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Dai raggi X al contrasto di fase: come fanno gli scienziati a migliorare il contrasto delle immagini?
Con il progresso dell’imaging medico, l’applicazione della tecnologia a raggi X sta diventando sempre più comune. L'imaging a raggi X tradizionale si basa sull'attenuazione dell'intensità del raggio X per generare immagini, ma questo metodo non è in grado di distinguere efficacemente piccole differenze nei tessuti. Tuttavia, gli scienziati hanno recentemente scoperto la tecnologia di imaging a raggi X a contrasto di fase. Questa tecnologia, osservando i cambiamenti di fase del fascio di raggi X dopo aver attraversato l'oggetto, può produrre immagini con un contrasto più elevato, soprattutto nel rilevamento di campioni di elementi a basso numero atomico. .
Lo sviluppo della tecnologia di imaging a contrasto di fase ha avuto origine dall'osservazione di schemi di interferenza. Questa tecnologia consente di migliorare notevolmente il contrasto delle immagini.
Il principio di base dell'imaging a raggi X a contrasto di fase è che quando i raggi X attraversano una sostanza, non solo cambiano la sua intensità, ma influenzano anche la sua fase. Sebbene questo cambiamento di fase non sia facile da misurare direttamente, può essere convertito in cambiamenti nell'intensità dell'immagine e registrato. Pertanto, la tecnologia a contrasto di fase non solo può generare immagini di proiezione, ma può anche essere combinata con altre tecnologie per ottenere informazioni sull'immagine tridimensionali più ricche.
Nella storia di questa tecnologia, il lavoro pionieristico risale al 1895, quando Wilhelm Conrad Roentgen scoprì per la prima volta i raggi X e registrò immagini di ossa umane. Nei decenni successivi gli scienziati continuarono a migliorare la tecnologia a raggi X, ma fu solo verso la metà del XX secolo che Frits Zernike applicò con successo il principio del contrasto di fase alla microscopia a luce visibile. La scoperta di Zernike gli valse il premio Nobel nel 1953, ma il trasferimento del concetto all'imaging a raggi X richiese più tempo.
Il successo della tecnologia di imaging a raggi X a contrasto di fase dimostra pienamente il complesso comportamento dei raggi X quando attraversano la materia, che non è semplice quanto l'ottica geometrica.
Negli anni '70, con l'avvento della tecnologia della radiazione di sincrotrone, gli scienziati si resero gradualmente conto che questa radiazione era più potente e flessibile rispetto ai tradizionali tubi a raggi X. Questa scoperta ha stimolato un ulteriore sviluppo dell'imaging a raggi X a contrasto di fase. Nel 1965, Ulrich Bangs e Michael Hart svilupparono in modo innovativo l'interferometro a cristalli, che fornì la base per la successiva imaging biologico. Tuttavia, i tradizionali tubi a raggi X non possono soddisfare i requisiti di questi cristalli.
Nel 2012, la ricerca di Han Wen e del suo team ha superato i vincoli tradizionali, utilizzando reticoli di fase su scala nanometrica per sostituire i cristalli, e ha rilevato con successo curve di rifrazione di diversi gradi nei campioni biologici. Con l'emergere di queste nuove tecnologie, gli scienziati hanno anche iniziato a esplorare metodi di imaging più efficienti, inclusa la tecnologia di imaging basata su reticoli di diffrazione.
Gli scienziati sono impegnati a promuovere la tecnologia di imaging a contrasto di fase nelle applicazioni cliniche in modo che questa tecnologia possa svolgere un ruolo maggiore nell'assistenza medica quotidiana.
Nella loro ricerca, gli scienziati hanno scoperto diverse tecniche di imaging a contrasto di fase, come l'imaging di propagazione e l'imaging basato su analizzatore. La tecnologia di imaging di propagazione si basa principalmente sul rilevamento delle frange di Fresnel e non richiede componenti ottici. L'emergere di questo metodo semplifica notevolmente il processo di imaging. L'imaging basato sull'analizzatore utilizza un cristallo di Bragg come filtro angolare per riflettere solo una parte dei raggi X che soddisfano le condizioni di Bragg, rendendo l'immagine più chiara.
Con lo sviluppo di queste tecnologie innovative, il gruppo di ricerca ha anche sviluppato nuovi metodi come l'illuminazione dei bordi e l'interferenza della griglia. Queste tecnologie hanno risultati significativi nel miglioramento del contrasto dell'immagine, soprattutto nell'imaging medico, rendendo i trattamenti medici più precisi e dettagliati. Ricerche recenti mostrano che questi progressi non si limitano ai test patologici di base, ma sono dedicati anche all'analisi di campioni di tessuti complessi e ulteriormente estesi a studi preclinici e applicazioni pratiche.
Vale la pena notare che alcuni degli ultimi risultati della ricerca nella comunità scientifica mostrano che le prospettive di sviluppo della tecnologia di imaging a contrasto di fase sono brillanti, soprattutto nel campo della biomedicina, e costituiranno uno strumento importante per aiutare i medici a rilevare malattie o analizzare cambiamenti patologici prima. Inoltre, man mano che la tecnologia matura gradualmente, questi rigorosi metodi di imaging potrebbero diventare lo standard nella diagnostica, non solo migliorando l’accuratezza della diagnosi, ma anche migliorando l’effetto del trattamento sui pazienti.
L'imaging a raggi X a contrasto di fase sta gradualmente maturando, quindi come si svilupperà ulteriormente la futura medicina dell'imaging e rivelerà dettagli che non sono ancora stati compresi?
