Um novo método de nanotomografia computadorizada desenvolvido por uma equipe de pesquisadores alemães da Universidade Tecnológica de Munique (TUM), Instituto Paul Scherrer (PSI) e ETH Zurich abre as portas para exames de tomografia computadorizada de estruturas minúsculas com resoluções de nanômetros. O novo método torna possível, por exemplo, imagens tridimensionais do interior de frágeis estruturas ósseas. O artigo de título "Ptychographic X-Ray Computed Tomography at the Nano-Scale" e as primeiras imagens de nano-CT geradas com este procedimento foram publicados na revista Nature hoje. Esta nova técnica irá facilitar os progressos nas ciências da vida e dos materiais.
A osteoporose, uma condição clínica na qual os ossos tornam-se rígidos e frágeis pela perda de densidade, está entre as doenças mais comuns do envelhecimento dos ossos: na Alemanha cerca de um quarto da população com idade acima de 50 é afetada. O material ósseo dos pacientes diminui rapidamente, levando a um aumento significante da taxa de risco de uma fratura. Em pesquisa clínica até à data, a osteoporose é diagnosticada quase que exclusivamente pelo estabelecimento de uma redução global da densidade óssea. Esta abordagem dá poucas informações sobre paciente, estruturas locais e mudanças da densidade óssea.
Franz Pfeiffer, professor de física biomédica e chefe da equipe de estudo, resolveu o dilema: "com nosso método de nano-CT recém-desenvolvido, é possível visualizar agora a estrutura óssea e alterações de densidade em alta resolução e em 3D. Isto nos permite fazer pesquisas sobre as mudanças estruturais relacionadas à osteoporose em uma nano escala e, assim, desenvolver melhor as abordagens terapêuticas".
Princípio do tomógrafo computadorizado de raios-X (TC)
Durante o desenvolvimento, a equipe de Pfeiffer construiu seu tomógrafo computadorizado de raios-X (TC). O princípio é bem conhecido - escâneres CT são usados todos os dias nos hospitais e práticas médicas para o rastreio de diagnóstico do corpo humano. No processo, o corpo humano passa pelos raios-X enquanto um detector registra em diferentes ângulos quanta radiação está sendo absorvida. Em princípio, isto não é nada mais do que tirar várias imagens de raios-X de várias direções. Um número destas imagens é usado em seguida para gerar imagens digitais 3D do interior do corpo usando o processamento de imagem.
O método recém-desenvolvido mede não somente o feixe de intensidade total absorvido pelo objeto em análise a cada ângulo, mas também as partes do feixe de raios-X que são desviadas para direções diferentes - "difratadas" na linguagem da física. Um padrão de difração é gerado para cada ponto de amostra. Isso fornece informações adicionais sobre a nanoestrutura exata, uma vez que a radiação de raios-X é particularmente sensível a mais ínfima das mudanças estruturais.
Os padrões de difração são então processados usando um algoritmo desenvolvido pela equipe. Martin Dierolf, autor do artigo explica que o algoritmo de reconstrução de imagem gera uma imagem tridimensional de alta resolução de uma amostra, usando padrões de difração acima de cem mil. Esse algoritmo leva em conta não somente a clássica absorção de raios-X, mas também a mudança de fase significativamente mais sensível dos raios-X.
A nova técnica também é interessante para aplicativos não clínicoa: outros campos de aplicação incluem o desenvolvimento de novos materiais em ciência dos materiais ou a caracterização de componentes semicondutores.
