Promienie rentgenowskie zasilane z nanorurek

Nanorurki węglowe są sercem nowego urządzenia rentgenowskiego, które ma trafić do testów klinicznych jeszcze w tym roku w szpitalach Uniwersytetu Północnej Karoliny (UNC). Maszyna może działać znacznie lepiej niż te używane obecnie do obrazowania rentgenowskiego i terapii przeciwnowotworowej, twierdzą naukowcy z UNC, którzy opracowali tę technologię. Wykazali, że przyspiesza obrazowanie narządów, robi ostrzejsze obrazy i może zwiększyć dokładność radioterapii, dzięki czemu nie uszkadza normalnej tkanki.

Zdobycie serca: W nowym skanerze nanorurki węglowe natychmiast wystrzeliwują elektrony, aby wygenerować promieniowanie rentgenowskie. Daje to ostre obrazy o wysokiej rozdzielczości, takie jak ten z szybko bijącym sercem myszy.

Konwencjonalne aparaty rentgenowskie składają się z długiej rury z emiterem elektronów, zwykle z żarnikiem wolframowym, na jednym końcu i metalowej elektrody na drugim. Włókno wolframowe emituje elektrony po podgrzaniu do 1000 stopni Celsjusza. Elektrony są przyspieszane wzdłuż rurki i uderzają w metal, tworząc promieniowanie rentgenowskie.

Zamiast pojedynczego emitera wolframowego zespół UNC wykorzystuje szereg pionowych nanorurek węglowych, które służą jako setki maleńkich dział elektronowych. Podczas gdy wolfram wymaga czasu na rozgrzanie, nanorurki emitują elektrony ze swoich końcówek natychmiast po przyłożeniu do nich napięcia.

Naukowcy zaprezentowali prace nad swoim skanerem nanorurek na spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Fizyków w Medycynie w zeszłym tygodniu.

profesor fizyki i materiałoznawstwa Otto Zhou współzałożył firmę o nazwie Xintek w Research Triangle Park, NC, w celu komercjalizacji technologii. Xintek nawiązał współpracę z Rozwiązania medyczne firmy Siemens założyć spółkę joint-venture, Systemy XinRay , która opracowała prototypowy system, który w tym roku będzie testowany klinicznie.

Zhou mówi, że robienie wyraźnych zdjęć rentgenowskich narządów ciała w wysokiej rozdzielczości jest znacznie łatwiejsze dzięki nowemu wielowiązkowemu źródłu promieniowania rentgenowskiego. Konwencjonalne urządzenia do tomografii komputerowej (CT) potrzebują kilku minut, aby stworzyć wyraźne obrazy 3D za pomocą promieni rentgenowskich. Ponieważ promieniowanie pochodzi z jednego punktu w przestrzeni, maszyna musi przemieszczać źródło [elektronu] i detektor wokół obiektu, mówi Zhou. Emiter promieniowania rentgenowskiego jest aktywowany, gdy rura się porusza. Ruch serca i płuc może powodować rozmycie obrazów, więc tomograf komputerowy wykonuje setki zdjęć, które są syntetyzowane w celu zrekonstruowania obrazu 3D.

Natomiast nowa maszyna kolejno włącza i wyłącza wiele emiterów nanorurek, aby robić zdjęcia pod różnymi kątami bez poruszania się. Ponieważ emitery włączają się i wyłączają natychmiast, mówi Daniel Kopans , dyrektor obrazowania piersi w Massachusetts General Hospital, system powinien być w stanie wykonać więcej zdjęć na sekundę. Ta szybsza ekspozycja, mówi Kopans, powinna zmniejszyć rozmycie, podobnie jak szybka kamera rejestruje ultraszybki ruch. Zhou i jego koledzy byli w stanie wykonać zdjęcia piersi z rozdzielczością prawie dwukrotnie większą niż komercyjne skanery, używając 25 jednoczesnych wiązek w ciągu kilku sekund.

Szybkie obrazowanie w czasie rzeczywistym z kolei usprawni leczenie raka. Mówi się, że najnowocześniejsza radioterapia opiera się w dużej mierze na obrazach Sha Chang , profesor radioterapii onkologicznej w UNC School of Medicine, który pracuje z Zhou. Zdjęcia obszaru guza są robione tak, aby promieniowanie mogło skupić się na guzie, oszczędzając otaczającą go normalną tkankę. Ale ponieważ dzisiejsze skanery są powolne, Chang twierdzi, że nie jest możliwe jednoczesne robienie zdjęć 3D i leczenie pacjenta. „Używanie urządzenia do obrazowania rentgenowskiego [nanorurki] pozwala [nam] na zbieranie obrazów 3D podczas leczenia pacjenta, aby upewnić się, że wysokie dawki promieniowania i ciepła [są] dostarczane we właściwe miejsce”, mówi.

Wyniki testów klinicznych określą, czy Xintek może wejść na rynek obrazowania medycznego. Tymczasem firma sprzedaje również swoje emitery nanorurek producentom wyświetlaczy. Firmy takie jak Samsung i Motorola produkują wyświetlacze oparte na emiterach nanorurek, które obiecują zużywać mniej energii niż wyświetlacze ciekłokrystaliczne lub ekrany plazmowe, zapewniając jednocześnie jasność i ostrość nieporęcznych telewizorów z lampami katodowymi, ponieważ działają na tej samej zasadzie: strzelanie elektrony na ekranie pokrytym czerwonymi, zielonymi i niebieskimi luminoforami.

Technologia obrazowania firmy Xintek okazuje się również przydatna w badaniach na zwierzętach laboratoryjnych. Może wykonywać ostre obrazy serca myszy, co jest trudne ze względu na ich szybkie bicie serca. Zhou mówi, że badacze biomedyczni z UNC już korzystają z systemu i instalują drugą jednostkę w ośrodku badawczym szkoły medycznej.

ukryć