211service.com
Nanobuis-aangedreven röntgenstralen
Koolstofnanobuisjes vormen het hart van een nieuwe röntgenmachine die later dit jaar klinische tests zal ondergaan in de ziekenhuizen van de University of North Carolina (UNC). De machine zou veel beter kunnen presteren dan de machines die tegenwoordig worden gebruikt voor röntgenbeeldvorming en kankertherapie, zeggen de UNC-onderzoekers die de technologie hebben ontwikkeld. Ze hebben aangetoond dat het de beeldvorming van organen versnelt, scherpere beelden maakt en de nauwkeurigheid van radiotherapie zou kunnen vergroten, zodat het normaal weefsel niet beschadigt.
Het hart veroveren: In een nieuwe scanner vuren koolstofnanobuisjes onmiddellijk elektronen af om röntgenstralen te genereren. Dit levert scherpe beelden met een hoge resolutie op, zoals deze van een snel kloppend muishart.
Conventionele röntgenapparaten bestaan uit een lange buis met aan het ene uiteinde een elektronenzender, typisch een wolfraamgloeidraad, en aan het andere uiteinde een metalen elektrode. De wolfraamgloeidraad zendt elektronen uit wanneer deze wordt verwarmd tot 1000 graden Celsius. De elektronen worden versneld langs de buis en raken het metaal, waardoor röntgenstralen ontstaan.
In plaats van een enkele wolfraamzender gebruikt het UNC-team een reeks verticale koolstofnanobuisjes die dienst doen als honderden kleine elektronenkanonnen. Terwijl wolfraam tijd nodig heeft om op te warmen, zenden de nanobuisjes onmiddellijk elektronen uit hun uiteinden wanneer er een spanning op wordt toegepast.
De onderzoekers presenteerden vorige week op de bijeenkomst van de American Association of Physicists in Medicine werk aan hun nanobuisscanner.
Hoogleraar natuurkunde en materiaalkunde Otto Zhou medeoprichter van een bedrijf genaamd Xintek in Research Triangle Park, NC, om de technologie te commercialiseren. Xintek werkt samen met Siemens medische oplossingen een joint venture op te richten, XinRay-systemen , die het prototypesysteem heeft ontwikkeld dat dit jaar klinisch wordt getest.
Het maken van heldere röntgenfoto's met hoge resolutie van lichaamsorganen is veel gemakkelijker met de nieuwe multi-beam röntgenbron, zegt Zhou. Conventionele computertomografie (CT) scanmachines hebben een paar minuten nodig om duidelijke 3D-beelden te maken met behulp van röntgenstraling. Omdat de straling van één punt in de ruimte komt, moet de machine de [elektronen]bron en detector rond het object verplaatsen, zegt Zhou. De röntgenstraler vuurt terwijl de buis beweegt. De beweging van het hart en de longen kan beelden wazig maken, dus een CT-scanner maakt honderden foto's die worden gesynthetiseerd om een 3D-beeld te reconstrueren.
De nieuwe machine zet daarentegen meerdere nanobuis-emitters achter elkaar aan en uit om foto's vanuit verschillende hoeken te maken zonder te bewegen. Omdat de zenders onmiddellijk in- en uitschakelen, zegt: Daniel Kopans , directeur van borstbeeldvorming in het Massachusetts General Hospital, zou het systeem elke seconde meer foto's moeten kunnen maken. Deze snellere belichting, zegt Kopans, zou onscherpte moeten verminderen, net zoals een hogesnelheidscamera ultrasnelle bewegingen vastlegt. Zhou en zijn collega's hebben borstbeelden kunnen maken met bijna twee keer de resolutie van commerciële scanners, met 25 gelijktijdige stralen in een paar seconden.
Snelle, realtime beeldvorming zal op zijn beurt de behandeling van kanker verbeteren. State-of-the-art bestralingstherapie is sterk op afbeeldingen gebaseerd, zegt Sha Chang , een professor in stralingsoncologie aan de UNC School of Medicine die samenwerkt met Zhou. Er worden foto's van het tumorgebied gemaakt zodat de straling op de tumor kan worden gericht, waarbij het normale weefsel eromheen wordt gespaard. Maar aangezien de scanners van tegenwoordig traag zijn, is het volgens Chang niet mogelijk om 3D-beelden te maken en de patiënt tegelijkertijd te behandelen. Door het [nanobuis]-röntgenbeeldvormingsapparaat te gebruiken, kunnen [ons] 3D-beeldvorming verzamelen terwijl we de patiënt behandelen, om ervoor te zorgen dat hoge doses straling en warmte op de juiste plaats worden afgeleverd, zegt ze.
De klinische testresultaten zullen bepalen of Xintek de markt voor medische beeldvorming kan betreden. Ondertussen verkoopt het bedrijf ook zijn nanobuis-emitters aan displayfabrikanten. Bedrijven zoals Samsung en Motorola maken beeldschermen op basis van nanobuis-emitters die beloven minder stroom te verbruiken dan LCD-schermen of plasmaschermen, terwijl ze de helderheid en scherpte bieden van omvangrijke kathodestraalbuis-tv's, omdat ze volgens hetzelfde principe werken: elektronen op een scherm bedekt met rode, groene en blauwe fosforen.
De beeldvormingstechnologie van Xintek blijkt ook nuttig voor onderzoek op proefdieren. Het kan scherpe hartbeelden van muizen maken, wat moeilijk is vanwege hun snelle hartslag. Zhou zegt dat biomedische onderzoekers van UNC het systeem al gebruiken en een tweede eenheid installeren in de onderzoeksfaciliteit van de medische school.