Den vanligaste metoden för att få bilder av tilltäppta kranskärl är koronarangiografi. För vissa patienter, dock, kontrastmedel som används i denna process kan orsaka hälsoproblem. Ett team vid tekniska universitetet i München (TUM) har nu visat att den nödvändiga mängden av dessa ämnen kan minskas avsevärt om monoenergetiska röntgenstrålar från en miniatyrpartikelaccelerator används.

Mjuka vävnader som organ och blodkärl är nästan omöjliga att undersöka i röntgenbilder. För att upptäcka en förträngning eller andra förändringar i koronar blodkärl, patienterna injiceras därför vanligtvis med ett joderat kontrastmedel.

Dessa ämnen kan ibland vara hälsofarliga, dock:"Särskilt hos patienter med njurinsufficiens, komplikationer kan uppstå, i vissa fall till och med njursvikt, "förklarar doktor Daniela Münzel, en adjungerad lärare i radiologi vid TUM:s Klinikum rechts der Isar. "Det är därför vi undersöker möjligheterna att använda lägre koncentrationer av kontrastmedel."

Exakta röntgenstrålar

Ett sätt att minska dosen har nu utvecklats av forskare från Institutionen för diagnostisk och interventionell radiologi vid Klinikum rechts der Isar, i nära samarbete med rektor för biomedicinsk fysik vid TUM:s institution för fysik. Metoden, som de har beskrivit i ett papper publicerat i Nature Vetenskapliga rapporter , är inte baserat på nya kontrastmedel. Istället förlitar den sig på speciella röntgenstrålar som genereras med hjälp av München Compact Light Source (MuCLS), världens första minisynkrotron, som officiellt invigdes på TUM i slutet av 2015.

"Konventionella röntgenkällor genererar ett relativt brett spektrum av energinivåer. Däremot kan energin från röntgenstrålar som produceras av MuCLS kan styras mycket mer exakt, säger fysikern Elena Eggl, tidningens första författare.

Nära absorptionskanten

Kontrastmedel som jod och gadolinium har en absorptionskant. Det betyder att när ämnet exponeras för röntgenstrålar av en viss energi, kontrasten i den slutliga bilden av det markerade orgeln är särskilt bra. Under absorptionskanten - cirka 30 kiloelektronvolt (keV) för jod - försämras kontrasten snabbt. Kontrasten blir också svagare vid energier långt över absorptionskanten.

Som ett resultat, vid användning av konventionella bredspektrumröntgenkällor, en tillräcklig mängd kontrastmedel måste alltid användas för att kompensera denna effekt och få en tillräckligt skarp bild för en diagnos. MuCLS kan generera röntgenstrålar som har exakt den optimala energinivån. Möjligheten att producera sådana monoenergetiska röntgenstrålar har funnits under en tid. Förr, dock, detta var endast möjligt med cirkulära partikelacceleratorer med en diameter på flera hundra meter. I kontrast, MuCLS är jämförbar i storlek med en bil.

En betydande förbättring

Data visar att monoenergetiska röntgenstrålar skulle göra det möjligt att minska den nödvändiga jodkoncentrationen med cirka en tredjedel utan förlust av kontrast. För gadolinium, det skulle till och med bli en något större minskning. Det behövs mycket mer forskning, dock, innan riktiga patienter kan undersökas med monoenergetiska röntgenstrålar.

"Vi är fortfarande i början av utvecklingen av denna teknik, "säger Elena Eggl. MuCLS är den allra första maskinen i sitt slag. Dessutom har den är utformad för grundforskning, och inte för undersökning av patienter. Men med detaljerade datorsimuleringar och tester med ett grishjärta, använder blodkärl färgade med jod, forskarna kunde demonstrera genomförbarheten av metoden.

Bra utsikter

Franz Pfeiffer, professor i biomedicinsk fysik vid TUM, ser teamets resultat som en lovande start för medicinsk forskning med den kompakta synkrotronen:"MuCLS erbjuder många möjligheter för medicinska tillämpningar som vi planerar att fortsätta forska på med våra partners inom medicinska områden."