Phasenkontrast

Neue Technik verbessert Kontrast von Weichgeweben

Erkrankungen des Weichgewebes, beispielsweise Tumore, lassen sich mit normalen Röntgengeräten nur schwer erkennen. Im Röntgenlicht unterscheiden sich Tumor- und gesundes Gewebe kaum. Das Team um den Physiker Prof. Dr. Franz Pfeiffer, Professor für Biomedizinische Physik am Physik-Department der Technischen Universität München (TUM) hat nun 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.

Prof. Dr. Franz Pfeiffer
Prof. Dr. Franz Pfeiffer
Quelle: European Hospital / Rasch

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. 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 der neuen Technologie ist es Wissenschaftlern nun erstmals gelungen, solche Weichgewebestrukturen sichtbar zu machen. Dafür nutzen sie eine Röntgenquelle, die erst vor wenigen Jahren entwickelt wurde.

Die kompakte Synchrotronquelle

Ein Synchrotron erzeugt stark gebündelte, monochromatische Röntgenwellen. Diese Strahlen besitzen alle die gleiche Energie und Wellenlänge. 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.


Quelle: Technische Universität München

12.05.2015

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