Avances en la tomografía microcomputada
Mejora de la imagen para la medicina y las ciencias de los materiales
Los investigadores de física y biología biomédicas han mejorado notablemente la tomografía microcomputada, más concretamente la obtención de imágenes con contraste de fase y radiación de rayos X de alto brillo. Han desarrollado una nueva rejilla óptica microestructurada y la han combinado con nuevos algoritmos de análisis. El nuevo enfoque permite representar y analizar las microestructuras de las muestras con mayor detalle, así como investigar un espectro de muestras especialmente amplio.
La Prof. Dra. Julia Herzen, catedrática de Física de la Imagen Biomédica de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), ha desarrollado un nuevo enfoque para la tomografía microcomputada, más concretamente para la obtención de imágenes con contraste de fase y radiación de rayos X de alto brillo. El nuevo enfoque permite representar y analizar las microestructuras de las muestras con mayor detalle. A la derecha: Mirko Riedel, uno de los dos primeros autores de la publicación. Publicación. Atrás a la izquierda: Dr. Felix Beckmann, atrás a la derecha: Dr. Julian Moosmann.
René Lahn
La microtomografía computarizada (micro-CT) es un método de obtención de imágenes que genera imágenes tridimensionales detalladas de la estructura interna de muestras de pequeñas dimensiones. Los investigadores de la biología, la medicina o las ciencias de los materiales pueden utilizar este método para obtener información sobre la estructura y las características de las muestras de tejidos y materiales que son importantes en los diagnósticos y otros análisis.
La micro-TC se basa en imágenes de rayos X que se reconstruyen para formar una imagen tridimensional. Dependiendo de la muestra, se utilizan diferentes métodos de obtención de imágenes de rayos X para lograr la representación más precisa posible. Los parámetros clave son la resolución, el contraste y la sensibilidad del método utilizado.
Imágenes de rayos X con contraste de fase
Las imágenes de rayos X con contraste de fase son especialmente adecuadas para investigar los tejidos blandos. El método utiliza la refracción de los rayos X causada por las estructuras de la muestra para obtener el contraste de estas estructuras y, de este modo, representar los tejidos blandos con mayor detalle de lo que es posible con los métodos de rayos X convencionales.
En muchos métodos de contraste de fase, los componentes ópticos modulan los rayos X en su camino hacia el detector, dando lugar a lo que se denomina un patrón de difracción en el detector. "Al comparar este patrón con y sin la muestra en el haz de rayos X, la refracción de los rayos X en la muestra proporciona información sobre sus características", dice Julia Herzen, profesora de Física de la Imagen Biomédica en la Universidad Técnica de Múnich (TUM).
Hasta ahora se utilizaban para este tipo de modulación estructuras poco eficaces, como el papel de lija y las máscaras de absorción, pero entretanto se dispone de una gran variedad de rejillas ópticas. "La función de las nuevas rejillas ópticas se asemeja a la de las pequeñas lentes. Las rejillas enfocan los rayos X para formar puntos diminutos. Esto hace que las diferencias de intensidad con y sin la muestra sean mucho más claras y permite visualizar incluso diferencias mínimas en el tejido con mayor detalle", afirma el profesor Herzen.
Alto contraste, alta resolución y alta sensibilidad
La física Julia Herzen y su equipo han introducido ahora un nuevo método de micro-TC con contraste de fase utilizando radiación de rayos X de alto brillo. La tecnología se basa en una rejilla óptica de nuevo desarrollo denominada iluminador de matriz de Talbot. Este nuevo elemento óptico es comparativamente fácil de producir, es resistente a la radiación de rayos X y puede utilizarse con diferentes energías. Esto establece los requisitos previos técnicamente necesarios para un alto contraste. El nuevo método permite un uso más eficiente de la dosis de radiación que con los moduladores ordinarios, como el papel de lija, y reduce significativamente los tiempos de exploración.
"Al combinar nuestro recién desarrollado iluminador Talbot Array con un nuevo software de análisis optimizado para este fin, hemos podido mejorar significativamente la obtención de imágenes y el análisis con micro-TC. La nueva tecnología es más sensible que otros métodos comparables en este campo. Con resoluciones muy altas, permite representar los tejidos blandos con mayor contraste que antes. La alta sensibilidad es especialmente importante, por ejemplo, para detectar diferencias finas dentro de los tejidos blandos", afirma el profesor Herzen.
Análisis de un amplio espectro de muestras
La nueva tecnología puede utilizarse para investigar un espectro especialmente amplio de muestras. Los investigadores pueden incluso representar simultáneamente materiales de composición muy diferente, por ejemplo, agua y aceite incrustados en piedra, lo que no era posible en el pasado con los métodos convencionales. Esto proporciona ventajas cruciales sobre los métodos convencionales no sólo en medicina y biología, sino que también abre nuevas posibilidades de aplicación en las ciencias de los materiales, por ejemplo en geología.
El análisis cuantitativo es posible
"A diferencia de los enfoques anteriores, nuestro nuevo método también hace posible el análisis cuantitativo. Podemos realizar y comparar mediciones absolutas de la densidad de electrones de las muestras, sin necesidad de hacer ninguna suposición sobre las mismas", explica el profesor Herzen. Otros estudios investigarán el potencial de esta nueva opción en diversas aplicaciones.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Alex Gustschin, Mirko Riedel, Kirsten Taphorn, Christian Petrich, Wolfgang Gottwald, Wolfgang Noichl, Madleen Busse, Sheila E. Francis, Felix Beckmann, Jörg U. Hammel, Julian Moosmann, Pierre Thibault und Julia Herzen; "High-resolution and sensitivity bi-directional x-ray phase contrast imaging using 2D Talbot array illuminators"; Optica; 8, 1588-1595 (2021).
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