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Hinter den Kulissen: MicroCT

Wie springt der Frosch aus seiner Haut?

Um das Innenleben unser tierischen Studiogäste so spektakulär zeigen zu können wie in dem Beispiel des Frosches oben, war ein hoher technischer Aufwand nötig. Moderne medizinische Techniken erlauben die Untersuchung und Darstellung der inneren Organe, ohne den Körper aufschneiden zu müssen. Je nach Technik kann die Methode sogar am lebenden Organismus angewendet werden ohne Beeinträchtigung seiner Gesundheit. Die bei unseren Tieren angewendete Methode basiert allerdings auf Röntgenstrahlen, was eine geringe Strahlenbelastung mit sich bringt. Um keine lebenden Tiere dieser Belastung auszusetzen, wurden zoologische Präparate verwendet.

Strahlen sorgen für Durchblick – die MicroCT-Methode

Bei der Computertomographie (CT) wird ein Objekt aus vielen verschiedenen Richtungen von Röntgenstrahlen durchleuchtet. Je nach Dichte des Gewebes durchdringen die Röntgenstrahlen das Objekt unterschiedlich gut. Knochen absorbiert als dichtes Gewebe Röntgenstrahlen relativ stark. Weniger dichtes Gewebe wie Muskulatur lässt mehr Strahlung hindurch. Detektoren nehmen diese Absorptionsunterschiede als unterschiedliche Helligkeitswerte wahr. Die gewonnen Bilder sind daher lediglich schwarzweiß. Aus den gewonnen Daten kann ein Computer ein virtuelles 3D- Bild erzeugen, das aus dreidimensionalen Pixeln besteht, den sogenannten Voxeln.

Die MicroCT-Methode ist eine Weiterentwicklung der gewöhnlichen CT-Methode. Sie arbeitet nach demselben Prinzip, erreicht jedoch eine viel höhere Auflösung. Daher eignet sie sich besonders gut für kleinere Tiere wie den Frosch oder das Spitzhörnchen. Moderne Geräte können Auflösungen von 150 Nanometern erreichen, was für unsere Objekte allerdings nicht nötig war. Nicht nur in der Medizin werden MicroCT-Scanner eingesetzt, sondern z. B. auch in der industriellen Werkstoffprüfung oder der Archäologie.

  • MicroCT-Scanner (Quelle: SWR - Screenshot aus der Sendung)

    Nichts für Klaustrophobiker – das Innere des MicroCT-Scanners

  • Spitzhörnchen im MicroCT-Scanner (Quelle: SWR - Screenshot aus der Sendung)

    Das Spitzhörnchen wird in den MicroCT-Scanner geschoben

Ein virtuelles Modell entsteht

Zunächst wird das Tier fixiert und in den Scanner gebracht. Nach dem Scanvorgang werden die Daten an einen Rechner übertragen und mit einer speziellen Software ausgewertet.

  • Spitzhörnchenskelett (Quelle: SWR)

    Das Skelett des Spitzhörnchens

  • Virtuelles Froschmodell (Quelle: SWR)

    Das virtuelle Modell des Frosches

  • Rotierendes Froschskelett (Quelle: SWR) Das virtuelle Modell kann frei bewegt werden

Mit Hilfe des Programms lässt sich das virtuelle Modell des gescannten Objekts in vielfältiger Weise darstellen und analysieren. Einige Parameter wie Farbe, Helligkeit oder Beleuchtungsarten lassen sich frei wählen. Andere Einstellungen sind von der Beschaffenheit des Objekts abhängig. In unserem Beispiel wurden Wirbeltiere gescannt, die über ein festes Knochenskelett verfügen, das wegen seiner hohen Dichte sehr gut darstellbar ist. Andere Gewebearten können zusätzlich eingeblendet werden, entweder transparent oder deckend.

Da es sich bei dem Modell um ein echtes dreidimensionales Objekt handelt, lässt es sich am Bildschirm frei bewegen und aus jeder Perspektive betrachten. So lassen sich ganze Filmsequenzen des bewegten Modells erstellen oder Morphing-Effekte realisieren.