Schärfere Bilder auch aus „unscharfen“ Röntgenquellen

Göttinger Physiker entwickeln neue Aufnahmetechnik und Rekonstruktion für Computertomografie

02.03.2016 - Deutschland

Computertomografie mit Röntgenstrahlung liefert Bilder über die innere Struktur von Objekten und Körpern. Dabei wird die dreidimensionale Struktur durch eine Serie von Projektionsbildern errechnet. Ein Wissenschaftlerteam vom Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen hat nun erstmals eine bisher vernachlässigte tomografische Technik experimentell umgesetzt. Damit können Untersuchungen, die bislang auf Synchrotronstrahlung wie an großen Beschleunigeranlagen angewiesen waren, zunehmend auch an Laborquellen durchgeführt werden. Denn Laborquellen sind in Forschung, Industrie und der medizinischen Diagnostik viel weiter verbreitet.

Ein Objekt kann sowohl aus Projektionen über eine Schar von Linien als auch über eine Schar von Ebenen rekonstruiert werden. Der zweite Fall galt jedoch bislang für Messverfahren als nicht relevant und durchführbar, da ein Röntgenbild im Wesentlichen als ein Projektionsbild über eine Schar paralleler Linien (Strahlen) aufgefasst werden kann. „Statt einer Drehung um eine Achse muss das Objekt bei der neuen Methode allerdings um zwei Achsen rotiert werden. Die neue Messgeometrie lässt sich nun vorteilhaft für eine detailgetreue Rekonstruktion des Objektes ausnutzen“, so der Erstautor der Studie, Malte Vassholz.

Bei der konventionellen tomografischen Messtechnik und Rekonstruktion muss die Strahlung in zwei Richtungen senkrecht zur optischen Achse unter anderem besonders parallel gerichtet sein oder für den Zweck einer hohen Auflösung in einem sehr kleinen Quellfleck erzeugt werden. „Röntgenlicht muss beispielsweise auch nicht absorbierende Objekte sichtbar machen. Dies lässt sich meist erst durch mühsames Filtern und Ausblenden der Strahlung auf Kosten der Intensität erreichen“, so der Göttinger Physiker Prof. Dr. Tim Salditt. „Da dies in beide Richtungen senkrecht zum Strahl erfolgen muss, geht bei besonders hohen Anforderungen so viel Intensität verloren, dass die Experimente mit herkömmlichen Strahlquellen gar nicht durchgeführt werden können.“

Das Filtern und Ausblenden von Strahlung muss mit dem neuen Verfahren aber nur noch in eine Raumrichtung erfolgen. „Die Auflösung, mit der das Objekt rekonstruiert werden kann, ergibt sich dabei aus der Richtung mit den besseren Strahleigenschaften. Das Verfahren ist nämlich so gewählt, dass sich die Eigenschaften dieser sauberen Richtung auf alle drei Raumrichtungen vererben“, so Malte Vassholz. Dadurch kann wesentlich mehr Licht zur Abbildung der dreidimensionalen Struktur genutzt werden. Die Göttinger Forscher haben bereits einen Patentantrag und einen Antrag bei der Göttinger Photonik-Inkubator GmbH zum Bau von Instrumenten für die neue Röntgentechnik eingereicht.