Imagem por raio X a laser

Se a imagem médica tivesse acesso a raios-X com intensidade de radiação síncrotron, seria possível descobrir pequenos tumores de câncer antes que eles metastatizassem. Mas são necessários aceleradores de partículas muito caros para gerar radiação síncrotron. Consequentemente, não é prático para a radiografia, o que torna visíveis as estruturas finas dos tecidos.

Cientistas do Centro de Aplicações Avançadas a Laser (CALA), no campus de pesquisa Garching, perto de Munique, não estão preparados para aceitar isso. Eles estão trabalhando para gerar radiação X de alto brilho usando lasers de pulso ultracurto (USP) em espaços compactos para torná-lo acessível para diagnóstico médico.

Lasers de alta tecnologia geram pulsos ultracurtos de petawatt

As peças centrais do CALA são dois sistemas a laser: o avançado laser de titânio e safira (AT-LAS) e o sintetizador de campo de petawatt (PFS-pro). O ATLAS fornece 20 pulsos de laser de femtossegundos (fs) que atingem picos de energia de até três petawatts (3 PW). Um amplificador da Thales aumenta o conteúdo de energia dos pulsos do laser de 2,5 para 60 joules. Os pesquisadores apontam essa energia extremamente concentrada nos átomos de hidrogênio para extrair elétrons e acelerá-los quase à velocidade da luz. Se esses elétrons em alta velocidade encontram campos de plasma fortes induzidos por laser, eles começam a oscilar – e emitem a radiação X de alto brilho. Enquanto a luz viaja aproximadamente 6 µm em 20 fs, os elétrons podem ser liberados e excitados em um espaço muito pequeno. Fontes compactas de radiação síncrotron para diagnóstico clínico são concebíveis.

Os pesquisadores de Munique já realizaram tomografias de ratos, insetos e amostras de ossos humanos. Além do ATLAS, eles também usaram o sistema a laser PFS-pro, que fornece pulsos de luz ultracurtos intensos a partir de três canais de saída. Uma delas é a fonte de raios-X SPECTRE. Um laser USP produz um pacote de elétrons em uma câmara de vácuo. Os cientistas apontam um segundo feixe de laser para isso, que faz com que os elétrons oscilem e emitam os feixes de raios X de alta intensidade.

Diagnóstico e tratamento inovadores

Na CALA, pesquisadores da Universidade Ludwig Maximilian de Munique (LMU), Universidade de Tecnologia (TU) e Instituto Max Planck de Quantum Optics têm acesso ao Electron e Thomson Test Facility (ETTF). Nisso, eles podem acelerar os elétrons liberados com o laser ATLAS em uma faixa de vários gigaelétrons-volts (GeV) e gerar feixes de elétrons com uma combinação anteriormente inatingível de carga de elétrons e densidade de espaço de fase. Estes são precursores dos brilhantes raios de raios X que darão aos médicos total transparência no futuro.

Uma abordagem fundamental é a radiografia com contraste de fase. Em vez de usar a absorção de feixes de raios X no tecido, ele usa o caráter de onda de alta frequência, luz de ondas extremamente curtas: quando o tecido é radiografado, há mudanças de fase específicas mínimas. Com a ajuda da grade óptica, os cientistas de Munique podem detectar exatamente essas interferências e traduzi-las em imagens de raios-X extremamente detalhadas, usando o software de imagem que eles desenvolveram.

Mas o sistema laser de alta tecnologia de Munique pode fazer ainda mais: o ATLAS e o PFS-pro também são usados ​​como fontes de “aceleração de íons acionada por laser” (LION), que permitirá uma radiação mais eficaz de mutações malignas nos tecidos. Para fazer isso, os lasers liberam íons do filme à base de carbono e os aceleram para cerca de um décimo da velocidade da luz. Isso permite que os cientistas usem radiação de íons com os lasers da USP. Se o raio X induzido por laser e a radiação iônica puderem ser transferidos para a prática clínica, ela poderá ser combinada com a detecção precoce do câncer com radiação direta, sem a necessidade de mover os pacientes entre os tempos. Dispositivos combinados de raios-X e radiação de íons baseados em lasers poderiam economizar pacientes tortuosos tempos de espera e as viagens irritantes entre diagnóstico e tratamento.

Evolução da tecnologia de raios-X

Não são apenas os pesquisadores da CALA que acreditam em sua tecnologia. Os especialistas franceses da USP na Amplitude Laser também estão convencidos de que as fontes de raios X baseadas em laser revolucionarão a imagem médica. Quanto tempo isso vai acontecer ainda é incerto. Ainda assim, fabricantes como Agfa Healthcare, Canon e Philips estão desenvolvendo a tecnologia de raios-X em um ritmo impressionante. Por exemplo, cirurgiões com braços em C móveis podem acessar imagens de raios-X de alta resolução do paciente durante as operações. E aparelhos compactos sem fio, pacientes de raio-X, que não podem ser transportados, em seus leitos hospitalares. Graças à imagem digital e à transferência de dados sem fio, sistemas de raio-X como esse podem ser integrados perfeitamente ao mundo de dados totalmente em rede dos hospitais modernos.

Compartilhe!

Share on facebook
Share on twitter
Share on whatsapp
Share on email

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *