211service.com
Raggi X ad alto contrasto
Ricercatori svizzeri hanno dimostrato la praticità di una nuova tecnica di imaging a raggi X ad alta risoluzione che rivela strutture fini che sono invisibili utilizzando tecniche convenzionali. L'imaging a raggi X in campo scuro può essere utilizzato per generare immagini altamente dettagliate delle ossa e per distinguere tra sostanze che sembrano identiche nelle immagini a raggi X convenzionali, come esplosivi e formaggio. I ricercatori stanno ora studiando se il loro approccio potrebbe anche aumentare la risoluzione delle tecniche di imaging medico come mammografie e scansioni di tomografia computerizzata (TC).
Ali calde: Una nuova tecnica di imaging a raggi X (in basso) si basa su informazioni su come un campione disperde la radiazione, fornendo un'immagine a contrasto più elevato delle ossa in un'ala di pollo rispetto all'imaging a raggi X convenzionale (in alto). L'imaging a raggi X convenzionale si basa su informazioni su come l'ala assorbe le radiazioni.
Franz Pfeiffer , assistente professore di fisica presso l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, in Svizzera, che ha sviluppato la nuova tecnica, confronta le immagini a raggi X convenzionali con le ombre. Tali immagini si basano su informazioni su quanta radiazione viene assorbita mentre passa attraverso un campione, come l'arto di un paziente. Ma si stanno verificando interazioni più complesse, afferma Pfeiffer, e più informazioni possono essere raccolte su queste interazioni, migliore è il contrasto delle immagini. L'imaging in campo scuro misura il modo in cui un campione diffonde la luce.
Questi ragazzi stanno dimostrando che con i raggi X si possono fare cose che si pensavano solo otticamente [con la luce visibile], dice Riccardo Lanza , ricercatore senior presso il dipartimento di scienze e ingegneria nucleare del MIT.
In precedenza, ricercatori tra cui Pfeiffer avevano dimostrato l'imaging in campo oscuro utilizzando un grande e costoso acceleratore di particelle chiamato sincrotrone come sorgente di raggi X. I sincrotroni forniscono fasci di raggi X molto luminosi e finemente focalizzati. Una sorgente così potente era necessaria perché l'ottica cristallina inefficiente utilizzata per focalizzare i raggi X sul campione poteva far fronte solo a uno spettro ristretto di lunghezze d'onda.
Per sostituire l'ottica in cristallo inefficiente, Pfeiffer ha sviluppato filtri in silicio che funzionano con l'intero spettro di raggi generati da tubi a raggi X convenzionali a bassa potenza. Questi filtri sono dischi piatti di silicio incisi con fessure lunghe 20 micrometri, alcune delle quali sono riempite d'oro. Per generare immagini di dispersione, queste griglie sono posizionate tra la sorgente di raggi X e il campione e tra il campione e il rivelatore.
Piccole strutture come le microfratture si mostrano bene in queste immagini perché diffondono parecchio le radiazioni, afferma Pfeiffer. Ciò suggerisce che le immagini potrebbero essere utili per rilevare l'osteoporosi o per trovare difetti in strutture meccaniche come le turbine.
Bordi e confini sono più chiari nelle immagini in campo scuro, afferma Elizabeth Brainerd , un biologo evoluzionista della Brown University, che usa i raggi X per studiare la biomeccanica delle ossa. (Vedi Catturare l'evoluzione in corsa.) Può essere difficile distinguere piccole ossa e articolazioni nelle radiografie convenzionali. Brainerd concorda sul fatto che le immagini in campo scuro potrebbero essere utili per rilevare piccole fratture e speroni ossei nei pazienti ed è entusiasta della possibilità di estendere la tecnica di Pfeiffer alle scansioni TC tridimensionali.
L'approccio di Pfeiffer potrebbe essere utilizzato anche per migliorare i sistemi di sicurezza. Gli imager a raggi X convenzionali come quelli ai controlli di sicurezza aeroportuali non possono distinguere tra molti diversi tipi di materiali, ad esempio, cioccolato e formaggio sembrano identici ad alcuni esplosivi. Ma il formaggio e gli esplosivi diffondono i raggi X in modo diverso, quindi nelle immagini in campo scuro di Pfeiffer le differenze tra i due materiali sono evidenti.
Pfeiffer ha già iniziato a eseguire scansioni TC con tubi a raggi X convenzionali utilizzando un'altra tecnica di miglioramento del contrasto che ha sviluppato due anni fa, chiamata contrasto di fase. Dice che sta attualmente lavorando per incorporare reticoli per l'imaging in campo oscuro nei dispositivi CT convenzionali. Sta anche collaborando con i ricercatori del Centro per l'imaging biomedico , un istituto gestito dall'Università di Losanna e dall'Università di Ginevra, per determinare se l'imaging a raggi X in campo scuro può essere utilizzato per distinguere il tessuto sano dal tessuto canceroso. I tumori non assorbono i raggi X in modo molto diverso rispetto ai tessuti sani, quindi i sistemi a raggi X che si basano su altre proprietà, come la dispersione, potrebbero rendere migliori mammografie, ad esempio. Il gruppo di Lanza al MIT sta anche lavorando per sviluppare migliori scanner TC per la rilevazione del cancro che utilizzano una combinazione di assorbimento e rifrazione per il contrasto e si basano anche su reticoli nanofabbricati. (Vedi Modifica della fisica dietro l'imaging a raggi X.)
L'imaging in campo scuro è stato utilizzato per più di 20 anni per migliorare il contrasto e la risoluzione nei microscopi ottici convenzionali. Ma l'applicazione ai raggi X delle tecniche di miglioramento del contrasto che funzionano bene con la luce visibile ha richiesto molto tempo, afferma Pfeiffer. Un tale sistema è possibile solo ora grazie ai progressi della fotolitografia e a molti anni di ricerca scientifica di base che utilizzano i sincrotroni, afferma.
Pfeiffer prevede che i futuri sistemi di imaging a raggi X saranno come quelli che sono oggi i microscopi ottici: incorporeranno molti sistemi complementari per migliorare il contrasto - assorbimento, rifrazione, dispersione - e medici e ricercatori saranno in grado di utilizzare qualsiasi combinazione funzioni meglio per un dato campione.