Les chercheurs ont créé un système d’imagerie à rayons X capable de capturer des images complexes d’organismes vivants tout en utilisant une dose de rayons X bien inférieure à ce qui était possible auparavant. Les petits objets ou autres matériaux sensibles peuvent désormais être examinés à haute résolution sur des périodes beaucoup plus longues, révélant potentiellement de nouvelles informations sur une gamme de processus dynamiques.
La méthode est basée sur l’imagerie par contraste de phase, qui dépend non seulement de l’absorption des rayons X dans le matériau mais également des propriétés de l’onde des rayons X. Il génère des images à partir des transitions de phase résultant du passage des rayons X à travers l’échantillon.
Auparavant, l’imagerie par contraste de phase aux rayons X à résolution micrométrique d’organismes vivants n’était possible que pendant quelques secondes à quelques minutes en raison de graves dommages causés par les radiations. Nous avons réduit la dose de rayons X nécessaire en surmontant les limites actuelles de l’imagerie haute résolution pour les applications sensibles à la dose.
Rebecca Spieker, doctorante, Institut de technologie de Karlsruhe
Les chercheurs décrivent comment ils ont créé un nouveau système d’imagerie à rayons X qui utilise des détecteurs de comptage de photons uniques et des optiques à rayons X spécialisées à haut rendement pour augmenter l’efficacité de la dose pour l’imagerie plein champ avec une résolution micrométrique en… optiquela revue de recherche à fort impact qu’elle publie Groupe d’édition Optica. Pendant plus d’une demi-heure, ils ont observé de minuscules guêpes parasites émerger des œufs de leur hôte, démontrant ainsi les avantages de cette nouvelle approche.
Spiker a ajouté :Nous démontrons que notre méthode présente des performances d’imagerie supérieures à celles d’un détecteur haute résolution conventionnel. Cela peut être utile, par exemple, pour capturer des détails sur le développement et le comportement de petits organismes modèles, tels que les embryons de grenouille Xenopus, sur une période plus longue que ce qui est actuellement possible.«
De meilleures images avec moins de rayonnement
Les structures et processus cachés dans les organismes vivants peuvent être révélés par l’imagerie aux rayons X. Cependant, cela expose les organismes à des rayonnements toxiques à des niveaux élevés, ce qui limite la durée pendant laquelle les observations peuvent être effectuées avant que des dommages ne surviennent.
Ceci est exacerbé par le fait que l’efficacité de détection des détecteurs haute résolution fréquemment utilisés diminue à mesure que la résolution augmente, ce qui nécessite de plus grandes doses de rayons X pour obtenir une image haute résolution.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont mis au point une méthode d’imagerie à contraste de phase qui agrandit instantanément une image radiographique au lieu de la convertir en une image en lumière visible puis de l’agrandir, comme c’est la méthode standard. Ils peuvent utiliser des détecteurs à large bande très efficaces tout en conservant une résolution spatiale micrométrique.
Les chercheurs ont utilisé un détecteur d’imagerie à photon unique avec une taille de pixel de 55 microns dans le nouveau système d’imagerie. Un dispositif d’optique à cristal, une loupe de Bragg, est utilisé pour agrandir l’image radiologique derrière l’échantillon. Pour le grossissement, cette dernière est constituée de deux cristaux de silicium impeccables.
« Pour obtenir l’efficacité de dose la plus élevée possible pour l’imagerie à rayons X plein champ avec une résolution micrométrique, nous avons combiné un contraste de phase à rayons X, un amplificateur de Bragg et un détecteur de comptage de photons uniques, tous optimisés pour une énergie de rayon X optimale de 30 keV. . Le concept des amplificateurs de Bragg remonte à la fin des années 1970 et, bien que leur capacité à augmenter l’efficacité de la dose ait été notée, elle n’a pas été explorée jusqu’à présent.» a déclaré Spiker.
Les chercheurs ont comparé les performances de leur nouveau système à un système de détection classique à haute résolution utilisant le même matériau, le même flux de rayons X et l’énergie des rayons X de 30 keV après avoir démontré qu’il pouvait atteindre une efficacité de dose de plus de 90 % pendant son utilisation. livraison. Précision jusqu’à 1,3 microns.
« À cette énergie, nous montrons que l’efficacité quantique de détection de notre système dépasse celle du système conventionnel de plus de deux ordres de grandeur pour les composantes haute résolution de l’image. À cette énergie, nous montrons que l’efficacité quantique de détection de notre système dépasse celle du système conventionnel de plus de deux ordres de grandeur pour les composantes haute résolution de l’image. Cela se traduit par de meilleures images et permet une réduction significative de la dose de rayons X reçue par l’échantillon.Spiker a également ajouté.
Photographie de petits insectes
Cette technologie a ensuite été utilisée pour mener une étude comportementale préliminaire sur des guêpes parasites vivantes couramment utilisées en lutte biologique. En raison de l’absence d’exposition aux radiations, les scientifiques ont pu obtenir des images des minuscules guêpes à l’intérieur de leurs œufs hôtes pendant 30 minutes avant leur apparition.
Selon les chercheurs, cette approche pourrait également bénéficier aux applications biomédicales, telles que l’évaluation micro-CT du matériel de biopsie. D’autre part, l’utilisation d’une loupe de Bragg nécessite un faisceau collimaté monochromatique, cohérent, accessible dans les installations de radiographie synchrotron.
Ils étendent également la visibilité du système et améliorent sa stabilité mécanique à long terme pour des périodes de mesure plus longues.
Référence du magazine :
Spiker, R, et coll. le. (2023) Efficacité de la dose In vivo Imagerie à contraste de phase aux rayons X avec une résolution micrométrique par loupes de Bragg. optique. est ce que je:10.1364/optica.500978
source: https://www.optica.org/
