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Rayos X de alto contraste
Investigadores suizos han demostrado la practicidad de una nueva técnica de imágenes de rayos X de alta resolución que revela estructuras finas que son invisibles utilizando técnicas convencionales. Las imágenes de rayos X de campo oscuro se pueden utilizar para generar imágenes muy detalladas de los huesos y para distinguir entre sustancias que parecen idénticas en las imágenes de rayos X convencionales, como los explosivos y el queso. Los investigadores ahora están investigando si su enfoque también podría aumentar la resolución de técnicas de imágenes médicas como mamografías y tomografías computarizadas (TC).
Alas calientes: Una nueva técnica de imágenes de rayos X (abajo) se basa en información sobre cómo una muestra dispersa la radiación, proporcionando una imagen de mayor contraste de los huesos en un ala de pollo que las imágenes de rayos X convencionales (arriba). Las imágenes de rayos X convencionales se basan en información sobre cómo el ala absorbe la radiación.
Franz Pfeiffer , profesor asistente de física en la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, en Suiza, que desarrolló la nueva técnica, compara imágenes de rayos X convencionales con sombras. Estas imágenes se basan en información sobre la cantidad de radiación que se absorbe al pasar a través de una muestra, como la extremidad de un paciente. Pero están ocurriendo interacciones más complejas, dice Pfeiffer, y cuanta más información se pueda obtener sobre estas interacciones, mejor será el contraste de las imágenes. Las imágenes de campo oscuro miden cómo una muestra dispersa la luz.
Estos muchachos están demostrando que se pueden hacer cosas con rayos X que solo se pensaban prácticas ópticamente [con luz visible], dice Richard Lanza , científico investigador senior del departamento de ciencia e ingeniería nucleares del MIT.
Anteriormente, investigadores como Pfeiffer habían demostrado imágenes de campo oscuro utilizando un acelerador de partículas grande y caro llamado sincrotrón como fuente de rayos X. Los sincrotrones proporcionan haces de rayos X muy brillantes y finamente enfocados. Era necesaria una fuente tan poderosa porque la ineficaz óptica de cristal utilizada para enfocar los rayos X en la muestra solo podía hacer frente a un estrecho espectro de longitudes de onda.
Para reemplazar la ineficiente óptica de cristal, Pfeiffer desarrolló filtros de silicio que funcionan con el espectro completo de rayos generados por tubos de rayos X convencionales de baja potencia. Estos filtros son discos planos de silicio grabados con ranuras de 20 micrómetros de largo, algunas de las cuales están llenas de oro. Para generar imágenes de dispersión, estas rejillas se colocan entre la fuente de rayos X y la muestra, y entre la muestra y el detector.
Pequeñas estructuras como microgrietas se ven muy bien en estas imágenes porque dispersan bastante la radiación, dice Pfeiffer. Esto sugiere que las imágenes podrían ser útiles para detectar osteoporosis o para encontrar fallas en estructuras mecánicas como turbinas.
Los bordes y los límites son más claros en las imágenes de campo oscuro, dice Elizabeth Brainerd , biólogo evolutivo de la Universidad de Brown, que usa rayos X para estudiar la biomecánica de los huesos. (Consulte Cómo captar la evolución en movimiento). Puede resultar difícil distinguir los huesos pequeños y las articulaciones en las radiografías convencionales. Brainerd está de acuerdo en que las imágenes de campo oscuro podrían ser útiles para detectar pequeñas fracturas y espolones óseos en pacientes, y está entusiasmada con la posibilidad de extender la técnica de Pfeiffer a las tomografías computarizadas tridimensionales.
El enfoque de Pfeiffer también podría utilizarse para mejorar los sistemas de seguridad. Los lectores de imágenes de rayos X convencionales, como los que se encuentran en los puntos de control de seguridad de los aeropuertos, no pueden diferenciar entre muchos tipos diferentes de materiales; por ejemplo, el chocolate y el queso parecen idénticos a algunos explosivos. Pero el queso y los explosivos dispersan los rayos X de manera diferente, por lo que en las imágenes de campo oscuro de Pfeiffer, las diferencias entre los dos materiales son evidentes.
Pfeiffer ya ha comenzado a realizar tomografías computarizadas con tubos de rayos X convencionales utilizando otra técnica de mejora del contraste que desarrolló hace dos años, llamada contraste de fase. Dice que actualmente está trabajando para incorporar rejillas para imágenes de campo oscuro en dispositivos de TC convencionales. También colabora con investigadores de la Centro de imágenes biomédicas , un instituto dirigido por la Universidad de Lausana y la Universidad de Ginebra, para determinar si las imágenes de rayos X de campo oscuro se pueden utilizar para distinguir el tejido sano del tejido canceroso. Los cánceres no absorben los rayos X de manera muy diferente a como lo hace el tejido sano, por lo que los sistemas de rayos X que dependen de otras propiedades, como la dispersión, podrían producir mejores mamografías, por ejemplo. El grupo de Lanza en el MIT también está trabajando para desarrollar mejores escáneres de TC que detecten el cáncer y que utilicen una combinación de absorción y refracción para el contraste y que también se basen en rejillas nanofabricadas. (Consulte Cambio de la física detrás de las imágenes de rayos X).
Las imágenes de campo oscuro se han utilizado durante más de 20 años para mejorar el contraste y la resolución en microscopios ópticos convencionales. Pero aplicar las técnicas de mejora del contraste que funcionan bien con luz visible a los rayos X ha llevado mucho tiempo, dice Pfeiffer. Tal sistema solo es posible ahora gracias a los avances en fotolitografía y muchos años de investigación científica básica utilizando sincrotrones, dice.
Pfeiffer prevé que los futuros sistemas de imágenes de rayos X serán como lo que son hoy los microscopios ópticos: incorporarán muchos sistemas complementarios para mejorar el contraste (absorción, refracción, dispersión) y los médicos e investigadores podrán utilizar la combinación que funcione mejor para una determinada situación. muestra.