Einsatz Lichtbrechender Bauteile zur Dosisreduktion bei medizinischem Phasenkontrast-Röntgen

Internally funded project


Project Details

Project leader:
Prof. Dr. Christoph Pflaum

Project members:
Oliver Preusche

Contributing FAU Organisations:
Professur für Informatik (Numerische Simulation mit Höchstleistungsrechnern)

Start date: 01/08/2014
End date: 31/12/2019


Abstract (technical / expert description):

Röntgen-Phasenkontrastbildgebung ist eine recht junge Erweiterung zum üblichen Absorptionskontrast in Röntgenaufnahmen. Medizinischer Phasenkontrast kann dabei minimale Richtungsänderungen des Röntgenstrahls im Patienten messen und als Bild darstellen. Derartige Bilder können z.B. Tumore als Übergänge zwischen Gewebe leicht unterschiedlicher Dichte visualisieren. 

Seit ca. 2006 können medizinische Röntgengeräte um eine Phasenkontrastoptik erweitert werden (ausreichend Platz vorausgesetzt). Diese Optik heißt Talbot-Lau Interferometer und misst die Lichtbrechung in der Probe anhand der Verschiebung eines Streifenmusters.

Wegen dem medizinischen Bezug ist die für eine Aufnahme benötigte Röntgendosis relevant. Diese Dosis könnte reduziert werden durch eine Steigerung der Empfindlichkeit der Geräte (technisch: durch eine Reduktion des Winkel-Messbereichs). Es liegen zwei im Vorfeld entwickelte konkrete Vorschläge zur Steigerung der Empfindlichkeit und damit zur Dosiseinsparung vor.

Einer der Vorschläge ("Linsengitter") könnte gleichzeitig einen guten Kontrast des Streifenmusters (technisch: eine gute Sichtbarkeit) selbst bei hohen Photonenenergien erreichen. Der andere Vorschlag ("Prismengitter") dagegen setzt auf eine sehr hohe Empfindlichkeit und nimmt dafür einen geringeren Kontrast des Streifenmusters in Kauf. Beide Vorschläge erweitern das auf Gitterbeugung basierende Talbot-Lau Interferometer um Bauteile aus lichtbrechenden Mikroprismen. 

Dazu wurde im Vorfeld eine neuartige Fertigungsmethode für röntgenoptische Mikroprismen und Fresnel-Linsen vorgeschlagen. Die Methode soll es erlauben, mit nahezu unveränderten Fertigungsprozessen vollflächige Anordnungen (Arrays) starker Prismen herzustellen.

Ziel des Projektes ist es, (1) beide konkreten Vorschläge zu simulieren, um damit (2) realisierbare und vorteilhafte Hardware-Aufbauten auslegen zu können. Anhand der ausgelegten Aufbauten soll dann (3) das Potential der Vorschläge bewertet werden. Die Simulation soll dabei komplexe Wellenfelder durch die Optiken propagieren können, um sowohl Interferenz als auch Lichtbrechung zu berücksichtigen. Während ein realer Hardware-Aufbau im Wesentlichen nur ein Endergebnis ("was sieht der Detektor?") bewerten kann, soll die Simulation einzelne Beiträge zum Endergebnis aufschlüsseln können. Gleichzeitig soll die Software auch Aussagen zur Realisierbarkeit ("Wie leicht lässt sich die Geometrie fertigen?") machen.


Publications

Preusche, O. (2018). Choosing sensitivity to reduce X-ray dose in medical phase contrast imaging. Optics Express, 26(8), 10339-10357. https://dx.doi.org/10.1364/OE.26.010339
Preusche, O. (2016). Lens gratings for dose optimization of medical X-ray phase contrast imaging. Optics Express, 24(23), 26161-26174. https://dx.doi.org/10.1364/OE.24.026161
Preusche, O. (2016). Sensitive phase gratings for x-ray phase contrast - a simulation-based comparison. In IEEE (Eds.), (pp. 1-4). Seattle, US: IEEEXplore digital library.
Preusche, O., Weber, T., & Anton, G. (2015). Refraction in a Talbot-Lau setup allows High Energy, Visibility, and Sensitivity. Poster presentation at International Symposium on BioMedical Applications of X-Ray Phase Contrast Imaging (IMXP 2014), Garmisch-Patenkirchen.

Last updated on 2018-08-09 at 13:06