Eine maßstabsverkleinerte Phasenkontrast-Röntgenbildgebung, die nicht nur für die medizinische Anwendung geeignet ist
Die Röntgenbildgebung funktioniert seit jeher durch Attenuation – einer Reduzierung des Strahls, da dieser von Materie absorbiert oder abgelenkt wird. Hiermit gehen jedoch erhebliche Mängel einher, die vor allem darauf basieren, dass es dem resultierenden Bild an Kontrast fehlt. Im medizinischen Sektor bspw. ist es bei Röntgenstrahlen schwer, zwischen verschiedenen Weichgewebearten zu unterscheiden. „Indem Veränderungen in der Röntgenbestrahlungsphase anstelle der Attenuation genutzt werden, können wir den Kontrast aller Details auf einem Röntgenbild erhöhen, dies ermöglicht wiederum die Erkennung von Merkmalen, die klassischerweise als ,röntgenunsichtbar’ gelten“, sagt Professor Alessandro Olivo, Koordinator des Projekts LABCAXPCI. „Es gibt viele Bereiche, in denen dies von großer Bedeutung ist: In Krankenhäusern beispielsweise würde der Bedarf für das umfangreichere, langsamere und kostspieligere MRT in manchen Anwendungsfällen umgangen werden. In einer „Best of both Worlds“-Situation hätte man eine dem MRT vergleichbare Weichgewebesensitivität und die geringen Kosten, hohe Geschwindigkeit und hohe räumliche Auflösung von Röntgenstrahlen.“ Bei LABCAXPCI ging es vor allem darum, diese leistungsstarke Phasenkontrast-Röntgenbildungstechnik (X-Ray Phase-Contrast, XPC) aus den über 100 Millionen Euro schweren Einrichtungen in Standardlabore zu bringen. Während vorhergehende Versuche hierbei darauf ausgerichtet waren, mehr Kohärenz an der Quelle zu erreichen (dies verringerte unweigerlich den emittierten Fluss und führte zu besonders langen Expositionszeiten gegenüber ionisierender Röntgenstrahlung), passte das Projektteam stattdessen die Bildgebungstechnologie für die Verwendung mit inkohärenten Quellen an. „Dies ermöglicht die Verwendung größerer Brennpunkte und führt automatisch zu größeren Flüssen“, erklärt Prof. Olivo. Im Vergleich zu konventionellen Röntgenmethoden zeigt LABCAXPCI Weichgewebekontraste – es wird vor allem die Erkennung schwacher Tumormerkmale oder kleiner Knorpelschäden ermöglicht. Es wird die Visualisierung vieler ansonsten unsichtbarer Merkmale ermöglicht und der Kontrast sichtbarer Merkmale wird um eine Größenordnung oder mehr erhöht. „Im Vergleich zu anderen Versuchen einer Übertragung von XPC in das Labor haben wir üblicherweise kürzere Expositionszeiten und geringere verabreichte Dosen und wir verwenden Bildgebungssysteme, die weniger empfindlich auf Umweltvibrationen reagieren und die einfacher auf größere Sichtfelder skalierbar sind“, sagt Prof. Olivo. Die Technologie des Projekts bietet ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Im Bereich der medizinischen Bildgebung geht Prof. Olivo davon aus, dass die Technologie letztlich eine In-vivo-Modalität zum Zwecke von Diagnostik, Behandlungsplanung, Monitoring und Beurteilung sein wird. Das Team arbeitet bereits an der Entwicklung von Prototypen für bspw. die intraoperative Abbildung von Proben, die zu einem Wandel in den chirurgischen Verfahrensweisen führen könnten und an der digitalen Histologie. Die präklinische Bildgebung ist ebenfalls ein wichtiger Anwendungsbereich, da viele Wirkstoffentwicklungskampagnen derzeit auf diese angewiesen sind. Abgesehen von der medizinischen Anwendung denkt der Professor für angewandte Physik am University College London (UCL) auch an zerstörungsfreie Prüfungen im Industriesektor, an Sicherheitsscans oder sogar an spezielle wissenschaftliche Instrumente: „Wir sind mit einer Reihe von Unternehmen in Verhandlungen, um die Kommerzialisierung in mehreren Bereichen zu verfolgen. Im Bereich der Medizin visieren wir zunächst die Abbildung von Proben an (sowohl für die intraoperative Verwendung, als auch für die digitale Histologie), um anschließend den Maßstab auf klinische und präklinische In-vivo-Anwendungen zu vergrößern. Pläne für eine Anwendung im Bereich der zerstörungsfreien Prüfungen wurden ebenfalls auf den Weg gebracht und ein erster Prototyp zur Erforschung von Anwendungsmöglichkeiten im Sicherheitsbereich wird derzeit getestet.“ Lizenzeigentümer der Technologie für eine Vielzahl von Bereichen ist derzeit Nikon Metrology. Die Verhandlungen mit anderen Unternehmen in Bezug auf gesonderte Lizenzen für die präklinische und klinische In-vivo-Bildgebung sind schon weit fortgeschritten, während in manchen Bereichen bereits erfolgreich gemeinsame Pilotstudien abgeschlossen worden sind.
Schlüsselbegriffe
LABCAXPCI, Röntgenstrahl, MRT, Weichgewebe, Synchrotron, XPC, Kontrast, klinische Bildgebung
