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Franz Pfeiffer erhält Röntgenplakette 2018

2018-05-07 – Nachrichten aus dem Physik-Department

Am 21. April erhielt Prof. Franz Pfeiffer vom Physik-Department der TUM die Röntgenplakette der Stadt Remscheid. Gewürdigt werden damit seine herausragenden Forschungen zu bildgebenden Methoden mit Röntgenstrahlen. “Pfeiffer legte mit seinen Arbeiten den Grundstein für die breite Anwendung in Medizin und Industrie”.

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Professor Franz Pfeiffer (2. von links) erhält die Röntgenplakette. – Photo: Christina Falkenberg / Deutsches Röntgen-Museum

Professor Franz Pfeiffer forscht an der Entwicklung von neuen Konzepten zur Bildgebung mit Röntgenstrahlen und deren Übertragung auf biomedizinische und klinische Anwendungen. Wesentliche Neuerungen sind die Phasenkontrast-Bildgebung und moderene Dunkelfeld-Bildgebung mit Röntgenstrahlen.

Die konventionelle Röntgendiagnostik, die man vom Arzt kennt nutzt aus, dass Röntgenstrahlen von unterschiedlichen Stoffen (z.B. Knochen oder Muskeln) unterschiedlich stark absorbiert werden. Die unterschiedliche Verschattung führt im einfachsten Fall zu einer zweidimensionalen Abbildung der tatsächlich dreidimensionalen Struktur im Körperinneren. Damit kann man zum Beispiel erkennen, ob ein Knochen gebrochen ist oder nicht.

Eine neue Idee für die Röntgenbildgebung

Vor mehr als 100 Jahren entdeckte Max von Laue mit Walther Friedrich und Paul Knipping in München, dass Röntgenstrahlen tatsächlich elektromagnetische Wellen sind, ganz ähnlich wie Licht, nur mit wesentlich höherer Engergie (also kürzerer Wellenlänge) und für das Auge unsichtbar. Als Wellen werden sie beim Durchgang durch einen Körper nicht nur geschwächt, sondern auch gebrochen oder gestreut, d.h. sie ändern dann (geringfügig) die Ausbreitungsrichtung.

Diese unterschiedlich abgelenkten Röntgenstrahlen können sich schließlich wieder überlagern. Dabei verstärken sie sich oder löschen sich aus. Die Physik bezeichnet diese Erscheinung als Interferenz, ein Effekt, der zum Beispiel für die schillernden Farben von Schmetterlingen verantwortlich ist. Die Welleneigenschaften der Röntgenstrahlung ermöglichen zum Beispiel die Strukturaufklärung von Kristallen oder Proteinen. In der konventionellen medizinischen Röntgentechnik werden Interferenzeffekte allerdings weder beobachtet noch ausgenutzt.

Entwicklung der Phasenkontrast-Bildgebung mit Röntgenstrahlen

First in-vivo multi-contrast x-ray images of a mouse
Erste in-vivo Vielfach-Kontrast-Röntgenaufnahmen einer Maus (2015). (links) Konventionelle Röntgenaufnahme aufgrund von Abschwächung. (mittig) Differentielle Phasenkontrast-Aufnahme aufgrund von Röntgenbeugung. (rechts) Dunkelfeldaufnahme aufgrund von Kleinwinkel-Röntgenstreuung. Die weißen Balken entsprechen 1 cm. – Bild: F. Pfeiffer / TUM

Franz Pfeiffer möchte dies ändern. Er entwickelte die sogenannte Phasenkontrast- und die Dunkelfeld-Bildgebung, die beide den Wellencharakter der Röntgenstrahlung gezielt ausnutzen. Damit lassen sich neben den konventionellen Röntgenbildern, die vor allem Knochen abbilden, zwei weitere Bilder erzeugen, bei denen auch Weichgewebe oder heterogene Strukturen bisher unerreicht klar und kontrastreich dargestellt werden.

Diese von Pfeiffer entwickelten Methoden versprechen maßgebliche Fortschrite bei der Früherkennung von Erkrankungen wie Brust- oder Lungenkrebs. Mit seinen Arbeiten wurde der Grundstein für die breite Anwendung dieses Verfahrens – sowohl in der Medizin als auch in der Industrie gelegt.

Kurzbiographie Franz Pfeiffer

Prof. Franz Pfeiffer studierte Physik an der LMU (1999) und promovierte am Institut Laue-Langevin (Grenoble) und an der Universität Saarbrücken (2003). Nach weiteren Stationen als PostDoc in Urbana-Champaign (USA, 2004) und Wissenschaftler am Paul-Scherrer-Institut (Schweiz, 2008) wurde er als Assistenzprofessor an die ETH Lausanne (2008) berufen. Von dort folgte er 2009 dem Ruf als Lehrstuhlinhaber für Biomedizinische Physik an die TUM. Seit 2017 ist er Direktor der Munich School of BioEngineering (MSB) der TUM.

Seine wissenschaftlichen Arbeiten wurden bereits mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet. Darunter ist als höchste deutsche Auszeichnung für Wissenschaftler der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (2011). Weiterhin bekam er den Röntgenpreis der Universität Giessen (2010) und den Nationalen Latsis Preis Schweiz (2010). Vom Europäischen Forschungsrat (ERC) bekam er einen Starting Grant (2009) sowie einen Advanced Grant (2015). 2017 erhielt er den Alfred-Breit-Preis der Deutschen Röntgengesellschaft.

Röntgenplakette

Die Röntgenplakette ist ein Wissenschaftspreis, der seit 1951 jährlich von der Stadt Remscheid verliehen wird. Sie zeichnet Perönlichkeiten aus, die “sich im weitesten Sinne um den Fortschritt und die Verbreitung der Röntgen zu verdankenden Entdeckung in Wissenschaft und Praxis besonders verdient gemacht haben.” In Fachkreisen ist sie eine angesehene und begehrte wissenschaftliche Auszeichnung. Unter den Preisträgerinnen und Preisträgern aus aller Welt finden sich auch zahlreiche Nobelpreisträger.

Redaktion
Dr. Johannes Wiedersich
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