Tecnología miniaturizada de rayos X mejora claridad de imagen

Un equipo de científicos de nano-materiales, físicos médicos, y biólogos del cáncer ha desarrollado tubos de rayos X nuevos, de menor costo empacados con nano-tubos de carbono de punta aguda para investigación y tratamiento del cáncer.

La tecnología minúscula, presentada por los investigadores de la Universidad de Carolina del Norte (Chapel Hill, EUA; www.unc.edu) durante el encuentro del año de la Asociación Americana de Físicos en Medicina en Anaheim, CA, EUA, en Julio de 2009, está siendo desarrollada para visualizar el tejido del seno humano, animales de laboratorio, y pacientes con cáncer en tratamiento de radioterapia, y para irradiar células con más control de lo que era antes posible con los tubos de rayos X tradicionales.

La máquina de rayos X usada en un hospital típico hoy es alimentada por un tubo de vacío "caliente” que data de principios del siglo 20. Dentro del tubo, un filamento de metal de tungsteno--similar al que crea luz en una bombilla incandescente –es calentada a una temperatura de 1.000oC. El calor libera electrones, el cual se acelera en el tubo de rayos X y golpea una pieza de metal, el ánodo, creando rayos X.

Los Drs. Sha Chang, Otto Zhou, y colegas de la Universidad de Carolina del Norte (Chapel Hill, EUA; www.unc.edu) han desarrollado tubos fríos de rayos X que reemplazan el filamento de tungsteno con nanotubos de carbono empacados como hojas de hierba minúsculas. Los electrones son emitidos instantáneamente desde las puntas agudas de los nanotubos cuando se aplica un voltaje. "Piense en cada nanotubo como una varita de luz en la punta de un edificio. El campo eléctrico alto en la punta de la varita de luz atrae la corriente eléctrica desde la nube. Las nanotubos de carbono emiten electrones usando un principio similar”, dijo el Dr. Chang.

El grupo usó los nanotubos para construir escáneres de micro-tamaño y visualizar la anatomía interior de pequeños animales de laboratorio. Las tecnologías existentes de rayos X tienen dificultad compensando el desenfoque causado por la respiración de la creatura. Los obturadores mecánicos lentos que se abren y cierran para bloquear y liberar la radiación son usados para cronometrar los pulsos de rayos X para corresponder a la respiración, pero su velocidad es inadecuada para los animales pequeños debido a la respiración y el movimiento cardiaco extremadamente rápidos de las criaturas. Los Drs. Chang y Zhou han demostrado que sus nanotubos de carbono, que pueden ser encendidos y apagados instantáneamente, son lo suficientemente fáciles de sincronizar con el equipo que monitoriza la respiración o la tasa cardiaca de los animales pequeños.

Los dispositivos de nanotubos también pueden mejorar la imagenología y el tratamiento del cáncer humano. Los escáneres de tomografía computarizada (TC) actualmente en uso buscan el cáncer de seno oscilando una fuente única grande de rayos X alrededor del blanco para tomar un millar de cuadros en el curso de minutos. Si, en cambio, se usan muchas fuentes de rayos X de nanotubo alineadas en una hilera, la imagenología de seno puede hacerse en pocos segundos encendiendo y apagando electrónicamente cada una de las fuentes de rayos X sin ningún movimiento físico.

Esta imagenología de tomosíntesis rápida mejora la comodidad del paciente y aumenta la calidad de imagen reduciendo el desenfoque por movimiento. Usando 25 rayos simultáneos, el equipo produjo imágenes de crecimientos en el tejido del seno en cerca de dos veces la resolución de los escáneres comerciales en el mercado.

Este verano, el equipo del Dr. Chang realizará una prueba clínica de un sistema de imagenología de primera generación basada en nano-tubos para radioterapia de alta velocidad guiada por imagen. El sistema de imagen de investigación, es desarrollado por Siemens Healthcare (Erlangen, Alemania) y Xinray, Inc., una alianza temporal entre Siemens y una empresa incipiente de la Universidad de Carolina del Norte, Xintech, Inc. (Jhongli City, Taiwán www.xintechnologies.com).

Enlaces relacionados:
University of North Carolina
Xintech, Inc.
Siemens Healthcare