X-T R A FAKTEN Mitautor Thomas Köhler (Philips Research) ist Rudolf Diesel Indus- try Fellow des TUM Institute for Advan- ced Study (TUM-IAS), das aus Mitteln der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder sowie des Marie Curie COFUND- Programm der EU gefördert wird. Arbeiten wurden unterstützt durch das European Research Council im Rahmen eines Advanced Grants und die Philips GmbH Market DACH. Teil der Arbeiten wurde in Kooperation mit der Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF), einer Helmholtz-Forschungsinfrastruktur am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), durchgeführt. Dr. Franz Pfeiffer ist Direktor des Munich Institute of Biomedical Engineering (MIBE). Das MIBE ist ein Integrative Research Institute der Tech- nischen Universität München (TUM). Am MIBE entwickeln und verbessern Forscherinnen und Forscher aus der Medizin, den Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften gemeinsam Verfahren zur Diagnose, Prävention und Behandlung von Krankheiten. Sie arbeiten auch an Technologien, die körperliche Einschränkungen aus- gleichen. Die Aktivitäten reichen dabei von der Untersuchung grundlegender wissenschaftlicher Prinzipien bis zu deren Anwendung in medizinischen Geräten, Medikamenten oder Computer- programmen. Konventionelles Röntgen Auf dem Weg von der Röntgenquelle zum Detektor wird Röntgenlicht durch das dazwischenliegende Gewebe abgeschwächt. Konventionelles Rönt- gen nutzt diesen Effekt zur Bildgebung, da die Abschwächung je nach Art und Struktur des Gewebes unterschiedlich stark ist. Dadurch erscheinen Struktu- ren, wie beispielsweise Knochen, die das Röntgenlicht stärker abschwächen, im konventionellen Röntgenbild hell, während durchlässigeres Gewebe, wie die Lunge, dunkel erscheint. Dunkelfeld-Röntgen Dunkelfeld-Röntgen nutzt hingegen die Streuung des Röntgenlichts. Trifft Rönt- genlicht auf Materialien unterschiedli- cher Dichte, wie zum Beispiel an den Grenzflächen zwischen Lungengewebe und Luft, wird es kleinwinklig gestreut. Wertet man diese Kleinwinkelstreuung aus, erhält man zusätzliche Informatio- nen über feinste Gewebestrukturen, die mit konventionellen Röntgenverfahren nicht auflösbar wären. Gittertechnologie für das Dunkelfeld- Röntgen Um das gestreute Röntgenlicht detek- tieren zu können, sind spezielle opti- sche Elemente, sogenannte mikro- strukturierte Gitter, nötig. Diese werden zwischen Röntgenquelle und Detektor angebracht. Wenn das Röntgenlicht die Gitter passiert, entsteht ein charak- teristisches Muster auf dem Detektor. Platziert man eine Probe oder Person zwischen den Gittern, verändert sich das Muster. Dadurch sind Rückschlüsse auf die Struktur der Probe oder das Gewebe der Person möglich. war die Größe von Dunkelfeld-CT- Geräten bisher auf deutlich kleinere Dimensio- nen beschränkt, die für den Einsatz beim 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, Gan- try genannt, rotiert sehr schnell. Dabei entstehen Vibrationen, die Auswirkun- gen auf die fein abgestimmte Technik im Inneren des Geräts haben. Auf der Basis einer detaillierten Analyse der Vibratio- nen 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 Algorith- men, die auf der Grundlage von Referenz- scans die auf Vibrationen zurückzufüh- renden Effekte herausrechnen. Zusätzliche Informationen für Diagno- sen in der Klinik „Mit dem Dunkelfeld-CT-Prototyp kön- nen wir beim gleichen Scan-Durchgang konventionelle Röntgenaufnahmen und Dunkelfeld-Aufnahmen machen. Dadurch gewinnen wir zusätzliche Infor- mationen. Diese könnten zukünftig nicht nur bei der Diagnose von Lungenkrank- heiten, sondern beispielsweise auch bei der Diagnose von Nierensteinen und Ablagerungen im Gewebe von Vorteil sein“¸ sagt Manuel Viermetz, einer der beiden Erstautoren der Studie. Die Forschenden planen, die Bild- gebung mit dem Dunkelfeld-Computer- tomographen im nächsten Schritt noch weiter zu optimieren und das Gerät für den ersten Einsatz bei Patientinnen und Patienten vorzubereiten. Neue Hard- und Softwarekompo- nenten für die Dunkelfeld-CT Die Umsetzung der Dunkelfeld-Methode in einem CT-Gerät für die menschliche Größe bringt verschiedene technische Herausforderungen mit sich. Deswegen Publikationen: Darkfield computed tomography reaches the human scale. Manuel Viermetz, Nikolai Gustschin, Clemens Schmid, Jakob Haeusele, Maximilian von Teuffenbach, Pascal Meyer, Frank Bergner, Tobias Lasser, Roland Proksa, Thomas Koehler und Franz Pfeiffer. PNAS, Februar 2022. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2118799119 www.bioengineering.tum.de R ADIOLOGIE MAGA ZIN · 1-2022 77