Medizin

Mini-Teilchenbeschleuniger spart Kontrastmittel

Herz-Untersuchung
mg
Mini-Synchrotron
Prof. Franz Pfeiffer und PD Dr. Daniela Münzel am Mini-Synchrotron MuCLS © Andreas Heddergott/TUM
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Um Verengungen am Herzen festzustellen, mussten bisher immer genügend Kontrastmittel gespritzt werden. Bei einigen Patienten können diese Mittel jedoch Probleme verursachen. Mithilfe eines Mini-Teilchenbeschleunigers könnte die Kontrastmittelmenge nun gesenkt werden.

Die wichtigste Methode, um Verengungen in den Herzkranzgefäßen sichtbar zu machen, ist die Koronarangiographie. Da Weichteile, wie Organe und Blutgefäße, auf Röntgenbildern kaum zu erkennen sind, werden Kontrastmittel wie Jod oder Gadolinium gespritzt. Dadurch werden Verengungen oder andere Veränderungen in den Herzkranzgefäßen sichtbar. Diese können bei einigen Patienten beispielsweise mit einer Niereninsuffizienz jedoch Komplikationen verursachen bis hin zum Nierenversagen.

Präzise Röntgenstrahlen

Um die Menge der mitunter gefährlichen Kontrastmittel zu senken, hat nun ein Team des Instituts für diagnostische und interventionelle Radiologie des Klinikums rechts der Isar in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Biomedizinische Physik am Department Physik der TUM ein neues Verfahren entwickelt und die Ergebnisse im Fachjournal „Nature Scientific Reports" veröffentlicht. Die Methode basiert nicht auf neuen Kontrastmitteln, sondern auf Röntgenstrahlen.

Bei bisherigen Röntgenquellen mit einem breiten Energiespektrum mussten immer genügend Kontrastmittel verwendet werden, um die Organe für eine Diagnose gut zu erkennen. „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, Physikerin und Erstautorin der Publikation. MuCLS, Munich Compact Light Source, ist das weltweit erste Mini-Synchrotron und wurde Ende 2015 an der TUM eingeweiht. Mit ihm werden Röntgenstrahlen erzeugt, die genau zu den verwendeten Kontrastmitteln passen. Die MuCLS hat ungefähr die Größe eines Pkw.

Nahe der Absorptionskante

Kontrastmittel wie Jod oder Gadoliniuim besitzen eine sogenannte Absorptionskante, die genau von den Röntgenstrahlen einer bestimmten Wellenlänge getroffen werden muss, um die gewünschten Bilder zu erzeugen. Das bedeutet, bleibt man unter der Absorptionskante, ist der Kontrast deutlich schwächer, dasselbe gilt für einen Wert weit darüber. Mit der MuCLS werden Röntgenstrahlen mit optimalem Energiewert erzeugt, sodass weniger Kontrastmittel verwendet werden kann und das Risiko für Patienten gesenkt wird. Dabei ließe sich rechnerisch die Jod-Dosis um ein Drittel senken mithilfe der monoenergetischen Röntgenstrahlung bei gleichbleibendem Kontrast. Für Gadolinium liegt der Wert sogar noch höher.

Bevor das Verfahren jedoch an Menschen getestet werden kann, muss noch vieles erforscht werden. „Da stehen wir erst ganz am Anfang", betont Elena Eggl. Anhand von Computersimulationen und mithilfe eines Schweineherzens bewiesen die Forscher jedoch bereits, dass die Methode funktioniert. Franz Pfeiffer, Professor für biomedizinische Physik an der TUM, sieht die bisherigen Ergebnisse als vielversprechenden Auftakt der medizinischen Forschung mit dem Kompaktsynchrotron. „Die MuCLS bietet eine Vielzahl an medizinischen Anwendungsmöglichkeiten, die wir gemeinsam mit unseren Partnern aus der Medizin weiter erforschen wollen."(idw, red)

Literatur:

Eggl E, Mechlem K, Braig E, et al.: Mono-Energy Coronary Angiography with a Compact Synchrotron Source. Scientific Reports 7, Article number: 42211 (2017), DOI: 10.1038/srep42211.

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