211service.com
Nanorörsdrivna röntgenstrålar
Kolnanorör är hjärtat i en ny röntgenmaskin som är planerad för kliniska tester senare i år vid University of North Carolina (UNC) sjukhus. Maskinen skulle kunna prestera mycket bättre än de som används idag för röntgenbilder och cancerterapi, säger UNC-forskarna som utvecklade tekniken. De har visat att det påskyndar organavbildning, tar skarpare bilder och kan öka noggrannheten av strålbehandling så att den inte skadar normal vävnad.
Att fånga hjärtat: I en ny skanner avfyrar kolnanorör elektroner direkt för att generera röntgenstrålar. Detta ger skarpa, högupplösta bilder, som den här av ett snabbt bankande mushjärta.
Konventionella röntgenapparater består av ett långt rör med en elektronsändare, vanligtvis en volframfilament, i ena änden och en metallelektrod i den andra. Volframfilamentet avger elektroner när det värms upp till 1 000 grader Celsius. Elektronerna accelereras längs röret och träffar metallen, vilket skapar röntgenstrålar.
Istället för en enda volframsändare använder UNC-teamet en rad vertikala kolnanorör som fungerar som hundratals små elektronkanoner. Medan volfram kräver tid för att värmas upp avger nanorören elektroner från sina spetsar direkt när en spänning appliceras på dem.
Forskarna presenterade arbetet med sin nanorörsskanner vid mötet förra veckan av American Association of Physicists in Medicine.
Professor i fysik och materialvetenskap Otto Zhou var med och grundade ett företag som heter Xintek i Research Triangle Park, NC, för att kommersialisera tekniken. Xintek har samarbetat med Siemens Medical Solutions att bilda ett samriskföretag, XinRay-system , som har utvecklat prototypsystemet som kommer att testas kliniskt i år.
Att ta tydliga, högupplösta röntgenbilder av kroppsorgan är mycket lättare med den nya multi-beam röntgenkällan, säger Zhou. Konventionella datortomografiska maskiner (CT) tar några minuter att skapa tydliga 3D-bilder med hjälp av röntgen. Eftersom strålningen kommer från en punkt i rymden måste maskinen flytta [elektron]källan och detektorn runt objektet, säger Zhou. Röntgenstrålaren avfyras medan röret rör sig. Hjärtats och lungornas rörelser kan göra bilder suddiga, så en CT-skanner tar hundratals bilder som syntetiseras för att rekonstruera en 3D-bild.
Den nya maskinen, däremot, slår på och av flera nanorörssändare i sekvens för att ta bilder från olika vinklar utan att röra på sig. Eftersom sändare slås på och av omedelbart, säger Daniel Kopans , chef för bröstavbildning vid Massachusetts General Hospital, bör systemet kunna ta fler bilder varje sekund. Denna snabbare exponering, säger Kopans, borde minska oskärpa, ungefär som en höghastighetskamera fångar ultrasnabba rörelser. Zhou och hans kollegor har kunnat ta bröstbilder med nästan dubbelt så hög upplösning som kommersiella skannrar, med 25 samtidiga strålar på några sekunder.
Snabb bildtagning i realtid kommer i sin tur att förbättra cancerbehandlingen. Den senaste strålterapin är mycket bildbaserad, säger man Sha Chang , en professor i strålningsonkologi vid UNC School of Medicine som arbetar med Zhou. Bilder av tumörområdet tas så att strålningen kan fokuseras på tumören och skonar den normala vävnaden som omger den. Men eftersom dagens skannrar är långsamma, säger Chang att det inte är möjligt att ta 3D-bilder och behandla patienten samtidigt. Genom att använda röntgenapparaten [nanorör] kan [oss] samla in 3D-bilder medan vi behandlar patienten, för att säkerställa att högdosstrålning och värme levereras till rätt plats, säger hon.
De kliniska testresultaten kommer att avgöra om Xintek kan komma in på marknaden för medicinsk bildbehandling. Samtidigt säljer företaget också sina nanorörsstrålare till bildskärmstillverkare. Företag som Samsung och Motorola tillverkar skärmar baserade på nanorörsstrålare som lovar att förbruka mindre ström än flytande kristallskärmar eller plasmaskärmar samtidigt som de ger ljusstyrkan och skärpan hos skrymmande katodstrålerörs-TV-apparater eftersom de fungerar enligt samma princip: fotografering elektroner vid en skärm belagd med röda, gröna och blå fosforer.
Xinteks bildteknik har också visat sig användbar för forskning på försöksdjur. Den kan ta skarpa hjärtbilder av möss, vilket är svårt på grund av deras snabba hjärtslag. Zhou säger att biomedicinska forskare vid UNC redan använder systemet och installerar en andra enhet vid den medicinska skolans forskningsanläggning.