Naukowcy opracowali metodę szczegółowego obrazowania kruchej struktury kości

Naukowcy opracowali metodę szczegółowego obrazowania kruchej struktury kości

[Data: 2010-10-13]

Naukowcy pracujący w Niemczech i Szwajcarii opracowali nową metodę nanotomograficzną, która wykorzystuje promienie rentgenowskie, aby umożliwić lekarzom wygenerowanie trójwymiarowego (3D), szczegółowego obrazu kruchej struktury kości. Metoda ta może przyczynić się do opracowania lepszych podejść terapeutycznych do walki z chorobą łamliwych kości, czyli osteoporozą, która jest jedną z najpowszechniejszych dolegliwości wśród osób starszych. Nowa metoda została niedawno zaprezentowana na łamach czasopisma Nature.

Naukowcy z Technische Universitaet Muenchen (TUM) w Niemczech, z Instytutu im. Paula Scherrera w Szwajcarii oraz ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii (ETH Zurych) stwierdzili, że osteoporoza jest obecnie diagnozowana niemal wyłącznie na podstawie ogólnego obniżenia gęstości kości. Natomiast nowa metoda dostarczy znacznie więcej informacji na temat powiązanej struktury lokalnej i zmian w gęstości kości. Do tej pory lekarzom sprawiał trudności brak możliwości szczegółowego przyjrzenia się zmianom w gęstości kości.

Profesor Franz Pfeiffer z TUM stwierdził, że to ma się właśnie całkowicie zmienić. “Nasza nowo opracowana metoda nano-CT [tomografia komputerowa] umożliwia teraz wizualizację struktury kości i zmian gęstości w wysokich rozdzielczościach i w trzech wymiarach (3D)” – wyjaśnia profesor Pfeiffer, który kierował badaniami. To “umożliwi nam prowadzenie badań nad zmianami strukturalnymi powiązanymi z osteoporozą w nanoskali, a przez to opracowanie lepszych metod terapeutycznych”.

Do opracowania swojej metody zespół profesora Pfeiffera wykorzystał rentgenowską CT. Skanery CT są wykorzystywane na co dzień w szpitalach i gabinetach lekarskich do diagnostycznych badań przesiewowych organizmu człowieka – organizm jest prześwietlany promieniami rentgenowskimi, a w tym czasie detektor rejestruje pod różnymi kątami, jak dużo promieniowania ulega pochłonięciu.

“Zasadniczo to nic więcej niż robienie wielu zdjęć rentgenowskich z różnych kierunków” – stwierdzają autorzy. “Zdjęcia te są następnie wykorzystywane do generowania cyfrowych obrazów trójwymiarowych (3D) wnętrza organizmu za pomocą techniki przetwarzania obrazu.”

Nowa metoda mierzy zarówno ogólną intensywność wiązki, jaka została pochłonięta przez badany obiekt pod każdym kątem, jak również części wiązki promieni rentgenowskich, które są odchylane w różnych kierunkach lub “uginane”. Schemat dyfrakcji jest generowany dla każdego punktu próbki, co dostarcza dodatkowych informacji na temat dokładnej nanostruktury, ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest zdaniem naukowców szczególnie wrażliwe na najmniejsze zmiany strukturalne.

“Ponieważ musimy zrobić i poddać obróbce tak wiele pojedynczych zdjęć z najwyższą precyzją, szczególnie ważne w czasie wdrażania metody było zastosowanie silnie jaskrawego promieniowania rentgenowskiego i szybkich, niskoszumowych detektorów pikseli” – stwierdza Oliver Bunk, który był odpowiedzialny za organizację eksperymentu w ośrodku synchrotronu PSI w Szwajcarii.

Następnie schematy dyfrakcji były przetwarzane za pomocą algorytmu opracowanego przez zespół, jak informuje Martin Dierolf, naukowiec z TUM. “Opracowaliśmy algorytm rekonstrukcji obrazu, który generuje trójwymiarowy (3D) obraz wysokiej rozdzielczości przy wykorzystaniu ponad 100.000 schematów dyfrakcji” – mówi. “Algorytm uwzględnia nie tylko klasyczną absorpcję promieni rentgenowskich, ale również znacznie bardziej wrażliwe przesunięcie fazowe promieni rentgenowskich.”

Roger Wepf, Dyrektor Ośrodka Mikroskopii Elektronowej przy ETH Zurich (EMEZ), przyznał że podczas gdy “nowa procedura nano-CT nie osiąga rozdzielczości przestrzennej dostępnej obecnie w mikroskopii elektronowej […], to może – dzięki głębokiej penetracji promieni rentgenowskich – wygenerować trójwymiarowe (3D) obrazy tomograficzne próbek kości”.

Zauważył, że “nowa procedura nano-CT wyróżnia się również dzięki możliwości wysoce precyzyjnego pomiaru gęstości kości, który jest szczególnie istotny w badaniach naukowych nad kośćmi”. Naukowcy zauważyli, że metoda otworzy drogę do precyzyjniejszych badań nad wczesnym stadium osteoporozy i ewaluacji wyników terapeutycznych różnych metod leczenia w ramach badań klinicznych.

Więcej informacji:

Technische Universitaet Muenchen (TUM):

http://portal.mytum.de/welcome/

Instytut im. Paula Scherrera:

http://www.psi.ch/

Szwajcarski Federalny Instytut Technologii (ETH Zurych):

http://www.ethz.ch/index_EN

Nature:

http://www.nature.com/

Kategoria: Różne
Źródło danych: Nature
Referencje dokumentu: Dierolf, M., et al. (2010) Ptychographic X-ray computed tomography at the nanoscale. Nature, 467, 436-439. DOI: 10.1038/nature09419.
Indeks tematyczny: Badania Naukowe; Nauki biologiczne; Technologia materialowa; Koordynacja, wspólpraca; Metody pomiarowe; Medycyna, zdrowie

RCN: 32647

http://cordis.europa.eu/fetch?CALLER=PL_NEWS&ACTION=D&SESSION=&RCN=32647

Authors

Related posts

Top