Mini-Teilchenbeschleuniger spart Kontrastmittel

Weichteile wie Organe oder Blutgefäße sind auf Röntgenbildern kaum zu erkennen. Um Veren­gungen oder andere Verän­derungen in Herz­kranz­gefäßen zu finden, wird daher zumeist ein jodhal­tiges Kontrast­mittel gespritzt. Mit­unter können diese Sub­stanzen jedoch gefähr­liche Auswir­kungen haben. „Speziell bei Patienten mit Nieren­insuffi­zienz kann es zu Komplika­tionen bis hin zum Nieren­versagen kommen“, erläutert Daniela Münzel von der TU München. „Deshalb erfor­schen wir Möglich­keiten, um die Kontrast­mittel­gabe zu redu­zieren.“

Einen neuen Ansatz dafür haben jetzt Forscher der TU München entwickelt. Die Methode basiert nicht auf neuen Kontrast­mitteln, sondern auf beson­deren Röntgen­strahlen. Diese lassen sich mit­hilfe der Munich Compact Light Source, kurz MuCLS, erzeugen, dem welt­weit ersten Mini-Synchro­tron, das Ende 2015 einge­weiht wurde. „Während herkömm­liche Röntgen­quellen ein relativ breites Spektrum an Energien erzeugen, lässt sich die Energie der Röntgen­strahlen, die mit der MuCLS erzeugt werden, viel genauer steuern“, erläu­tert Elena Eggl von der TU MÜnchen.

Bei Kontrastmitteln wie Jod und Gadolinium gibt es eine Absorptions­kante. Das bedeutet: Wenn der Stoff mit Röntgen­strahlen einer bestimm­ten Wellen­länge bestrahlt wird, ist der Kontrast des markier­ten Organs auf der fertigen Auf­nahme beson­ders gut. Bleibt man unter dieser Absorp­tions­kante – bei Jod liegt sie bei etwa 30 keV – ist der Kontrast bereits deut­lich schwächer. Weit darüber wird er eben­falls schwächer.

Daher muss bei herkömmlichen Röntgenquellen mit einem breiten Spektrum immer genug Kontrast­mittel verwen­det werden, damit dieser Effekt ausge­glichen wird und der Kontrast für eine Diagnose aus­reicht. Die MuCLS kann Röntgen­strahlen erzeugen, die aus­schließ­lich den opti­malen Energie­wert haben. Solch eine mono­energe­tische Röntgen­strahlung kann man schon länger erzeugen. Bisher waren dafür aber ring­förmige Teilchen­beschleu­niger mit einem Durch­messer von mehreren hundert Metern nötig. Die MuCLS ist dagegen nur wenige Meter groß.

Rechnerisch ließe sich mithilfe von monoenergetischer Röntgen­strahlung bei gleich­blei­bendem Kontrast die Jod-Dosis um knapp ein Drittel senken. Für Gado­linium läge der Wert sogar noch etwas höher. Bis tat­säch­lich Patien­ten mit mono­energe­tischer Röntgen­strahlung unter­sucht werden können, muss jedoch noch vieles erforscht werden.

Die MuCLS ist das erste Kompaktsynchrotron überhaupt. „Da stehen wir erst ganz am Anfang der Ent­wick­lung“, sagt Eggl. Zudem ist das Gerät auf Grund­lagen­forschung und nicht auf die Unter­suchung von Menschen ausge­richtet. Dass die Methode grund­sätz­lich funktio­niert, zeigten die Forscher anhand von detail­lierten Computer­simula­tionen und mit­hilfe eines Schweine­herzens, dessen Gefäße sie mit Jod ein­färbten.

TUM / RK