Rayons X alimentés par des nanotubes

Les nanotubes de carbone sont au cœur d'un nouvel appareil à rayons X qui devrait subir des tests cliniques plus tard cette année dans les hôpitaux de l'Université de Caroline du Nord (UNC). La machine pourrait fonctionner bien mieux que celles utilisées aujourd'hui pour l'imagerie par rayons X et la thérapie du cancer, déclarent les chercheurs de l'UNC qui ont développé la technologie. Ils ont montré qu'il accélère l'imagerie des organes, prend des images plus nettes et pourrait augmenter la précision de la radiothérapie afin de ne pas endommager les tissus normaux.

Capturer le coeur : Dans un nouveau scanner, les nanotubes de carbone envoient instantanément des électrons pour générer des rayons X. Cela donne des images nettes et haute résolution, comme celle d'un cœur de souris qui bat rapidement.

Les machines à rayons X conventionnelles se composent d'un long tube avec un émetteur d'électrons, généralement un filament de tungstène, à une extrémité et une électrode métallique à l'autre. Le filament de tungstène émet des électrons lorsqu'il est chauffé à 1 000 degrés Celsius. Les électrons sont accélérés le long du tube et frappent le métal, créant des rayons X.

Au lieu d'un seul émetteur en tungstène, l'équipe de l'UNC utilise un réseau de nanotubes de carbone verticaux qui servent de centaines de minuscules canons à électrons. Alors que le tungstène a besoin de temps pour se réchauffer, les nanotubes émettent des électrons à partir de leurs pointes instantanément lorsqu'une tension leur est appliquée.

Les chercheurs ont présenté leurs travaux sur leur scanner à nanotubes lors de la réunion la semaine dernière de l'American Association of Physicists in Medicine.

Professeur de physique et science des matériaux Otto Zhou a cofondé une société appelée Xintek à Research Triangle Park, en Caroline du Nord, pour commercialiser la technologie. Xintek a fait équipe avec Solutions médicales Siemens former une société commune, Systèmes XinRay , qui a développé le système prototype qui sera testé cliniquement cette année.

Prendre des images radiographiques claires et à haute résolution des organes du corps est beaucoup plus facile avec la nouvelle source de rayons X multifaisceaux, dit Zhou. Les machines de tomodensitométrie (CT) conventionnelles prennent quelques minutes pour créer des images 3D claires à l'aide de rayons X. Parce que le rayonnement provient d'un point dans l'espace, la machine doit déplacer la source [d'électrons] et le détecteur autour de l'objet, dit Zhou. L'émetteur de rayons X se déclenche pendant que le tube bouge. Le mouvement du cœur et des poumons peut brouiller les images, de sorte qu'un tomodensitomètre prend des centaines d'images qui sont synthétisées pour reconstruire une image 3D.

La nouvelle machine, en revanche, allume et éteint plusieurs émetteurs de nanotubes en séquence pour prendre des photos sous différents angles sans bouger. Parce que les émetteurs s'allument et s'éteignent instantanément, dit Daniel Kopans , directeur de l'imagerie mammaire au Massachusetts General Hospital, le système devrait être capable de prendre plus d'images chaque seconde. Cette exposition plus rapide, dit Kopans, devrait réduire le flou, tout comme une caméra à grande vitesse capture un mouvement ultrarapide. Zhou et ses collègues ont pu prendre des images du sein à près de deux fois la résolution des scanners commerciaux, en utilisant 25 faisceaux simultanés en quelques secondes.

L'imagerie rapide en temps réel améliorera à son tour le traitement du cancer. La radiothérapie de pointe est fortement basée sur l'image, dit Sha Chang , professeur de radio-oncologie à la faculté de médecine de l'UNC qui travaille avec Zhou. Des photos de la zone tumorale sont prises afin que le rayonnement puisse être focalisé sur la tumeur, en épargnant les tissus normaux qui l'entourent. Mais comme les scanners d'aujourd'hui sont lents, Chang dit qu'il n'est pas possible de prendre des images 3D et de traiter le patient en même temps. L'utilisation de l'appareil d'imagerie à rayons X [nanotube] permet [nous] de collecter des images 3D pendant que nous traitons le patient, pour nous assurer que le rayonnement et la chaleur à haute dose [sont] délivrés au bon endroit, dit-elle.

Les résultats des tests cliniques détermineront si Xintek peut entrer sur le marché de l'imagerie médicale. Pendant ce temps, la société vend également ses émetteurs de nanotubes aux fabricants d'écrans. Des entreprises telles que Samsung et Motorola fabriquent des écrans basés sur des émetteurs à nanotubes qui promettent de consommer moins d'énergie que les écrans à cristaux liquides ou les écrans plasma tout en offrant la luminosité et la netteté des téléviseurs à tube cathodique encombrants, car ils fonctionnent sur le même principe : tirer électrons sur un écran recouvert de phosphores rouges, verts et bleus.

La technologie d'imagerie de Xintek s'avère également utile pour la recherche sur les animaux de laboratoire. Il peut prendre des images cardiaques nettes de souris, ce qui est difficile en raison de leurs battements cardiaques rapides. Zhou dit que les chercheurs biomédicaux de l'UNC utilisent déjà le système et installent une deuxième unité dans le centre de recherche de la faculté de médecine.

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