Método de imágenes de rayos X con dosis eficiente produce imágenes de muestras de biopsia con resolución micrométrica

Las imágenes de rayos X desempeñan un papel vital en la revelación de las estructuras y procesos ocultos dentro de las células y organismos vivos. Sin embargo, la naturaleza ionizante de la radiación de rayos X, compuesta de ondas electromagnéticas de alta energía, plantea el riesgo de dañar el ADN, lo que a su vez limita la duración de la observación. Las imágenes tradicionales de rayos X de tejidos blandos a menudo dan como resultado imágenes de bajo contraste, pero se ha descubierto que los métodos de contraste de fase producen contrastes mucho más claros con dosis de radiación más bajas. Sin embargo, lograr una mayor resolución en las imágenes de rayos X es un desafío debido a la necesidad de aumentar la dosis de radiación, lo que se ve agravado por la menor eficiencia de los detectores de alta resolución, lo que conduce a un mayor aumento de la exposición a la radiación. Hasta ahora, las imágenes de contraste de fase de rayos X de alta resolución de muestras biológicas vivas sólo podían realizarse durante un tiempo limitado antes de que la radiación causara daños importantes.

En el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT, Karlsruhe, Alemania), un equipo de investigadores ha innovado una técnica que utiliza la radiación de manera más efectiva y logra imágenes con resolución de nivel micrométrico. Este método es adecuado para observar tanto organismos vivos como materiales delicados, abriendo nuevas posibilidades en campos como la biología, la biomedicina y la ciencia de materiales. El novedoso sistema integra imágenes de contraste de fase de rayos X con una lupa Bragg y un detector de conteo de fotones. En esta configuración, se utiliza un detector de conteo de fotones con un tamaño de píxel de 55 micrómetros y, antes de capturar la imagen de rayos X de la muestra, se amplía con una lupa Bragg. Este proceso de ampliación permite que la resolución de la muestra alcance aproximadamente 1 micrómetro. La lupa de Bragg consta de dos cristales de silicio perfectamente alineados, cuyo efecto de aumento se deriva de la difracción asimétrica en el entramado cristalino del silicio. Un beneficio significativo de esta lupa Bragg es su excepcional transmisión óptica de imágenes, que permite una replicación casi completa de todas las frecuencias espaciales hasta el límite de resolución.

Al combinar el contraste de fase de rayos X basado en la propagación con una lupa de Bragg y un detector de conteo de fotones, todos ajustados para energía de rayos X de 30 keV, el método logra una eficiencia de dosis casi máxima para imágenes de contraste de fase de rayos X. Este avance permite períodos prolongados de observación de pequeños organismos vivos con una resolución micrométrica detallada. El equipo mostró esta técnica en un estudio preliminar sobre pequeñas avispas parásitas, observando sus actividades dentro de los huevos del huésped y su aparición durante más de 30 minutos. Los planes futuros implican mejorar la configuración para ampliar el campo de visión y aumentar la estabilidad mecánica, permitiendo así duraciones de medición aún más largas.

"En lugar de convertir la imagen de rayos X en una imagen con luz visible y ampliarla después, la ampliamos directamente", afirma la investigadora doctoral de LAS Rebecca Spiecker. “Gracias a este método, podemos utilizar detectores de gran superficie altamente eficientes. El método también es adecuado para aplicaciones biomédicas, por ejemplo, el análisis histológico tridimensional cuidadoso de muestras de biopsia”.

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