Neues Röntgenverfahren unterscheidet, was bisher gleich aussah

Im gewöhnlichen Röntgenbild kann man die Knochen besonders deutlich sehen, weil sie Röntgenlicht stärker abschwächen als umliegendes Gewebe – das Röntgenbild ist so gewissermassen ein Schattenbild des Körperinneren. Verschiedene Arten von Weichgewebe schwächen Röntgenlicht aber in ungefähr gleichem Masse ab und sind dadurch nur schwer zu unterscheiden.

Verschobene Phase zeigt Strukturen

Um diese Gewebearten doch zu unterscheiden, machen sich die Forschenden zunutze, dass sich die Gewebe oftmals in einer anderen Eigenschaft unterscheiden – in ihrer Dichte, die auch bestimmt, wie schnell das Röntgenlicht darin vorankommt. Durch die unterschiedliche Dichte kommt es zu einer sogenannten Phasenverschiebung des Röntgenlichts.

Licht ist ja eine Welle. Man kann sich einen Lichtstrahl so denken, dass immer abwechselnd Wellenberge und Wellentäler aufeinanderfolgen. Nun kann man sich vorstellen, dass mehrere Lichtstrahlen parallel an einer Röntgenlichtquelle loslaufen – und zwar „in Phase“, also so, dass etwa die Wellenberge aller Wellen nebeneinander liegen. Laufen die Lichtstrahlen nun alle durch ein Gewebe, das an verschiedenen Orten eine unterschiedliche Dichte aufweist, sind sie danach nicht mehr in Phase, weil sie verschieden schnell durch das Gewebe gelaufen sind. Diesen Phasenunterschied kann man nutzen, um die Struktur des Gewebes zu bestimmen.

Neue Methode auch für die Arztpraxis

Um aus den Phasenunterschieden ein Bild der Gewebestruktur zu bekommen, schicken die Forschenden das Licht durch ein feines Gitter mit Abständen von einigen tausendstel Millimetern, sodass sich die verschiedenen Strahlen überlagern. Aus der Überlagerung bestimmen sie dann die Struktur in einer bisher unerreichten Genauigkeit. Das schweizerisch-chinesische Forscherteam hat nun das Verfahren „Reverse Projection Method – RP“ erarbeitet, mit dem man die Phasenverschiebungen auf eine sehr einfache Weise bestimmen kann.

„Dadurch wird man Phasenkontrastbilder so einfach aufnehmen können wie heute normale Röntgenbilder“, erklärt Marco Stampanoni, Professor für Röntgenmikroskopie am Institut für Biomedizinische Technik der ETH Zürich und Projektleiter am PSI. „Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zur weiten Nutzung der Phasenkontrastmethode auf Gebieten wie Medizin, zerstörungsfreie Materialuntersuchung oder Sicherheitstechnik, weil sie ähnliche Untersuchungsbedingungen und Algorithmen nutzt wie vorhandene Anlagen.“

Text: Paul Piwnicki

Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1300 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 260 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.