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Munich-Centre for Advanced Photonics // MAP

DFG Exzellenzcluster

Laserlicht ist ein zentrales Werkzeug des 21. Jahrhunderts. Im Internet finden sich mehrere hundert Millionen Einträge zu Lasern, laserbasierten Quellen und Techniken, kurz: Photonik, die zu den Schlüsseldisziplinen in Technologieentwicklungs-Roadmaps großer Volkswirtschaften zählt. Sie bieten das Potenzial, die Grenzen der Wissenschaft, der Biomedizin und der Informationstechnologien zu erweitern.

Das Münchener Zentrum für fortgeschrittene Photonik (MAP), das 2006 gegründet wurde und auf ein etabliertes Netzwerk von Kooperationen zwischen Physikern, Chemikern, Biologen und Medizinern setzt, will dieses Potenzial durch den Einsatz modernster photonischer Werkzeuge ausschöpfen.

MAPs Laserquellen und Phasenkontrast-Röntgenbildgebungsverfahren eröffnen einen neuen Weg zur Früherkennung von Krebs und chronischen Krankheiten und damit zu einer erfolgreichen Behandlung, die eine große Herausforderung für die moderne Gesellschaft darstellt. Die MAP-Forschung orientiert sich an mehreren langfristigen Zielen und Visionen. Ein Hauptziel ist eine kostengünstige Instrumentierung zur Früherkennung von Krankheiten einschließlich der Früherkennung von Krebs. Die Mission von MAP besteht darin, eine beispiellose Infrastruktur für Photonik zu schaffen, die vom Zentrum für fortgeschrittene Laseranwendungen - CALA - getragen wird und eine dauerhafte Brücke zwischen physikalischen und biomedizinischen Wissenschaften bildet.

MAP Grafik 1

 
 
MAP-Projekte der Klinik und Poliklinik für Radiologie:

Phasenkontrast und Dunkelfeld: neue Dimensionen in der Bildgebung

Gemeinsam mit Physikern von TUM, LMU, SIEMENS und Helmholtz-Zentrum arbeiten Forscher der Klinik und Poliklinik für Radiologie an der Entwicklung und Implementierung der Röntgen-Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Bildgebung.

Die Phasenkontrast- und Dunkelfeldbildgebung liefert Röntgenbilder mit zusätzlichen Informationen und besserem Weichteilkontrast. Die Technologie wird derzeit an Gewebeproben und in prä-klinischen Studien erforscht und nimmt die großen Volkskrankheiten Schlaganfall, Herzinfarkt, Lungenerkrankungen und Krebs ins Visier.

Seit Wilhelm Conrad Röntgens Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahr 1895 wird lediglich die Absorption der Strahlen im Gewebe für die medizinische Bildgebung eingesetzt. Zusätzlich zur reinen Abschwächung des Röntgenlichts, wird dieses beim Durchgang durch biologisches Material jedoch auch gebeugt und gestreut. Diese Phänomene werden in der Phasenkontrast- und Dunkelfeldbildgebung sichtbar gemacht.

Dies bedeutet, dass die Phasenkontrast- und Dunkelfeldbildgebung das konventionelle Röntgenbild ergänzt, indem sie zusätzliche Informationen liefert. In gezielten experimentellen Studien zur Phasenkontrast- und Dunkelfeld Mammographie wurden so kalzifizierte Tumorerkrankungen der Brust besser erkannt und Tumorausläufer präziser dargestellt. Diese zusätzlichen Informationen können auch in der  Diagnostik weiterer wichtiger Volkskrankheiten einen entscheidenden Vorteil liefern. Untersuchungen zeigten, dass die Methode eine akkuratere Diagnose bei lebensbedrohlichen Lungenkrankheiten, die mit der Zerstörung von Lungenbläschen einhergehen, gewährleistet. Veränderungen der menschlichen Blutgefäße, eine häufige Ursache für Herzinfarkte und Schlaganfälle, konnten mit Hilfe von Phasenkontrastbildern besonders genau identifiziert werden. Diese Arbeiten zeigen, dass ein erfolgreicher Transfer der Technologie in die Klinik die Chance bietet, Zivilisationskrankheiten in Zukunft früher und besser zu erkennen, den Gesundheitszustand der Bevölkerung zu verbessern, und Behandlungskosten zu senken.

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Abbildung: In der Maus zeigt sich ein deutlicher Signalabfall im Dunkelfeld-Röntgenbild (untere Zeile) der vom Emphysem betroffenen Lunge. Im konventionellen Bild (obere Zeile) ist die Krankheit selbst für den Experten nicht zuverlässig erkennbar. Links: gesunde Lunge; Mitte: mildes Emphysem; Rechts: schweres Emphysem.

 

Ausgewählte Publikationen:

Qualitative and Quantitative Evaluation of Structural Myocardial Alterations by Grating-Based Phase-Contrast Computed Tomography. Notohamiprodjo S, Webber N, Birnbacher L, Willner M, Viermetz M, Herzen J, Marschner M, Mayr D, Bartsch H, Saam T, Auweter S, Pfeiffer F, Reiser MF, Hetterich H. Invest Radiol. 2018 Jan;53(1):26-34.

Dark-field imaging in coronary atherosclerosis. Hetterich H, Webber N, Willner M, Herzen J, Birnbacher L, Auweter S, Schüller U, Bamberg F, Notohamiprodjo S, Bartsch H, Wolf J, Marschner M, Pfeiffer F, Reiser M, Saam T. Eur J Radiol. 2017 Sep;94:38-45. doi: 10.1016/j.ejrad.2017.07.018. Epub 2017 Jul 24.

In-vivo X-ray Dark-Field Chest Radiography of a Pig. Gromann LB, De Marco F, Willer K, Noël PB, Scherer K, Renger B, Gleich B, Achterhold K, Fingerle AA, Muenzel D, Auweter S, Hellbach K, Reiser M, Baehr A, Dmochewitz M, Schroeter TJ, Koch FJ, Meyer P, Kunka D, Mohr J, Yaroshenko A, Maack HI, Pralow T, van der Heijden H, Proksa R, Koehler T, Wieberneit N, Rindt K, Rummeny EJ, Pfeiffer F, Herzen J. Sci Rep. 2017 Jul 6;7(1):4807. doi: 10.1038/s41598-017-05101-w.

Ex Vivo Assessment of Coronary Atherosclerotic Plaque by Grating-Based Phase-Contrast Computed Tomography: Correlation With Optical Coherence Tomography. Habbel C, Hetterich H, Willner M, Herzen J, Steigerwald K, Auweter S, Schüller U, Hausleiter J, Massberg S, Reiser M, Pfeiffer F, Saam T, Bamberg F. Invest Radiol. 2017 Apr;52(4):223-231. doi: 10.1097/RLI.0000000000000346.

Qualitative and Quantitative Imaging Evaluation of Renal Cell Carcinoma Subtypes with Grating-based X-ray Phase-contrast CT. Braunagel M, Birnbacher L, Willner M, Marschner M, De Marco F, Viermetz M, Notohamiprodjo S, Hellbach K, Auweter S, Link V, Woischke C, Reiser MF, Pfeiffer F, Notohamiprodjo M, Herzen J. Sci Rep. 2017 Mar 31;7:45400. doi: 10.1038/srep45400.

X-ray dark-field radiography facilitates the diagnosis of pulmonary fibrosis in a mouse model. Hellbach K, Yaroshenko A, Willer K, Conlon TM, Braunagel MB, Auweter S, Yildirim AÖ, Eickelberg O, Pfeiffer F, Reiser MF, Meinel FG. Sci Rep. 2017 Mar 23;7(1):340. doi: 10.1038/s41598-017-00475-3.

Facilitated Diagnosis of Pneumothoraces in Newborn Mice Using X-ray Dark-Field Radiography. Hellbach K, Yaroshenko A, Willer K, Pritzke T, Baumann A, Hesse N, Auweter S, Reiser MF, Eickelberg O, Pfeiffer F, Hilgendorff A, Meinel FG. Invest Radiol. 2016 Oct;51(10):597-601.

AHA classification of coronary and carotid atherosclerotic plaques by grating-based phase-contrast computed tomography. Hetterich H, Webber N, Willner M, Herzen J, Birnbacher L, Hipp A, Marschner M, Auweter SD, Habbel C, Schüller U, Bamberg F, Ertl-Wagner B, Pfeiffer F, Saam T. Eur Radiol. 2016 Sep;26(9):3223-33. doi: 10.1007/s00330-015-4143-z. Epub 2015 Dec 17.

Visualization of neonatal lung injury associated with mechanical ventilation using x-ray dark-field radiography. Yaroshenko A, Pritzke T, Koschlig M, Kamgari N, Willer K, Gromann L, Auweter S, Hellbach K, Reiser M, Eickelberg O, Pfeiffer F, Hilgendorff A. Sci Rep. 2016 Apr 13;6:24269.

Computer-aided diagnosis of pulmonary diseases using x-ray darkfield radiography. Einarsdóttir H, Yaroshenko A, Velroyen A, Bech M, Hellbach K, Auweter S, Yildirim Ö, Meinel FG, Eickelberg O, Reiser M, Larsen R, Ersbøll BK, Pfeiffer F. Phys Med Biol. 2015 Dec 21;60(24):9253-68. doi: 10.1088/0031-9155/60/24/9253. Epub 2015 Nov 18.

Improved visualization of breast cancer features in multifocal carcinoma using phase-contrast and dark-field mammography: an ex vivo study. Grandl S, Scherer K, Sztrókay-Gaul A, Birnbacher L, Willer K, Chabior M, Herzen J, Mayr D, Auweter SD, Pfeiffer F, Bamberg F, Hellerhoff K. Eur Radiol. 2015 Dec;25(12):3659-68. doi: 10.1007/s00330-015-3773-5. Epub 2015 May 9.

Improved In vivo Assessment of Pulmonary Fibrosis in Mice using X-Ray Dark-Field Radiography. Yaroshenko A, Hellbach K, Yildirim AÖ, Conlon TM, Fernandez IE, Bech M, Velroyen A, Meinel FG, Auweter S, Reiser M, Eickelberg O, Pfeiffer F. Sci Rep. 2015 Dec 1;5:17492. doi: 10.1038/srep17492.

X-ray phase-contrast computed tomography of human coronary arteries. Hetterich H, Willner M, Habbel C, Herzen J, Hoffmann VS, Fill S, Hipp A, Marschner M, Schüller U, Auweter S, Massberg S, Reiser MF, Pfeiffer F, Saam T, Bamberg F. Invest Radiol. 2015 Oct;50(10):686-94.

Grating-based X-ray Dark-field Computed Tomography of Living Mice. Velroyen A, Yaroshenko A, Hahn D, Fehringer A, Tapfer A, Müller M, Noël PB, Pauwels B, Sasov A, Yildirim AÖ, Eickelberg O, Hellbach K, Auweter SD, Meinel FG, Reiser MF, Bech M, Pfeiffer F. EBioMedicine. 2015 Aug 13;2(10):1500-6. doi: 10.1016/j.ebiom.2015.08.014. eCollection 2015 Oct.

Ex Vivo Perfusion-Simulation Measurements of Microbubbles as a Scattering Contrast Agent for Grating-Based X-Ray Dark-Field Imaging. Velroyen A, Bech M, Tapfer A, Yaroshenko A, Müller M, Paprottka P, Ingrisch M, Cyran CC, Auweter SD, Nikolaou K, Reiser MF, Pfeiffer F. PLoS One. 2015 Jul 2;10(7):e0129512. doi: 10.1371/journal.pone.0129512. eCollection 2015.

In Vivo Dark-Field Radiography for Early Diagnosis and Staging of Pulmonary Emphysema. Hellbach K, Yaroshenko A, Meinel FG, Yildirim AÖ, Conlon TM, Bech M, Mueller M, Velroyen A, Notohamiprodjo M, Bamberg F, Auweter S, Reiser M, Eickelberg O, Pfeiffer F. Invest Radiol. 2015 Jul;50(7):430-5.

Visualizing typical features of breast fibroadenomas using phase-contrast CT: an ex-vivo study. Grandl S, Willner M, Herzen J, Sztrókay-Gaul A, Mayr D, Auweter SD, Hipp A, Birnbacher L, Marschner M, Chabior M, Reiser M, Pfeiffer F, Bamberg F, Hellerhoff K. PLoS One. 2014 May 13;9(5):e97101. doi: 10.1371/journal.pone.0097101. eCollection 2014.

Quantitative breast tissue characterization using grating-based x-ray phase-contrast imaging. Willner M, Herzen J, Grandl S, Auweter S, Mayr D, Hipp A, Chabior M, Sarapata A, Achterhold K, Zanette I, Weitkamp T, Sztrókay A, Hellerhoff K, Reiser M, Pfeiffer F. Phys Med Biol. 2014 Apr 7;59(7):1557-71. Epub 2014 Mar 10.

X-ray phase-contrast imaging of the breast--advances towards clinical implementation. Auweter SD, Herzen J, Willner M, Grandl S, Scherer K, Bamberg F, Reiser MF, Pfeiffer F, Hellerhoff K. Br J Radiol. 2014 Feb;87(1034):20130606. doi: 10.1259/bjr.20130606.

Pulmonary emphysema diagnosis with a preclinical small-animal X-ray dark-field scatter-contrast scanner. Yaroshenko A, Meinel FG, Bech M, Tapfer A, Velroyen A, Schleede S, Auweter S, Bohla A, Yildirim AÖ, Nikolaou K, Bamberg F, Eickelberg O, Reiser MF, Pfeiffer F. Radiology. 2013 Nov;269(2):427-33. doi: 10.1148/radiol.13122413. Epub 2013 May 21.

Translation of atherosclerotic plaque phase-contrast CT imaging from synchrotron radiation to a conventional lab-based X-ray source. Saam T, Herzen J, Hetterich H, Fill S, Willner M, Stockmar M, Achterhold K, Zanette I, Weitkamp T, Schüller U, Auweter S, Adam-Neumair S, Nikolaou K, Reiser MF, Pfeiffer F, Bamberg F. PLoS One. 2013 Sep 9;8(9):e73513. doi: 10.1371/journal.pone.0073513. eCollection 2013.

Evaluation of phase-contrast CT of breast tissue at conventional X-ray sources - presentation of selected findings. Grandl S, Willner M, Herzen J, Mayr D, Auweter SD, Hipp A, Pfeiffer F, Reiser M, Hellerhoff K. Z Med Phys. 2013 Sep;23(3):212-21. doi: 10.1016/j.zemedi.2013.02.005. Epub 2013 Mar 11.

Grating-based X-ray phase contrast for biomedical imaging applications. Pfeiffer F, Herzen J, Willner M, Chabior M, Auweter S, Reiser M, Bamberg F. Z Med Phys. 2013 Sep;23(3):176-85. doi: 10.1016/j.zemedi.2013.02.002. Epub 2013 Feb 28. Review.

Comparison of contrast-to-noise ratios of transmission and dark-field signal in grating-based X-ray imaging for healthy murine lung tissue. Schwab F, Schleede S, Hahn D, Bech M, Herzen J, Auweter S, Bamberg F, Achterhold K, Yildirim AÖ, Bohla A, Eickelberg O, Loewen R, Gifford M, Ruth R, Reiser MF, Nikolaou K, Pfeiffer F, Meinel FG. Z Med Phys. 2013 Sep;23(3):236-42. doi: 10.1016/j.zemedi.2012.11.003. Epub 2012 Dec 6.

Microbubbles as a scattering contrast agent for grating-based x-ray dark-field imaging. Velroyen A, Bech M, Malecki A, Tapfer A, Yaroshenko A, Ingrisch M, Cyran CC, Auweter SD, Nikolaou K, Reiser M, Pfeiffer F. Phys Med Biol. 2013 Feb 21;58(4):N37-46. doi: 10.1088/0031-9155/58/4/N37. Epub 2013 Feb 1.

Assessment of grating-based X-ray phase-contrast CT for differentiation of invasive ductal carcinoma and ductal carcinoma in situ in an experimental ex vivo set-up. Sztrókay A, Herzen J, Auweter SD, Liebhardt S, Mayr D, Willner M, Hahn D, Zanette I, Weitkamp T, Hellerhoff K, Pfeiffer F, Reiser MF, Bamberg F. Eur Radiol. 2013 Feb;23(2):381-7. doi: 10.1007/s00330-012-2592-1. Epub 2012 Aug 31.

Diagnosing and mapping pulmonary emphysema on X-ray projection images: incremental value of grating-based X-ray dark-field imaging. Meinel FG, Schwab F, Schleede S, Bech M, Herzen J, Achterhold K, Auweter S, Bamberg F, Yildirim AÖ, Bohla A, Eickelberg O, Loewen R, Gifford M, Ruth R, Reiser MF, Pfeiffer F, Nikolaou K. PLoS One. 2013;8(3):e59526. doi: 10.1371/journal.pone.0059526. Epub 2013 Mar 26.

 
 

 

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