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Röntgen-Plakette 2018 für Prof. Dr. Franz Pfeiffer

Prof. Dr. Franz Pfeiffer.Am Samstag, 21. April, verleiht die Stadt Remscheid im Minoritensaal des Kulturzentrums „Klosterkirche“ in Lennep die Röntgen-Plakette 2018 an den deutschen Physiker Prof. Dr. Franz Pfeiffer, der seit 2009 an der Technischen Universität München Biomedizinische Physik lehrt und dort 2012 zudem - eine Rarität - als Professor in die Fakultät für Medizin berufen wurde. Die Laudatio hält Prof. Dr. Stephan Eisebitt vom Max-Born-Institut in Berlin. Staatssekretärin Annette Storsberg vom nordrhein-westfälischen Ministerium für Kultur und Wissenschaft wird ein Grußwort sprechen. Herzlich eingeladen zu dem Festakt sind alle interessierten Bürgerinnen und Bürger, wie Oberbürgermeister Burkhard Mast-Weisz und Prof. Dr. Ulrich Modder, der Vorsitzender der Gesellschaft der Freunde und Förderer des Deutschen Röntgen-Museum e. V. in der vergangenen Woche auf einer Pressekonferenz im Rathaus betonten (Anmeldungen unter Tel. RS 163384)

Der Plakettenausschuss der Fördergesellschaft hatte sich unter dem Vorsitz von Prof. Dr. Metin Tolan, Dortmund, für Franz Pfeiffer als Preisträger ausgesprochen wegen dessen herausragenden Forschungen zur Entwicklung der Phasenkontrast-Bildgebung mit Röntgenstrahlen. Damit habe der Physiker über die biomedizinische Grundlagenforschung hinaus den Grundstein gelegt für eine Verbesserung der gesamten Palette der medizinischen Röntgen-Diagnostik in Mammographie, Radiographie und Computertomographie. Dank der neuen Technik könnten künftig Krankheiten wie Brust- oder Lungenkrebs, deutlich früher diagnostiziert werden.

Franz Pfeiffer wurde am 25. November 1972 in Kösching im oberbayerischen Landkreis Eichstätt geboren. Er studierte von 1993 bis1999 Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Nach Forschungs- und Lehraufenthalten am Institut Laue- Langevin und der Europäischen Synchrotronstrahlquelle ESRF (Grenoble, Frankreich), dem Center of Nanoscience (München) und der Universität des Saarlands (Saarbrücken) ging er 2003 als Gastwissenschaftler an der University of Illinois, Urbana-Champaign, USA, danach an das Lichtquelle Schweiz SLS, Paul Scherrer Institut in Villigen in der Schweiz. Dort wurde er 2005 zum Gruppenleiter ernannt. Die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne berief ihn 2007 zum Assistenzprofessor. 2009 erhielt Pfeiffer einen Ruf als Physikprofessor auf den Lehrstuhl für Biomedizinische Physik am Institut für Physik der Technischen Universität München. 2017 wurde Pfeiffer zum Direktor der zwei Jahre zuvor gegründeten Munich School of BioEngineering (MSB) ernannt. Pfeiffer ist Autor von mehr als 250 wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Er hält zahlreiche Patente. Für seine Forschungen wurde er u.a. ausgezeichnet mit dem Dr. Eduard-Martin-Award der Universität Saarbrücken (2003), dem Nationalen Latsis Preis der Schweiz (2008), dem Röntgen-Preis der Universität Giessen (2010), dem mit einer Million Euro dotierten Gottfried-Wilhelm-Leibniz Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (2011) und dem Alfred Breit Preis der Deutschen Röntgengesellschaft (2017).

Mit der Röntgen-Plakette, die die Gesellschaft der Freunde und Förderer des Deutschen Röntgen-Museums und die Stadt Remscheid seit 1951 jährlich internationalen Wissenschaftler verleiht und die nun der 45 Jahre alte Professor aus München erhält, ist kein Preisgeld verbunden, sie sei „ein Ehrenpreis", sagt Dr. Uwe Busch, der Direktor des Röntgen-Museums und Mitglied der Fördergesellschaft, auf der Pressekonferenz im Rathaus. Gleichwohl sei die Röntgen-Plakette auch bei international bekannten Wissenschaftlern und Nobelpreisträgern sehr begehrt.

Beim Festakt am kommenden Samstag wird Prof. Dr. Franz Pfeiffer seinen Zuhörerinnen und Zuhörern auf verständliche Weise erklären, „wie der Wellencharakter von Röntgenlicht die medizinische Bildgebung verbessern kann“. Tags zuvor, am Freitag, wird er im Physikhörsaal des Röntgen-Gymnasiums anderthalb Stunden lang die Fragen von Schüler/innen beantworten und anschließend im Röntgen-Museum an der Eröffnung der Ausstellung „Fragments“ des britischen Künstlers Rupert Warren sowie an einer Museumsführung mit dem „Miniclub“ teilnehmen. (Rupert Warren, der in Remscheid lebt und arbeitet, hat die Renovierung des Röntgen-Geburtshauses begleitet und sein Gefühl für diesen Ort in der Kombination / Installation vieler Einzelbilder und Fragmente visualisiert. Siehe Foto rechts)

Zur Preisverleihung hat das Röntgen-Museum einen Flyer herausgegeben, in dem Dr. Uwe Busch die Forschungsergebnisse von Prof. Pfeiffer näher beschreibt:

„Im Jahr 1895 entdeckte der in Lennep geborenen Physiker und Nobelpreisträger Wilhelm Conrad Röntgen eine neue Sorte von Strahlen, die Dinge durchdringen konnte. Das Verfahren revolutionierte die medizinische Diagnostik und bildet bis heute ein unverzichtbares Hilfsmittel für den Arzt. Knochen ließen sich auch schon damals leicht mit der konventionellen Technik abbilden. Weichteile wurden jedoch erst mit Hilfe von Kontrastmitteln sichtbar. Erst die Revolution der Entwicklung der Computertomographie brachte einen entscheidenden Wandel. Allerdings setzten sich alle Bilder bisher allein nur aus den Messungen der durch den Körper durchgedrungenen Strahlung zusammen.

Vor über 100 Jahren entdeckte Max von Laue, dass Röntgenstrahlen als elektromagnetische Wellen beschrieben werden können. Sie sind Licht mit hoher Energie. Lichtstrahlen oder Lichtwellen werden jedoch nicht nur geschwächt, wenn sie einen Körper durchqueren, sondern gleichzeitig auch gebrochen oder gestreut, d.h. sie werden an einem Hindernis abgelenkt. Danach breiten sie sich wieder aus und überlagern sich gegenseitig. Diese Überlagerung wird als Interferenz bezeichnet. Dabei entsteht ein charakteristisches Muster, das Auskunft über die Geometrie des Hindernisses gibt.

Wenn es nun gelingt, diese Brechung oder Streuung der Röntgenstrahlen beim Durchgang durch einen Körper zu messen oder sichtbar zu machen, könnte dies zur Herstellung besserer und genauerer Bilder genutzt werden. Diese Idee verfolgte Franz Pfeiffer. Aus der Lichtmikroskopie ist bekannt, dass sich beim Durchgang von Lichtwellen durch ein Medium neben der Amplitude (Schwingungsweite) auch die Phase (momentaner Zustand einer Schwingung) abhängig vom Brechungsindex (optische Dichte eines Materials) verändert. Das Phasenkontrast-Verfahren nutzt Unterschiede im Brechungsindex und der Dicke des Objekts zur Erzeugung eines Hell-Dunkel-Kontrasts aus. Da sich Licht in Medien mit verschiedenen Brechungsindizes mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreitet, ergibt sich beim Durchlaufen eines Objekts, das optisch dichter als seine Umgebung ist, ein Phasenunterschied gegenüber dem Licht, das dieses Objekt nicht durchläuft. Diese Phasenverschiebung kann in Helligkeitsunterschieden dargestellt werden.

Eine weitere Verbesserung der Abbildungen von Objekten mit geringem Kontrast kann darüber hinaus über die Dunkelfeldmikroskopie ermöglicht werden. Hierbei wird die Beleuchtung so eingestellt ist, dass die direkten Lichtstrahlen am Objektiv des Mikroskops vorbeigehen und der Betrachter nur die an den einzelnen kleinen Strukturen gebeugten Lichtstrahlen sehen kann.“ „Röntgenstrahlung lässt sich wie Licht sowohl als Teilchen als auch als Welle interpretieren“, wird Prof. Pfeiffer in dem Flyer zitiert. Ähnlich wie sichtbares Licht an den Wassertröpfchen in der Luft gebrochen und gestreut werden kann und damit das wohlbekannte Phänomen des Regenbogens erzeugt, so erfahren auch Röntgenstrahlen eine Brechung und Streuung an den vielen kleinen Strukturen im Körper. Die sogenannte Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Bildgebung nutzt explizit diesen Wellencharakter der Röntgenstrahlung, und die damit einhergehende Brechung und Streuung aus, um Röntgenbilder mit neuen Kontrastmechanismen, zu erzeugen. „Die klassische Röntgen-Bildgebung arbeitet mit der Absorption von Teilchen, sie nutzt also die Teilchen-Eigenschaften der Röntgenstrahlung. Bei der Phasenkontrast-Bildgebung arbeiten wir dagegen mit den Wellen-Eigenschaften der Röntgenstrahlung.“ Wellen werden an Grenzflächen optisch gebrochen, ähnlich wie bei einem Prisma. Sie können die Richtung ändern und miteinander interferieren. „All diese Eigenschaften der Röntgenstrahlung wurden in der medizinischen Bildgebung bisher überhaupt nicht genutzt“, so Pfeiffer.

„Vor seinen bahnbrechenden Arbeiten war eine derartige Phasenkontrast-Röntgenbildgebung jedoch nur mit Synchrotron-Röntgenquellen von Großforschungsanlagen möglich“, so Dr. Uwe Busch. „2006 entwickelte Pfeiffer eine Methodik, die die Phasenkontrast-Röntgenbildgebung auch mit normalen Röntgengeräten ermöglicht. Mit Hilfe von Absorptions- und Beugungsgittern konnten zusätzlich zur Röntgenabsorption die Brechung und Streuung der Röntgenstrahlen untersucht und gemessen werden. In Kombination mit der Computertomographie konnten anschließend bisher unerreicht klare und kontrastreiche dreidimensionale Einblicke in biomedizinische Proben erzielt werden. Bei dem neuen Verfahren entstehen drei Röntgenbilder statt eines einzigen: Transmission, Phasenkontrast und Dunkelfeld. (...) Die ersten vorklinischen Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass Röntgenverfahren ... aussagekräftiger werden können und so ein hohes klinisches zukünftiges Anwendungspotenzial erwarten lassen. Mit dem neuen bildgebenden Röntgenverfahren können bald frühzeitig kleine Tumore z.B. in der weiblichen Brust oder in der Leber, sowie Gewebeveränderungen bei der Osteoporose erkannt werden. Enormen Nutzen erhoffen sich die Wissenschaftler von der Darstellung der Lunge. Weitere potentielle klinische Anwendungen sind im Bereich der Mammographie zu erwarten. (...) Aber nicht nur in der Medizin findet das neue Verfahren Anwendung. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung kann z.B. ... eine höhere Auflösung bei ähnlicher Defekterkennbarkeit erreicht werden. Unterschiedliche Materialien können so mit einem höheren Kontrast dargestellt werden.“

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Stadt Remscheid am :

Die öffentliche Veranstaltung findet am Samstag, 21. April, ab 11 Uhr im Minoritensaal des Kulturzentrums Klosterkirche, Klostergasse 8, 42897 Remscheid, statt (http://www.klosterkirche-lennep.de/). Nach dem Festakt wird im Webersaal zum Empfang gebeten. Die Veranstalter laden hierzu öffentlich ein und freuen sich ganz ausdrücklich über zahlreiche Gäste.

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