Computertomographie (CT) ist eine der wichtigsten Methoden in Kliniken für präzise und schnelle Diagnosen. Bisher werden dafür konventionelle Röntgenaufnahmen verwendet, um diese dann in ein dreidimensionales CT-Bild umzurechnen. Eine neue Röntgentechnologie, das Dunkelfeld-Röntgen, kann zusätzliche Informationen liefern und feine Gewebe-strukturen deutlich detaillierter als bisher abbilden. Bisher gab es jedoch keine Möglichkeit, Patienten mit der neuen Technologie in einem klinischen CT-Gerät zu untersuchen. Ein Forschungsteam um Franz Pfeiffer, Professor für biomedizinische Physik und Direktor des Munich Institute of Biomedical Engineering der TUM, hat nun ein CT-Gerät so weiterentwickelt, dass es beide Röntgentechnologien kombiniert.

Auf dem Weg von der Röntgenquelle zum Detektor wird Röntgenlicht durch das dazwischenliegende Gewebe abgeschwächt. Konventionelles Röntgen nutzt diesen Effekt zur Bildgebung. Dunkelfeld-Röntgen nutzt hingegen die Streuung des Röntgenlichts. Treffen solche Strahlen auf Materialien unterschiedlicher Dichte, wie etwa an den Grenzflächen zwischen Lungengewebe und Luft, werden sie kleinwinklig gestreut. Bei der Auswertung dieser Kleinwinkelstreuung erhalten Mediziner zusätzliche Informationen über feinste Gewebestrukturen, die mit konventionellen Röntgenverfahren nicht auflösbar wären.

Um das gestreute Röntgenlicht detektieren zu können, sind spezielle optische Elemente, sogenannte mikrostrukturierte Gitter, nötig. Diese werden zwischen Röntgenquelle und Detektor angebracht. Wenn das Röntgenlicht die Gitter passiert, entsteht ein charakteristisches Muster. Befindet sich eine Person zwischen den Gittern, verändert sich das Muster. Dadurch sind Rückschlüsse auf die Gewebestruktur möglich.

Die Umsetzung der Dunkelfeld-Methode in einem CT-Gerät für die menschliche Größe bringt verschiedene technische Herausforderungen mit sich. Deswegen waren Dunkelfeld-CT-Geräte bisher auf kleinere Dimensionen beschränkt, die für den Menschen nicht ausreichen. Außer der Größe stellt auch die schnell rotierende Scan-Einheit spezielle Anforderungen an die technischen Komponenten. Die Scan-Einheit von CT-Geräten, Gantry genannt, rotiert sehr schnell. Dabei entstehen Vibrationen, die Auswirkungen auf die fein abgestimmte Technik im Inneren des Geräts haben. Auf der Basis einer detaillierten Analyse der Schwingungen gelang es dem Forschungsteam, die Vibrationen sogar zu nutzen, um die für die Dunkelfeld-Bildgebung notwendige Verschiebung der Gitter gegeneinander zu realisieren. Für die Auswertung der Scans entwickelten sie neue Algorithmen, die auf der Grundlage von Referenzscans die auf Vibrationen zurückzuführenden Effekte herausrechnen. Die Forschenden planen, die Bildgebung mit dem Dunkelfeld-Computertomographen im nächsten Schritt für den ersten Einsatz bei Patienten vorzubereiten.