Auf der Abbildung ist eine Intensitäts-„Landkarte“ der gestreuten Röntgenstrahlen zu sehen, die eine Vielzahl von zufällig verteilten hellen und dunklen Flecken, so genannte „speckles“, beinhaltet.

Röntgenphasenkontrastmethode weiterentwickelt

Beim herkömmlichen Röntgen wird die Absorption – also gewissermaßen die Abschwächung – der Strahlung beim Durchtritt durch ein Objekt genutzt, um dessen innere Struktur sichtbar zu machen. Solche Aufnahmen gelingen auch mit der sogenannten Röntgenphasenkontrastmethode, die auf der Brechung von Röntgenstrahlen basiert und nur eine geringe Strahlendosis erfordert. Wissenschaftler um Irene Zanette von der TU München haben diese Technik nun weiterentwickelt: Verlässliche Phasenkontrastaufnahmen lassen sich schon mit einem sehr einfachen Versuchsaufbau und einer Laborstrahlenquelle von extrem hoher Intensität produzieren, so das Team im Fachblatt „Physical Review Letters“.

Durchleuchtete Spielzeugblume

„In unserem neuen Versuchsaufbau verwenden wir einen Strahl aus flüssigem Metall zur Röntgenerzeugung in der Quelle und nicht – wie bei üblichen Laborquellen – festes Material“, erläutert Koautor Tunhe Zhou von der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm. In ihren Experimenten ließen die Forscher die Röntgenstrahlen so an einem Objekt streuen, dass zufällige Strukturen entstanden. Diese als Speckle bezeichneten Muster liefern eine Vielzahl von Informationen über das Objekt, das sie durchdringen. „Aus einer einzigen Messung bekommen wir drei unterschiedliche Bilder des Objekts: ein Abschwächungsbild, ein Phasenbild und eine Dunkelfeldaufnahme“, berichtet Zanette. Um die unterschiedlichen Bilder gleichzeitig zu erstellen, scannt ein spezieller Algorithmus die Specklemuster und analysiert genau, wie sich ihre Form und Position verändert, wenn sich eine Probe im Strahl befindet. Mithilfe der Phasenbilder lässt sich beispielsweise die projizierte Dicke des Objekts sehr genau messen, während die Dunkelfeldaufnahmen kleinste Strukturen wie Fasern oder Risse sichtbar machen, die sonst nicht aufgelöst werden könnten.

Zanette und ihre Kollegen arbeiten bereits an den nächsten Schritten. „Die neue Technik braucht nur eine Aufnahme und wäre daher auch geeignet, sie in Richtung Phasenkontrasttomografie zu erweitern. Das würde uns 3D-Einblicke in die Mikrostruktur des untersuchten Objekts ermöglichen“, so Zanette. Ein Hauptziel der Forscher ist, die Röntgenphasenkontrastmethode in Zukunft auch für die Diagnose von Krebs oder Osteoporose in der Klinik einsetzbar zu machen. Denn bisher lassen sich solche Aufnahmen nur schwer erzeugen – unter anderem, weil spezielle Strahlenquellen an großen Teilchenbeschleunigeranlagen nötig sind.