Mit Gittern zum besseren Kontrast – Das Nano-Argovia-Projekt «NANOCREATE» unterstützt die Optimierung aussagekräftiger Abbildungen

Im Nano-Argovia-Projekt «NANOCREATE» werden wichtige Komponenten entwickelt für die nächste Generation von Röntgengeräten in der medizinischen Diagnostik. (Abbildung: PSI und GratXray)

Im Nano-Argovia-Projekt «NANOCREATE» entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) und der Firma GratXray AG (Villigen, AG) eine kostengünstige Fabrikationsmethode für optische Röntgen-Gitter. Die Gitter werden in einem von GratXray entwickelten Computertomografen verwendet, der eine hochaufgelöste, kontrastreiche Abbildung von kontrastarmem Gewebe wie weibliches Brustgewebe ermöglicht.

Entscheidende Vorteile
Beim klassischen Röntgen werden Kontraste zwischen verschiedenen Geweben besser mit abnehmender Energie der Röntgenstrahlen. Je niedriger die Energie der Röntgenstrahlen, desto höher ist jedoch die Dosis an Strahlen, der die Patienten ausgesetzt werden müssen. Der Einsatz des klassischen Röntgens wird aus diesem Grund durch die erreichbaren Kontraste limitiert. Teilweise lässt sich diese Einschränkung durch die Gitter-Interferometrie aufheben, da nicht nur die Absorption der Röntgenstrahlen gemessen wird, sondern zudem auch die Brechung und Streuung der Röntgenstrahlen zur Erstellung des Bildes herangezogen werden kann. Diese zusätzlichen Signale sind in Weichteilgewebe deutlich stärker und erlauben daher eine signifikante Verbesserung des Kontrasts unter kontrollierter Strahlendosis. Integriert in spezielle Brust-Computertomografen erlaubt diese Technik, dreidimensionale Bilder von bisher nicht erreichter Qualität zu liefern und kann damit zu einer genaueren Brustkrebsdiagnose führen.

Neue Fabrikationsmethode
Die Gitter-Interferometrie für die medizinische Diagnostik wurde in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Allerdings bleiben die hohen Produktionskosten der speziellen Gitter ein limitierender Faktor für die breite Anwendung der Technik. Das Team im Nano-Argovia-Projekt «NANOCREATE» unter Leitung von Dr. Konstantins Jefimovs (PSI) konzentriert sich daher auf die Entwicklung einer alternativen Fabrikationsmethode von Gittern und auf geringere Fabrikationskosten, sodass die Gitter mit grösseren Flächen und in grösserem Massstab produziert werden können.

Die Wissenschaftler am PSI entwickeln dazu eine Methode, die auf metall-unterstütztem chemischen Ätzen basiert, um zu niedrigeren Kosten Siliziumstrukturen mit einem hohem Bildseitenverhältnis und mit grösserer Fläche herzustellen. Diese Strukturen, die Röntgenstrahlen wenig absorbieren, werden dann mit Gold gefüllt, das Röntgenstrahlen stark absorbiert. Die Forschenden produzieren und testen die Leistung der so hergestellten Gitter mit einem Labor-Computertomographen-System. Auf der anderen Seite untersucht das Team an der FHNW die Laserablation als alternative Methode, um die Gitter direkt aus einer Metallfolie herzustellen. Neben dem Projektleiter Dr. Konstantins Jefimovs (PSI) sind Prof. Lucia Romano (PSI), Prof. Ronald Holtz (FHNW), Dr. Bojan Resan (FHNW) sowie Dr. Martin Stauber und Dr. Zhentian Wang (beide GratXray AG) an dem Projekt beteiligt.

«Das Nano-Argovia-Projekt «NANOCREATE» wird uns in unseren Bemühungen helfen, die Gitter-Interferometrie für einen grossen Einsatzbereich zur Verfügung zu stellen», bemerkt Dr. Martin Stauber von GratXray, einem Spin-off des PSI.