Röntgentechnik entwickelt, die den Kontrast von Computertomographen (CT) drastisch verbessert und zugleich die während der Aufnahme freigesetzte Strahlendosis reduziert (Proceedings of the National Academy of Sciences).
Die Methode basiert auf einer neuartigen Kombination der Gitter-Interferometrie, die sich durch hohen Kontrast auszeichnet, mit der Computertomographie, die dreidimensionale Röntgenaufnahmen erzeugt. Die Technik kann auch im Krankenhaus eingesetzt werden, wo sich Röntgen-Quelle und Detektor während eines Scans kontinuierlich um den Patienten drehen müssen.

Bei einer klassischen Röntgenaufnahme wird die Intensität eines Röntgenstrahls hinter dem Untersuchungsobjekt aufgezeichnet. Die Bildgebung beruht dabei auf Variationen in der Absorption der Röntgenstrahlung in den verschiedenen Bestandteilen des untersuchten Körpergewebes. Im medizinischen Bereich ist dieses Verfahren oft nur eingeschränkt verwendbar, zum Beispiel wenn Krebszellen nur wenig Kontrast zu gesundem Gewebe zeigen.

3D renderings of rat testicle (different cuts through the same tomogram). Detail within the image: the epididymis (blue), adipose tissue (yellowish) and the testis itself. Inside the testis, clearly visible are the seminiferous tubules (with concentric structure) and the vessels (in dark red) especially visible at the edges of the organ. Image data collected at ESRF beamline ID19. ESRF/I. Zanette

Neue Röntgentechniken setzen an diesem Problem an: Sie verlassen sich nicht ausschließlich auf die Absorption, sondern verbessern den Kontrast durch die Beobachtung anderer Wechselwirkungen der Röntgenstrahlung mit Materie. Die sogenannte Gitter-Interferometrie setzt zum Beispiel Mikrostrukturen als optische Gitter für Röntgenstrahlen ein. In Kombination mit einem Röntgentomographen können mit diesem vielversprechenden Verfahren virtuelle Schnittbilder und damit dreidimensionale Darstellungen eines Objekts erzeugt werden.

Einem Wissenschaftlerteam um Irene Zanette von der Technischen Universität München und der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble ist nun mit der Entwicklung des sogenannten Schiebefenster-Verfahrens ein wichtiger Schritt in Richtung klinische Anwendung geglückt. "Wir wollten die Lücke zwischen dem außerordentlichen Potenzial dieser Technik und ihrer klinischen Anwendung schließen“, erklärt Timm Weitkamp, Co-Autor der Studie vom Synchrotron SOLEIL. „Das Schiebefenster-Verfahren verkürzt die Messzeit und reduziert daher die Dosis. Es ermöglicht zugleich, Röntgenquelle und Detektor, wie in klinischen Tomographen notwendig, kontinuierlich um den Patienten zu drehen, anstatt, wie bisher in der Gitter-Interferometrie erforderlich, die Drehung bei jeder Einzelaufnahme zu unterbrechen“, so Weitkamp.

Die außergewöhnliche Auflösung der neuen Technik demonstrierten die Wissenschaftler mit Aufnahmen der Weichteile einer Ratte, in denen auch kleinste Details wiedergegeben werden wie z.B. einzelne Hodenkanälchen, winzige Röhren, in denen Spermien gebildet werden. "Diese Strukturen sind in normalen Tomographieaufnahmen schlichtweg unsichtbar, selbst wenn in hoher Auflösung gemessen wird, nicht nur wegen ihrer geringen Größe, sondern vor allem wegen mangelnden Kontrasts,” fügt Irene Zanette hinzu, der von der ESRF für ihre Arbeiten kürzlich der Jahrespreis für junge Wissenschaftler verliehen wurde.

Die Gitter-Interferometrie erlaubt neben der Phasenkontrast auch die Dunkelfeldtechnik anzuwenden. Diese zeigt winzige Strukturen im Objekt auf, die kleiner als ein einzelnes Pixel sind, zum Beispiel Fasern, Risse oder Poren. Die Veröffentlichung in PNAS illustriert diese Fähigkeit mit der Röntgenaufnahme einer in Bernstein eingeschlossenen Wespe, deren Flügel in voller Länge sichtbar sind. Frühere Röntgenaufnahmen dieses Fossils hatten dieses Detail nicht abbilden können. Dieses Ergebnis regt den Einsatz der Dunkelfeld-Tomographie in Paläontologie und Materialforschung sowie im medizinischen Bereich an, wo z.B. winzige Risse in Knochen oder kleinste Fasern im Körpergewebe sichtbar gemacht werden können.

Die Wissenschaftler sehen deshalb für die neue Bildgebungstechnik vielfältige Potenziale: In der Biologie, den Materialwissenschaften und der Paläontologie könnte die Technik zum Einsatz kommen, ebenso möglicherweise in einer neuen Generation Computertomographen im Krankenhaus.

Publikation:
I. Zanette, M. Bech, A. Rack, G. Le Duc, P. Tafforeau, C. David, J. Mohr, F. Pfeiffer and T. Weitkamp, Trimodal low-dose X-ray tomography, Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2012), 4-8 June 2012; doi: 10.1073/pnas.1117861109

Hintergrundinformation:
Die Arbeiten wurden gefördert aus Mitteln des Exzellenzclusters Munich-Center for Advanced Photonics (MAP), des European Research Council (FP7, Starting Grant) sowie Stipendien der französischen Programme RTRA Digiteo und RTRA Triangle de la Physique. An der Publikation wirkten Wissenschaftler der TU München, der European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble, Frankreich), des Paul Scherrer Instituts (Villigen, Schweiz), des Karlsruher Instituts für Technologie und des Synchrotron Soleil (Gif-sur-Yvette, Frankreich) mit.

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.esrf.eu/news/general/soft-tissue-imaging/index_html/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt
19.07.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Schonend, schnell und präzise: Innovative Herz-Bildgebung in Freiburg
18.07.2018 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics