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Rayos X alimentados por nanotubos
Los nanotubos de carbono están en el corazón de una nueva máquina de rayos X que está programada para pruebas clínicas a finales de este año en los hospitales de la Universidad de Carolina del Norte (UNC). La máquina podría funcionar mucho mejor que las que se utilizan hoy en día para las imágenes de rayos X y la terapia del cáncer, dicen los investigadores de la UNC que desarrollaron la tecnología. Han demostrado que acelera la obtención de imágenes de órganos, toma imágenes más nítidas y podría aumentar la precisión de la radioterapia para que no dañe el tejido normal.
Capturando el corazón: En un nuevo escáner, los nanotubos de carbono disparan electrones instantáneamente para generar rayos X. Esto proporciona imágenes nítidas y de alta resolución, como la del corazón de un ratón que late rápidamente.
Las máquinas de rayos X convencionales consisten en un tubo largo con un emisor de electrones, típicamente un filamento de tungsteno, en un extremo y un electrodo metálico en el otro. El filamento de tungsteno emite electrones cuando se calienta a 1000 grados centígrados. Los electrones se aceleran a lo largo del tubo y golpean el metal, creando rayos X.
En lugar de un único emisor de tungsteno, el equipo de UNC utiliza una serie de nanotubos de carbono verticales que sirven como cientos de pequeños cañones de electrones. Si bien el tungsteno requiere tiempo para calentarse, los nanotubos emiten electrones desde sus puntas instantáneamente cuando se les aplica un voltaje.
Los investigadores presentaron el trabajo sobre su escáner de nanotubos en la reunión de la semana pasada de la Asociación Estadounidense de Físicos en Medicina.
Profesor de física y ciencia de los materiales Otto Zhou cofundó una empresa llamada Xintek en Research Triangle Park, NC, para comercializar la tecnología. Xintek se ha asociado con Soluciones médicas de Siemens para formar una empresa conjunta, Sistemas XinRay , que ha desarrollado el sistema prototipo que será probado clínicamente este año.
Tomar imágenes de rayos X claras y de alta resolución de los órganos del cuerpo es mucho más fácil con la nueva fuente de rayos X de múltiples haces, dice Zhou. Las máquinas de exploración de tomografía computarizada (TC) convencionales tardan unos minutos en crear imágenes nítidas en 3-D mediante rayos X. Debido a que la radiación proviene de un punto en el espacio, la máquina tiene que mover la fuente [de electrones] y el detector alrededor del objeto, dice Zhou. El emisor de rayos X dispara mientras el tubo se mueve. El movimiento del corazón y los pulmones puede hacer que las imágenes se vuelvan borrosas, por lo que una tomografía computarizada toma cientos de imágenes que se sintetizan para reconstruir una imagen tridimensional.
La nueva máquina, por el contrario, enciende y apaga múltiples emisores de nanotubos en secuencia para tomar fotografías desde diferentes ángulos sin moverse. Porque los emisores se encienden y apagan instantáneamente, dice Daniel Kopans , directora de imágenes mamarias del Hospital General de Massachusetts, el sistema debería poder tomar más imágenes por segundo. Esta exposición más rápida, dice Kopans, debería reducir el desenfoque, al igual que una cámara de alta velocidad captura un movimiento ultrarrápido. Zhou y sus colegas han podido tomar imágenes de mamas con casi el doble de resolución que los escáneres comerciales, utilizando 25 haces simultáneos en unos pocos segundos.
Las imágenes rápidas y en tiempo real, a su vez, mejorarán el tratamiento del cáncer. La radioterapia de última generación se basa en gran medida en imágenes, dice Sha Chang , profesor de oncología radioterápica en la Facultad de Medicina de la UNC que trabaja con Zhou. Se toman fotografías del área del tumor para que la radiación pueda enfocarse en el tumor, sin afectar el tejido normal que lo rodea. Pero como los escáneres actuales son lentos, Chang dice que no es posible tomar imágenes en 3D y tratar al paciente al mismo tiempo. El uso del dispositivo de imágenes de rayos X [nanotubos] nos permite recopilar imágenes en 3-D mientras tratamos al paciente, para asegurarnos de que la radiación y el calor en dosis altas [se] entreguen al lugar correcto, dice ella.
Los resultados de las pruebas clínicas determinarán si Xintek puede ingresar al mercado de imágenes médicas. Mientras tanto, la compañía también está vendiendo sus emisores de nanotubos a fabricantes de pantallas. Empresas como Samsung y Motorola están fabricando pantallas basadas en emisores de nanotubos que prometen consumir menos energía que las pantallas de cristal líquido o las pantallas de plasma, al tiempo que brindan el brillo y la nitidez de los voluminosos televisores de tubo de rayos catódicos porque funcionan según el mismo principio: disparar electrones en una pantalla recubierta de fósforo rojo, verde y azul.
La tecnología de imágenes de Xintek también está resultando útil para la investigación en animales de laboratorio. Puede tomar imágenes cardíacas nítidas de ratones, lo cual es difícil debido a sus rápidos latidos. Zhou dice que los investigadores biomédicos de la UNC ya están usando el sistema y están instalando una segunda unidad en las instalaciones de investigación de la facultad de medicina.