Eine Revolution in der medizinischen Diagnostik versprechen Röntgenröhren aus der Siemens-Forschung: Sie liefern schärfere und differenziertere Bilder des menschlichen Gewebes als herkömmliche Röntgensysteme. Damit sollen sich Tumore schon im Frühstadium besser erkennen lassen.  

Siemens erforscht neue Konzepte für Röntgenröhren: Sie sollen die Bildauflösung dramatisch erhöhen und Phasenkontrast-Röntgen ermöglichen – ein Verfahren, mit dem sich Tumore besser erkannen lassen.

Phasenkontrast-Röntgen, so nennt sich ein neues bildgebendes Verfahren, an dem Wissenschaftler in aller Welt schon seit Jahren tüfteln. Bei diesem Verfahren werden die Brechungseigenschaften des Gewebes erfasst. Gemessen wird, wie das Gewebe die Phase beeinflusst, also den Abstand von Schwingungstälern und -bergen des Röntgenstrahls. Dadurch lässt sich die Art des Gewebes genauer bestimmen als beim herkömmlichen Absorptionsröntgen, bei dem lediglich erfasst wird, ob die Strahlen ein Gewebe durchdringen oder nicht.

So können beispielsweise Tumore im Frühstadium gut vom gesunden Gewebe abgegrenzt werden. Blutgefäße werden auch ohne Kontrastmittel sichtbar. Das entlastet Patienten, die auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen untersucht werden und denen man bislang Kontrastmittel verabreichen muss, damit Blutgefäße sichtbar werden. Fast jeder zehnte Patient reagiert Angaben von Siemens zufolge allergisch auf diese Stoffe, was zu Schockzuständen und Nierenversagen führen kann.

Die Vorteile des Phasenkontrast-Röntgens: Untersuchungen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen kommen beispielsweise mit weniger oder sogar ganz ohne die Kontrastmittel aus, auf die etwa jeder zehnte Patient allergisch reagiert.

Die Experten von Siemens Healthcare setzen jetzt erstmals sogenannte Wellenfront-Sensoren ein, wie sie in der Astronomie verwendet werden – im Rahmen eines Forschungsprojekts, das noch bis 2017 läuft. Nicht mehr 2000 Grad heiße Glühdrähte senden in den neuartigen Röntgenröhren Elektronen aus, sondern eine ringförmige, sogenannte kalte Kathode aus nanostrukturiertem Kohlenstoff, die bei hoher Spannung und Raumtemperatur arbeitet. Der Vorteil: Sie ist energiesparender als die bisherigen Kathoden.

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Die Elektronen treffen auch nicht mehr auf eine Anode aus Wolfram, wo lediglich ein Prozent der einfallenden Energie in Röntgenstrahlen umgesetzt wird, sondern auf einen haardünnen Strahl aus flüssigem Metall – eine Neuerfindung der Siemens-Forscher. Der Strahl besteht zu 95 Prozent aus Lithium, das effektiv die Wärme abtransportiert, und zu fünf Prozent aus schweren Elementen wie etwa Wismut oder Lanthan. Die bremsen Elektronen ab und erzeugen so die kurzwellige Röntgenstrahlung. Die Energie der Elektronen, die die flüssige Metallstrahl-Anode verlassen, könnte dem Konzept von Siemens zufolge zu großen Teilen zurückgewonnen und dem Energie-Kreislauf wieder zugefügt werden. Bei diesem Verfahren würde sich der Energieverbrauch für Strom und Kühlung gegenüber heutigen Geräten halbieren.

Die neue Technik erzeugt eine viel höhere Energiedichte in der Anode, so dass bei gleicher Lichtstärke der Fokus der neuen Röntgenquelle 400-Mal kleiner ist als bisher. Dies führt zu einer 20-fach höheren Bildauflösung und ermöglicht erst das Phasenkontrast-Röntgen.

Die neuen Röntgenröhren können auch zur Unterstützung minimal-invasiver Eingriffen eingesetzt werden. Bei solchen Operationen arbeiten Chirurgen über Katheter im Körperinneren und wissen anhand von Röntgenaufnahmen jederzeit, wo sie sich genau befinden. Wird der Katheter über ein Magnetfeld gesteuert, können keine konventionellen Röntgensysteme eingesetzt werden, weil sie auf Magnetfelder empfindlich reagieren. Die neue Technik hat diesen Nachteil nicht.

Susanne Neumann ist Webjournalistin. „Inhalt mit Anspruch“ ist das Motto der freien Journalistin und Online-Redakteurin. Sie steht für gründliche Recherche, eine verständliche Darstellung auch komplizierter Sachverhalte und Freude am Thema. Sie hat  Politik-, Theater-, und Kommunikationswissenschaften studiert.

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