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Die Anwendung hochmoderner Bildgebung auf Herausforderungen in Echtzeit

EU-finanzierte Wissenschaftler haben für ein neues Röntgenbildgebungsverfahren Pionierarbeit geleistet. Dieses könnte signifikante medizinische Fortschritte wie beispielsweise eine effektivere Krebsvorsorge ermöglichen und bietet zahlreiche industrielle Anwendungsmöglichkeiten, so unter anderem für die Detektion winziger Defekte in Kompositmaterial.
Die Anwendung hochmoderner Bildgebung auf Herausforderungen in Echtzeit
Das EU-finanzierte Projekt MAXPCI demonstrierte erfolgreich, dass sich durch ein Verfahren namens XPCI (X-Ray Phase-Contrast Imaging, Phasenkontrast-Röntgenbildgebung) der Kontrast bei einem Röntgenbild wesentlich verringern lässt. Dies bedeutet, dass Merkmale, die klassisch als „röntgenunsichtbar“ gelten, erkannt werden können.

„Alle Bereiche, in denen Röntgenbildgebung Anwendung findet, profitieren davon“, sagt Projektkoordinator Prof. Sandro Olivo vom University College London (UCL) im UK. „Man ist mit den Bereichen Medizin und Flughafensicherheit vertraut, aber es gibt so viele weitere Bereiche – Biologie, Forschung, Kulturerbe, Materialwissenschaften – und viele mehr.“

Ein breites Anwendungsspektrum

Der zentrale Erfolg des Projekts bestand darin, zu zeigen, dass das von dem Team entwickelte XPCI-Verfahren eine sehr hohe Phasensensitivität und Auflösung erzielen kann und dennoch gleichzeitig auf konventionelle Systeme anpassbar ist (und somit in einem breiten Anwendungsspektrum implementiert werden kann). Dies ist von Bedeutung, da die Methode herkömmlicherweise auf spezielle Einrichtungen beschränkt gewesen ist.

„In der ersten Phase des Projekts konnten wir die hohe Phasensensitivität demonstrieren“, sagt Olivo. „Im weiteren Verlauf des Projekts wurde dies in die Praxis umgesetzt, um das Potenzial des Verfahrens an Anwendungen aus der echten Welt zu demonstrieren. Eines der wichtigsten Ergebnisse war, zu zeigen, dass sich Mammographiedosen um mehr als eine Größenordnung verringern ließen.“

Das Projekt demonstrierte zudem, dass eine optimierte Anwendung der XPCI-Methode laborbasierte Phasenmikro-CT (Computertomographie)-Scans ermöglichen kann, die in nur wenigen Minuten durchgeführt werden können. CT-Scans beinhalten eine Reihe von Röntgenbildern, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen worden sind, um Querschnittsbilder zu erstellen. „Alle vorhergehenden Versuche hierbei haben mehrere Stunden in Anspruch genommen“, sagt Olivo. „Dies ist ein wichtiger Durchbruch, da die Technologie für die präklinische Bildgebung bei beispielsweise kleinen Tieren und für die Bildgebung bei intra-operativen Proben kompatibel gemacht wird, sodass die Anzahl erforderlicher Nachoperationen beispielsweise im Bereich der brusterhaltenden Chirurgie verringert werden kann“. Das Team zielt letztlich auf die klinische In-vivo-Bildgebung ab. Dies wird zu einer Optimierung von Diagnosen, Therapien und Bewertungen im Gesundheitswesen beitragen.

Im Rahmen des Projekts wurden weitere potenzielle Anwendungen in der realen Welt untersucht. „Die potenziellen Auswirkungen sind enorm und gehen weit über das Gesundheitswesen hinaus“, sagt Olivo. „Die präklinische Bildgebung kann bei der Entwicklung neuer Medikamente und bei der Optimierung bestehender [Medikamente] genutzt werden und die XPCI-Anwendung bei Sicherheitsinspektionen könnte Bedrohungen an Flughäfen und an anderen sensiblen öffentlichen Plätzen verringern.“ Das Verfahren könnte zudem bei zerstörungsfreien Prüfungen (Non-Destructive Testing, NDT) eingesetzt werden, damit Industrie und Forschung die Eigenschaften von Materialien, Komponenten oder Systemen untersuchen können, ohne Schäden zu verursachen und somit Geldeinsparungen möglich sind.

Die Zukunft scannen

Die positiven Ergebnisse des im Mai 2017 abgeschlossenen MAXPCI-Projekts werden die Grundlage für weitere Arbeit bilden, da Olivo und sein Team darauf abzielen, das XPCI-Verfahren in einer Vielzahl von Sektoren und Industrien umsetzbar zu machen. „Wir arbeiten genauer gesagt derzeit mit einer Reihe großer Unternehmen zusammen, um die kommerzielle Übertragung auf verschiedene Bereiche zu verfolgen“, sagt Olivo. „Es gibt bereits vorkommerzielle Prototypen und weitere [Prototypen], die auf viele der bereits erwähnten Anwendungsbereiche abzielen, befinden sich in der Entwicklung. Es ist möglich, dass sich zwischenzeitlich weitere Möglichkeiten ergeben.“

Neben der Lizenzvergabe an verschiedene Unternehmen, um das Anwendungsspektrum zu verbreitern, ziehen Olivo und sein Team derzeit zudem universitäre Ausgründungen in spezifischen Nischenbereichen in Erwägung. „Parallel hierzu werden wir außerdem unsere Ansätze optimieren und neue [Ansätze] entwickeln, um immer komplexer werdende Bildgebungsprobleme anzugehen. Hierdurch wird es möglich, Antworten auf neue Forschungsfragen zu finden und den Grundstein für den zukünftigen Technologietransfer zu legen.“

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

MAXPCI, Röntgen, XPCI, In-vivo, Computertomografie, NDT
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