Fortschritte bei den bildgebenden Verfahren - Innovationen für die Gesellschaft

12.05.2006

Bildgebende Verfahren bestimmen immer mehr die Fortschritte in Wissenschaft und Technik. Auch das Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz ist bei der Erforschung solcher Verfahren an vorderster Front dabei. Diese Methoden kehren das Innere von Objekten visuell nach aussen und erlauben beispielsweise in der Medizin immer genauere Diagnosen. Weitere wichtige Anwendungen finden bildgebende Verfahren in der Materialforschung, wo sie entscheidende Resultate bringen und letztlich wie in der Medizin der Gesellschaft dienen.

Mit der neuen am PSI entwickelten Phasenkontrast-Mikroskopie lassen sich die Sensitivität und zugleich der Kontrast klassischer Röntgenbilder erhöhen. Die herkömmlichen Röntgenverfahren beruhen darauf, dass unterschiedliche Materialien die Röntgenstrahlung verschieden stark absorbieren. Damit lässt sich relativ leicht die Struktur von sehr dichten Materialien wie den Knochen von weniger dichten Körperteilen wie dem Gewebe unterscheiden. In Materialien, die relativ wenig absorbieren und daher wenig Kontrast im Absorptionsbild erzeugen, ist es aber schwierig, feine Details mit herkömmlichen Röntgenverfahren sichtbar zu machen.

Auf ihrem Weg durch eine Probe verlieren Röntgenstrahlen jedoch nicht nur an Intensität, sie werden auch in ihrer Phase verschoben, da die Lichtwellen sich in Materie mit einer anderen Geschwindigkeit ausbreiten als im leeren Raum. Diese Phasenverschiebung ist sensitiv auf kleinste Unterschiede im Gewebe, und so kann mit diesem Phasensignal der Bildkontrast des Röntgenbildes erheblich erhöht werden. Den deutlich verbesserten Kontrast kann man zudem nutzen, um die notwendige Strahlendosis deutlich zu reduzieren. Von besonderem Interesse ist das beispielsweise für die Mammografie zur Brustkrebsvorsorge. Die Phasenkontrast-Mikroskopie liesse sich gut in bestehenden medizinischen Röntgengeräten anwenden und könnte so wesentlich zur künftigen Verbesserung der Diagnose von Krankheiten mit Röntgenbildern beitragen.

Ein weiteres am PSI erforschtes Verfahren ist die Röntgen-Mikrotomografie. Mit der man detailliert ins Innere der zu untersuchenden Probe blicken kann. Die Qualität der Bilder ist dabei besonders hoch, weil die Aufnahmen mit der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS gemacht werden. Je intensiver der Strahl, desto besser und schneller die Mikrotomografie - zurzeit sind dreidimensionale Bilder mit einer Auflösung im Bereich von einem tausendstel Millimeter (Mikrometer) innerhalb weniger Minuten möglich.

Die Apparatur an der SLS schiesst Bilder von Alulegierungen, Keramiken, urzeitlichen Embryonen oder von Osteoporose befallenen Knochen. Ein Forschungsprojekt von PSI, ETH und Uni Zürich sowie Novartis befasst sich mit der Suche nach Alzheimerspuren in Blutgefässen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Blutgefässe im Gehirn von jungen, an Alzheimer erkrankten Mäusen verändert sind. Man vermutet deshalb, dass die Entstehung der Alterskrankheit mit der ungenügenden Blutzufuhr im Gehirn zusammenhängen könnte; dass also zu wenig Sauerstoff die für Alzheimer typischen Proteinablagerungen hervorrufen könnte. Die PSI-Forscher helfen bei der Erforschung dieser These, indem sie dreidimensionale Bilder der Mausblutgefässe mit einer Auflösung von 1 bis 15 Mikrometer anfertigen.

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