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Abstract

X-ray phase and dark-field contrast have recently been the source of much attention in the field of X-ray imaging, as they both contribute new imaging signals based on physical principles that differ from conventional X-ray imaging. With a so-called Talbot grating interferometer, both phase-contrast and dark-field images are obtained simultaneously with the conventional attenuation-based X-ray image, providing three complementary image modalities that are intrinsically registered. Whereas the physical contrast mechanisms behind attenuation and phase contrast are well understood, a formalism to describe the dark-field signal is still in progress. In this article, we report on correlative experimental results obtained with a grating interferometer and with small-angle X-ray scattering. Furthermore, we use a proposed model to quantitatively describe the results, which could be of great importance for future clinical and biomedical applications of grating-based X-ray imaging.

Abstract

After an incremental development which took place over four decades, X-ray imaging has become an important tool for non-destructive testing and evaluation. Computed Tomography (CT) in particular beholds the power of determining the location of flaws and inclusions (e. g. in castings and composites) in three-dimensional object coordinates. Therefore, and thanks to a speed-up of the measurement, CT is now routinely considered for in-line inspection of electronics, castings and composites. When precision and not speed is important, Micro-CT (μCT) can be employed for Dimensional Measurements (DM, e. g. quality assurance and shape verification), as well as for in situ testing, and for characterizing micro-structures in metals and composites. Using appropriate image processing and analysis μCT can determine the local fibre orientation in composites, the granular morphology of battery cathodes or the inter-connectivity of certain phases in casting alloys.

Today, the large variety of X-ray instruments and methods poses an application problem which requires experience and a lot of knowledge for deciding which technique applies best to the task at hand. Application-specific guidelines exist for X-ray radiography testing (RT) only, whereas standardization has been applied to CT, unfortunately leaving out high resolution subμ CT, and nano-CT. For the latter exist an equally high number of NDT applications, however these instruments still necessitate a profound expertise. The task is to identify key industrial applications and push CT from system standardization to application specific automation.

, präoperativ kaum vorhersagbar. Daher müssen Navigation und ggf. Robotik intraoperativ flexibel anwendbar sein. Neben der Entwicklung eines Navigationssystems für die Reimplantation beider Implantatkomponenten liegt der Schwerpunkt unserer Arbeit in der navigierten oder optio- nal robotischen Entfernung des Knochenzementes. im Rahmen des DFG-Schwe unktp og ammes 1124 „Medizinische Navigation und Robotik" (Start 1/2002) wird von uns ein neuartiges Verfahren für revisionsen- doprothetische Eingriffe an der Hüfte entwickelt. Auf Basis von intraoperativer Röntgenbildgebung und

auch durch die Nachteile der einfachen Röntgenbildgebung wurden danach alternati- ve Techniken entwickelt. Einige bahnbrechende Entwicklungen wie zum Beispiel die Computertomographie und die Magnetresonanztomographie wurden ebenso wie die ursprüngliche Entdeckung vonRöntgenmitNobelpreisen gewürdigt, was die heraus- ragende Bedeutung dieser Entwicklungen für die Medizin unterstreicht. Die Faszination, die von der Bildgebung ausgeht, liegt in der einfachen Tatsache, dass wir in den Menschen schauen können, ohne ihn dafür öffnen zu müssen. Die Visualisierung von

in die Herzkranzgefäße an die zu behandelnde Stelle im Gefäßsystem geschoben. Die Navigation des Drahtes erfolgt durch Drehen am äußeren Drahtende, wodurch die gebogene Spitze in- nerhalb des Gefäßsystems in verschiedene Aderabzwei- gungen geführt werden kann. Die Position des Drahtes wird durch zweidimensionale Röntgenbildgebung unter Zugabe von einer limitierten Menge von Kontrastmit- tel überwacht. Um Punktionen der Gefäßwände zu ver- hindern, wird für die gebogene Spitze des Drahtes eine hohe Nachgiebigkeit gefordert [2]. Die an der Führungs- drahtspitze

Messungen an Objekten mit sehr niedrigem Absorptionskontrast, wie z.B. biologischen Proben oder Polymeren, und bietet so Objektinformationen, die mit denen der wesentlich aufwändigeren Phasenkontrast-Tomographie vergleichbar sind, ohne dabei den Limitierungen jener Untersuchungsmethode zu unterliegen. Zum anderen ermöglicht der mehrkanalige Aufbau mit mehreren unterschied-lichen Energieschwellen bei Halbleiter-Detektoren wie dem Medipix3 energieselektive und multispektrale Röntgenbildgebung und bietet so einen optimierten Bildkontrast und erweiterte Objektinformationen

.tita@ipk.fraunhofer.de Die Qualität und die Möglichkeiten der Röntgenbildgebung sind in den letzten Jahren gestiegen. Die Genauigkeit so- wie die Möglichkeiten der 3D-Darstel- lung des untersuchten Gebietes sind aber weitgehend auf diagnostische Sys- teme beschränkt geblieben. Um diese Möglichkeiten intraoperativ zu nut- zen, wurden bisher vor allem mechani- sche Verbesserungen in neuentwickelte bildgebende Systeme integriert. Sie lie- fern zwar qualitativ sehr hochwertige Darstellungen, sind jedoch deutlich größer und teurer als die standardmäßig eingesetzten intraoperativen Systeme. Die

- mikroskopie längst unterschritten hat und in Form von kompakten Mi- kroskopen dabei auch einer sehr breiten Zahl von Nutzern zur Verfügung steht. Die Röntgenbildgebung hat vom Prinzip her jedoch das Potential, noch deutlich höhere Auflösungswerte zu erreichen. Fraglich bleibt aber, ob das Potential höchster Auflösung aufgrund von Strahlenschäden auch an klas- sischen Quellen erschlossen werden kann. Daher wird die Röntgenmikro- skopie komplementär zur Elektronenmikroskopie und zur Lichtmikrosko- pie zurzeit insbesondere für solche Probleme eingesetzt werden, bei denen die

die nicht vorhandene Strahlenbelastung bei der MRT führen dazu, dass die Röntgennativaufnahme hinsichtlich ihrer Rolle als bildgebendes Verfahren der ersten Wahl immer häufiger infrage gestellt wird. Der Er­ kenntnisgewinn aus einer MRT-Untersuchung und aus Röntgenbildgebung sind aber weder identisch, noch inkludiert die vermeintlich höherwertige MRT alle Informatio­ nen der Röntgendiagnostik. Zweifelsfrei ist bei der Anfertigung von Röntgenaufnah­ men die rechtfertigende Indikation durch den fachkundigen Arzt unter Abwägung al­ ternativer bildgebender Verfahren zu

. B. die ionisierende Strahlung in der Röntgenbildgebung, die Überwindung der Blut-Hirn-Schranke durch Nanopartikel oder die Erwärmung chirurgischer Führungsdrähte im Körper bei der Magnetresonanztomographie (MRT), werden oftmals erst nach Jahren als solche er- kannt, um dann vermieden oder zumindest verringert zu werden. 6 Physikalische Grundlagen für die Biomedizinische Technik | 115 Freilich kommen im Erkenntnisprozess zeitweilige Unsicherheiten auf, wenn in der experimentellen Beweiskette noch einzelne Glieder fehlen. So gab z. B. die Behauptung der Existenz