Raggi X: nanotubi per amplificare l’accuratezza dei dettagli

Usando molte sorgenti di raggi X a nanotubi allineati a schiera, è possibile ridurre il tempo di esecuzione delle TAC ed evitare l’effetto “mosso” che ne limita la risoluzione

La macchina per la produzione di raggi X, i cui primi esemplari datano all’inizio del ventesimo secolo, viene attualmente alimentata da un tubo a vuoto, all’interno del quale è presente un filamento di tungsteno, simile a quello di una lampadina a incandescenza, riscaldato fino a 1000 gradi Celsius. Il riscaldamento porta all’emissione di elettroni, che vengono poi accelerati fino a incidere su un bersaglio di metallo – l’anodo – creando i raggi X.

Sha Chang, Otto Zhou, e colleghi dell’Università della North Carolina hanno sviluppato tubi a raggi X freddi che sostituiscono il filamento di tungsteno con nanotubi di carbonio disposti come sottili fili d’erba, in grado di emettere istantaneamente elettroni.

Grazie a questo innovativo tubo a vuoto, i ricercatori hanno dimostrato la possibilità di realizzare scanner di dimensioni microscopiche con cui sono state ottenute immagini sperimentali di animali di laboratorio che ovviano ad alcune limitazioni dei dispositivi attuali. Le tecnologie esistenti infatti hanno difficoltà a compensare l’effetto “mosso” causato dal respiro dell’organismo sottoposto alla scansione.

I lenti otturatori meccanici che si aprono e si chiudono per bloccare il rilascio di radiazione sono utilizzati per temporizzare gli impulsi X in sincronia col respiro, ma la loro velocità è inadeguata ai piccoli animali. Chang e Zhou hanno invece dimostrato che i loro nanotubi di carbonio, in grado di essere accesi e spenti in modo istantaneo, possono essere sincronizzati con grande accuratezza con la frequenza respiratoria o cardiaca degli animali da test.

La prospettiva è ovviamente quella di migliorare la diagnostica per immagini e il trattamento dei pazienti affetti da tumore. Gli attuali scanner a tomografia computerizzata funzionano muovendo una singola, ampia sorgente di raggi X intorno a un bersaglio per catturare migliaia di immagini nell’arco di alcuni minuti.

Utilizzando invece molte sorgenti di raggi X a nanotubi allineati a formare una schiera, le immagini potrebbero essere ottenute entro pochi secondi accendendo e spegnendo ciascuna sorgente X senza alcun movimento fisico.

Questa veloce “tomosintesi” consente di migliorare il comfort del paziente e di incrementare la qualità dell’esame riducendo il “mosso”. Utilizzando simultaneamente 25 fasci, il gruppo ha prodotto immagini di tessuto della mammella con una risoluzione all’incirca doppia rispetto agli scanner attualmente sul mercato.