Vid en normal röntgenundersökning träffas kroppen av mellan 10 miljarder och 100 miljarder fotoner under en sekund.

Partikelfysikern Tom Francke har utvecklat en detektor som kan räkna varenda en.

Detektorn ersätter filmen i en ny typ av digital röntgenutrustning som minskar stråldosen till en tiondel.

- Vid undersökningar som inte kräver så fin upplösning, till exempel storleken på en kvinnas bäcken inför en förlossning, räcker det med en tusendel av stråldosen. Dessutom slipper du brus, säger Tom Francke.

Som partikelfysiker och instrumentmakare, bland annat vid Cern, har han byggt partikeldetektorer i femton år.

Nu delar han sin tid mellan forskartjänsten på KTH och vd-jobbet på XCounter i Danderyd norr om Stockholm.

- Jag och två forskarkollegor startade företaget för vi ville se om kunskaperna från grundforskningen kunde användas inom medicinsk röntgen, säger Tom Francke.

I labbet står en ombyggd röntgenutrusning för mammografi. Där filmkassetten skulle ha suttit, har XCounters ingenjörer byggt in den egenutvecklade partikeldetektorn som kopplats till en dator. Det är detektorn som är det nya, röntgenröret är inte förändrat.

Partikeldetektorn har ännu inte testas på människor. Till det krävs tillstånd från myndigheterna. Det är istället en guldfisk som får agera modell.

Under den sekund röntgenbestrålningen pågår träffas den av mellan 10miljarder och 100 miljarder fotoner. Bilden som dyker upp på datorskärmen är skarpare och uppvisar större detaljrikedom än en bild som tagits med samma stråldos på traditionell röntgenfilm, förklarar Tom Francke:

- Med vår teknik blir bilden blir aldrig över- eller underexponerad. Vi registrerar ju alla fotoner. Det blir en verkligt digital bild.

Tekniken bygger på röntgenstrålningens förmåga att jonisera en gas. Detektorn har byggts in i en avskärmad låda som innehåller en ädelgas.

Varje foton som träffar gasen slår ut en elektron. Det startar i sin tur en seriereaktion som accelereras av en elektrisk spänning som lagts över detektorn.

En lavin av elektroner träffar en sensorplatta, vilket i sin tur ger upphov till en signal som registreras av datorn.

Hela förloppet tar någon nanosekund.

Sensorplattan är uppdelad i bildpunkter med 20 mikrometers mellanrum. Varje bildpunkt rapporterar till datorn hur många fotoner den träffats av.

Signalerna behandlas i datorn och förvandlas på några ögonblick till en bild.

En annan finess är att det går att mäta energin hos de infallande fotonerna. Det går då att dela upp röntgenbilden i olika "färger" (energier), något som kan användas för att till exempel mäta kalkhalten i skelettet.

Det har tagit två år att utveckla röntgendetektorn. Grundkonstruktionen är densamma som för de instrument som Tom Francke tidigare byggt för experiment inom partikelfysik och som används bland annat av Cern och Nasa.

De bygger i sin tur på den franska forskaren Georges Charpaks Nobelprisbelönade partikeldetektor som han utvecklade i slutet av 1960-talet. Under 1990-talet har Georges Charpak och hans son Yves Charpak använt metoden för röntgenundersökningar på ett sjukhus i Paris. Den har också används för tullundersökningar av containrar.

- Den franska detektorn är patenterad, men skiljer sig så mycket från vår teknik att vi inte kan se att den utgör något hinder, säger Tom Francke.

Konkurrensen kommer istället från andra digitala röntgenmetoder som utvecklas i snabb takt.

Det pågår en digitalisering av sjukhusens röntgenavdelningar. Fördelarna med digital röntgen är att man slipper filmhanteringen och de miljöfarliga framkallningsvätskorna. Det blir också enklare och billigare att lagra bilderna och undersökningarna går snabbare.

Nackdelen med de digitala systemen är att de är dyra och att upplösningen än så länge inte är bättre än för den traditionella filmen.

Röntgenjättar som Siemens, Philips och General Electric satsar stora summor på att förbättra upplösningen på de digitala röntgenmottagarna. De system som finns idag bygger på samma princip som digitala kameror.

Fotonerna träffar ett skikt som omvandlar röntgenstrålningen till synligt ljus. Ljuset fångas upp på en ljuskänslig platta och omvandlas till en elektrisk signal.

Det finns också detektorer som fångar upp fotonerna direkt, utan att de först omvandlats till synligt ljus. Fotonerna träffar då ett fotokänsligt material som kisel eller selen.

En laddning som är proportionell mot antalet infallande fotoner bildas och kan läsas av som en elektrisk signal. Sådana system utvecklas bland annat av det amerikanska företaget Direct Radiography.

Inget av de här systemen räknar de enskilda fotonerna som XCounter gör i sin detektor. Men också när det gäller fotonräknare finns en potentiell konkurrent. Det är ett annat svenskt företag med rötterna på KTH.

I källaren till Manne Siegbahn laboratoriet vid Stockholms universitet utvecklar partikelfysikern Mats Danielsson och hans medarbetare i det nystartade företaget Mamea Imaging, en fotonräknande detektor där fotonerna fångas upp direkt i små kiselstavar.

Även Mats Danielsson har arbetat med grundforskning inom partikelfysik vid Cern och hans idéer är hämtade från den detektor som upptäckte toppkvarken 1995.

- I vår detektor behövs ingen gas som joniseras av de infallande fotonerna innan de kan detekteras. Vi har fått det att fungera direkt på kisel, säger Mats Danielsson.

Mameas detektor består av 16 kiselstavar som är 20 mm långa som placerats i en rad. När en foton träffar någon av kiselstavarna bildas ett elektron/hål par som i sin tur omvandlas till en elektrisk signal.

Den första prototypen är bara 1,6 mm bred och för att kunna ta en röntgenbild måste den skannas över objektet, något som begränsar bildstorleken

- Idag kan vi ta bilder som är 5 x 5 centimeter, men genom att placera flera sensorer bredvid varandra kan vi ta större bilder, förklarar Mats Danielsson.

Liksom XCounter hoppas han kunna sälja in Mameas teknik hos tillverkarna av röntgenutrustning. Även Mameas teknik ger lägre stråldoser, högre bildkvalitet och mindre brus.

Linköpingsföretaget Sectra, som utvecklar och säljer bildhanteringssystem för digital röntgen, har gått in som ägare.

- Sectra har stor erfarenhet av röntgenmarknaden och kan backa upp oss när vi nu går vidare för att ta fram en prototyp för kliniskt bruk, säger Mats Danielsson.

Fem personer är idag sysselsatta med den fortsatta utvecklingen och Mats Danielsson räknar med att bygga upp ett företag kring tekniken som också är patentsökt.

Tom Francke är alltså långt ifrån den enda som vill slå sig in på den digitala röntgenmarknaden. Hans strategi är att liera sig med en eller flera av de stora röntgenföretagen och att få dem att använda XCounters detektor.

Parallellt ska företaget utveckla tekniken för nya användningsområden.

- Vår detektor kan användas vid all röntgen, inte bara inom medicin. Vi har till exempel diskuterat med tullen hur den skulle kunna användas för att röntga containrar.

XCounter ska själva sköta tillverkningen av detektorerna med hjälp av kontrakttillverkare.

Enligt Tom Francke blir XCounters detektor billigare att tillverka än de digitala detektorer som finns på marknaden.

I första hand siktar Tom Francke på mammografi och undersökningar av benskörhet. Just mammografi har visat sig svårt att digitalisera. Det krävs god upplösning för att se de små förändringar som kan vara början till cancer.

Utmaningen är nu att sälja in tekniken hos någon av de stora tillverkarna. XCounter behöver också få in mer riskkapital.

Hittills har riskkapitalfonden Health Cap och ett antal privatpersoner, bland dem finansmannen Jan-Olov Sandin som var med och startade Pricer, satsat 27 miljoner kronor. Dessa pengar är nu slut och en nyemission planeras under våren.