3D-Dunkelfeld-Rekonstruktionen mit dem Röntgengerät

FAU-Wissenschaftler entwickeln neues Verfahren für Röntgenuntersuchung

Wissenschaftler der FAU arbeiten gegenwärtig an einer Möglichkeit, um die hochentwickelte Röntgentechnik noch einen Schritt weiterzubringen. Mittels Röntgen-Dunkelfeldbildgebung wollen die Forscher 3-dimensionale-Rekonstruktionen vom Materialaufbau gescannter Objekte anfertigen, die neuartige Informationen über die Materialstruktur liefern.

Das Verfahren soll zukünftig in der medizinischen Bildgebung und der zerstörungsfreien Prüfung im industriellen Rahmen zum Einsatz kommen, um Veränderungen in der Struktur von Material oder menschlichem Gewebe besser untersuchen zu können.

Im medizinischen Bereich könnte dieses Verfahren damit zum ersten Mal patiententauglich werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das Kooperationsprojekt des Lehrstuhls für Mustererkennung und des Lehrstuhls für Teilchen- und Astroteilchenphysik mit 500.000 Euro.

Die sogenannte Röntgen-Dunkelfeldbildgebung ist eine relativ neue Möglichkeit, um den Aufbau eines Materials auf kleinster Ebene, genauer gesagt, kleiner als die mögliche Auflösung eines Röntgenbildes und damit kleiner als ein Pixel, visuell zu untersuchen. Dies ist durch einen sogenannten Talbot-Lau-Messaufbau möglich.

„Nicht viele Forschergruppen in Deutschland sind in der Lage, Dunkelfeldbilder mit dem Talbot-Lau-Verfahren aufzunehmen“, sagt Prof. Andreas Maier vom Lehrstuhl für Mustererkennung. „Dabei befinden sich zwischen Röntgenquelle und Detektor mehrere Mikrostrukturgitter, die die Wellen der Röntgenstrahlen so präparieren, dass geringe Richtungsänderungen der Strahlung messbar werden“, erklärt Prof. Maier die zugrundeliegende Funktionsweise.

Das Ergebnis sind drei verschiedene Bildtypen: das allgemein bekannte Röntgenbild, das die Absorption der Strahlung zeigt, ein sogenanntes Phasenkontrastbild und das Dunkelfeldbild. Während man beim Phasenkontrastbild die sehr kleinen Richtungsänderungen der Röntgenstrahlen beim Durchdringen von Materie nutzt, um Objekte sichtbar zu machen, beschreiben Dunkelfeldbilder Unregelmäßigkeiten in den Röntgenwellen, die von kleinen Objektstrukturen unterhalb der Pixelgröße verursacht werden.

Es liefert somit Informationen über Schwankungen in Struktur und Dichte des untersuchten Materials. Mit diesem Verfahren können kleinste Veränderungen im Material sichtbar gemacht werden, wie zum Beispiel Mikrorisse. Aber auch in der medizinischen Röntgendiagnostik kommt diese Methode zum Einsatz, da sich so zum Beispiel krankhaftes von gesundem Gewebe besser unterscheiden lässt.

In Erlangen rekonstruieren die Wissenschaftler nun aus den Dunkelfeldbildern dreidimensionale Ansichten. Dazu entwickelt das Team um Prof. Gisela Anton vom Lehrstuhl für Teilchen- und Astroteilchenphysik der FAU einen Talbot-Lau-Röntgenaufbau, um mit einer einzigen spiralförmigen Bahn das Untersuchungsobjekt zu scannen. Die Informatiker schreiben hierzu die nötigen Algorithmen. Aus den daraus gewonnenen Informationen werden dann die 3-dimensionalen Objekt-Rekonstruktionen angefertigt.

Die spiralförmige Abtastung ist eine übliche Technik, die bei CT-Aufnahmen zum Einsatz kommt. Hierbei bewegt sich das Objekt oder der Patient auf einem Tisch nach vorne, während das bildgebende System rotiert. „Der größte Vorteil an einer spiralförmigen Abtastung ist jedoch, dass sich ein Datensatz mit Richtungsstrukturen erstellen lässt, ohne die Notwendigkeit mehrfacher Aufnahmen mit neuen Positionierungen für das untersuchte Objekt“, sagt Shiyang Hu, die Leiterin des Projektes.

Denn die Darstellung der Ausrichtung von Fasern und Strukturen in Dunkelfeldbildern ist bisher nur in 2 Dimensionen möglich. Zudem könnte dies zukünftig für die medizinische Anwendung tauglich werden, da der Patient hier weniger Strahlung ausgesetzt würde, als in anderen Verfahren.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Andreas Maier
Tel. 09131/85-27883
andreas.maier@fau.de