تصویر برداری با پرتوهای اسکتر CT.SCAN

جزئیات حیات درون دندان با یک روش تصویربرداری جدید با اشعه ایکس

 the Technical University of Munich

ترجمه توسط سهیل رئیسی

در این روش جدید از پرتوهای اسکتر برای به تصویر کشیدن نانوساختار استفاده می شود

در هر دو علم مواد و زیست پزشکی مهم است که بتوان یک نما از جزئیات نانوساختار ها به دست آورد. برای مثال در مواد فیبر-کربن و استخوان ها. یک گروه از دانشکده فنی مونیخ (TUM) ، دانشگاه لوند، بیمارستان چاریته در برلین و موسسه پل شرر (PSI) در حال توسعه یک روش CT (توموگرافی کامپیوتری) جدید بر اساس پراکندگی به جای جذب در اشعه ایکس هستند. این روش برای اولین بار امکان نمایش نانوساختارهای شی ها را در حد کمتر از چند میلی متر فراهم می آورد. و به محققان اجازه می دهد که ساختار های سه بعدی دقیق از فیبرهای کلازن را در یک قطعه از دندان انسان مشاهده کنند.

اصول CT اسکن که در دهه 1960 ساخته شده: تصاویر اشعه ایکس از جهات مختلفی از یک شی گرفته می شود، سپس کامپیوتر با استفاده از تصاویر خاصی ، تصاویر سه بعدی ایجاد می کند. کنتراست در تصاویر با استفاده از اختلاف در تضعیف حاصل از شی ایجاد می شود.اما در این روش جدید، که توسط فرانتس فایفر، استاد فیزیک بیومدیکال و تیم خود در موسسه TUM از پراکندگی اشعه X به جای جذب آن در تصویر برادی استفاده کرده اند. نتایج آن در مجله Nature منتشر شده است.

اسکترها تصاویر دقیقی از نانوساختارها  فراهم میکنند.

بصورت تئوری، واکنش اشعه ایکس همانند یک نور با طول موج بسیار کوتاه است. جزئیات این قانون در بطن روش جدید تصویربرداری: وقتی که نور به ساختار یک شی تابیده می شود ؛ برای مثال به یک CD ، نور انعکاسی خصوصیات یک رنگین کمان را ظاهر می کند. اگرچه دیدن شیار های روی CD به طور مستقیم امکان پذیر نیست اما پراش تشعشعات نور – که به نام پرتوهای اسکتر شناخته می شود- به طور غیر مستقیم ساختار شی را آشکار می کند.

چنین واکنش هایی نیز  می تواند در اشعه ایکس مشاهده شود. و این پدیده ای است که محققان از آن در این روش بهره می جویند. مزیت اشعه ایکس نسبت به نور مرئی در این است که پرتو ایکس قادر به نفوذ در اشیاء بوده و می توان جزئی ترین اطلاعات را از ساختار داخلی اشیاء مشاهده نمود. و حالا محققان اطلاعات سه بعدی حاصل از پرتوهای اسکتر را با CT ترکیب کرده اند.

درCT کانونشنال بطور دقیق برای هر نقطه از یک تصویر سه بعدی در شی ، اندازه ای را در نظر می گیرند که به آن وکسل می گویند. در این روش جدید به هر وکسل ، چندین ارزش برای پرتوهای اسکتر رسیده از جهات مختلف ، داده می شود.فرانتس فایفر توضیح می دهد : "به کمک این اطلاعات اضافه شده ما قادر خواهیم بود که از نانوساختارهای یک شی اطلاعات بسیار شگفت انگیز و نابی نسبت به CT معمولی  داشته باشیم. در حال حاضر با اندازه گیری غیر مستقیم این پرتوهای پراکنده ، می توان تصاویری از ساختار های جزئی که رزولشن فضایی بسیار ریزی دارند ایجاد کرد.

 نمای درونی از دندان

برای نشان دادن این اهداف، پژوهشگران یک قطعه سه میلی متری از دندان انسان را مورد آزمایش قرار داده اند. قسمت عظیمی از دندان انسان از عاج دندانی تشکیل شده که شامل فیبرهای کلاژن معدنی است که تا  حد زیادی مسئول خواص مکانیکی دندان است. دانشمندان در حال حاضر در حال مشاهده ریز شبکه های این فیبر ها هستند.

حجمی حدود 1.4 میلیون  تصویر اسکتری - با استفاده از پرتوهای پراکنده به دست آمده از جهات مختلف-  گرفته شده است. تصویر سه بعدی منحصر به فرد با استفاده از الگوریتم های ابداعی خاص با یک بازسازی کامل،  از پرتوهای اسکتر بصورت مرحله به مرحله فراهم می شود. مارتین بچ، دانشجوی فوق دکترا پیشین در TUM و در حال حاضر استاد دستیار در دانشگاه لوند می گوید : "الگوریتم ما، جهت دقیق اطلاعات پرتوهای پراکنده را برای هر تصویر محاسبه می کند و سپس بصورت گروهی به پرتوهای پراکنده یکسان شکل می دهد."

با استفاده از این روش برای اولین بار این امکان به وجود آمده که نمای سه وجهی واضحی از فیبرهای کلاژن درون یک نمونه با این اندازه به دست آید. نتایج حاصله با اطلاعاتی قبلی به دست آمده از برش های این ساختار ها هم خوانی دارد. فلورین اسکاف نویسنده این مقاله می گوید: CT های فوق پیشرفته ای هنوز وجود دارند که برای آزمایش بر روی شی های بزرگی کاربرد دارند اما روش جدید ما  برای اولین بار امکان مشاهده ساختارهای در حد نانومتر را برای شی ها با اندازه های میلی متری در این سطح از دقت فراهم می کند.

منبع:

نشریه

Florian Schaff, Martin Bech, Paul Zaslansky, Christoph Jud, Marianne Liebi, Manuel Guizar-Sicairos und Franz Pfeiffer, Six-dimensional real and reciprocal space small-angle x-ray scattering tomography, Nature, November 19, 2015.
DOI: 10.1038/nature16060