Dreidimensionale Röntgen-Dunkelfeld-Bildgebung in einer Helix-Geometrie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Gisela Anton; Professor Dr.-Ing. Andreas Maier
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289363653

Das Dunkelfeld-Signal eines Röntgen-Phasenkontrast-Systems misst die Streuung mikroskopischer Strukturen mit Hilfe eines Talbot-Lau-Interferometers mit einer konventionellen Röntgenröhre und eines konventionellen Röntgendetektors. Interessanterweise ist die gemessene Intensität des Dunkelfeld-Signals von der Orientierung der Mikrostruktur abhängig. Mit Hilfe von Algorithmen für die tomographische Bildrekonstruktion ist es möglich, diese Strukturorientierungen zu bestimmen. Die Größe der abgebildeten Strukturen kann wesentlich kleiner sein als die Auflösung der verwendeten Röntgendetektoren. Hiermit ist es möglich, Eigenschaften von beispielsweise Knochen oder Weichgewebe in einem Detailgrad zu untersuchen, wie es bisher mit klinischen Röntensystemen nicht möglich war.Bisherige Dunkelfeld-Rekonstruktionsverfahren benötigen für eine Rekonstruktion in 3D eine Abtastung aus allen räumlichen Richtungen, was für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist.Das Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung eines Systems und Verfahrens zur 3D-Rekonstruktion von Strukturorientierungen mit Hilfe von Messungen auf einer praktikablen Abtastbahn. Hierfür schlagen wir die in konventionellem CT sehr erfolgreich eingesetzte Helix-Trajektorie vor. Damit wird es zum ersten mal möglich sein, Dunkelfeld-Volumen aus einer praktisch einsetzbaren, kontinuierlichen Aufnahmetrajektorie zu berechnen, die keine mehrfache Rotation des Objekts erfordert und dabei auch unnötig lange Durchstrahlungslängen durch das Objekt bzw. den Patienten vermeidet.Das Projekt wird in Zusammenarbeit zwischen der Physik und der Informatik and der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt. Im einzelnen gliedert sich das Projekt in sechs Teile:- A: Entwicklung eines Streumodels für Dunkelfeldsignale aus einem 3D-Kegelstrahl.- B: Entwicklung von Rekonstruktionsalgorithmen für das Helix-Dunkelfeld-System- C: Entwicklung und Optimierung der Rekonstruktionsmethoden im Hinblick auf klinische Anwendungen- D: Entwurf eines experimentellen Helix-Bildgebungssystems- E: Aufbau des Helix-Bildgebungssystems- F: Bewertung und Optimierung der SystemeigenschaftenDie Teile A bis C werden in der Informatik bearbeitet, die Teile D bis F in der Physik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen